Click here to load reader

Cap 13 Materiale Compozite

  • View
    309

  • Download
    6

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Studiul si ingineria materialelor

Text of Cap 13 Materiale Compozite

  • TIINA I INGINERIA MATERIALELORCURS 13 AN I IA

  • CAP. 13 MATERIALE COMPOZITEMaterialele compozite reprezint o clasa moderna de materiale cu structura eterogena, alctuita din doua sau mai multe materiale componente, care sunt puternic legate ntre ele si conlucreaz eficient pentru a conferi ansamblului structural caracteristici superioare celor proprii componentelor solitare.

  • 13.1 GENERALITIStructura materialelor compozite este format dintr-o matrice n care se gsete un material mai dur sau durificator.Materialele compozite pot fi clasificate astfel:Fig.1

    Dup natura materialelor:Dup modul de aranjare a materialelor:- materiale compozite metal-metal;- materiale compozite metal-ceramic;- materiale compozite metal-polimer;- materiale compozite ceramic-polimer;- materiale compozite polimer-polimer;- materiale compozite cu particule (Fig.1.a);- materiale compozite cu fibre (Fig.1.b);- materiale compozite laminare (Fig.1.c).

  • 13.2 SOLIDIFICAREA DIRIJAT A COMPOZITELOR1. Materialele compozite cu particuleMaterialele compozite cu particule conin particule dure ntr-o matrice mai ductil. Scopul introducerii acestor particule poate fi:- ameliorarea unor proprieti, ca de exemplu:- limitei elastice;- duritii;- rezistenei la uzur;- rezilienei;- lucrabilitii;- refractaritii;- absorbiei de neutroni;- conductivitii electrice;- micorarea preului de cost, dac particulele sunt mai ieftine dect matricea. Deplasarea unei linii de dislocaie printre particulele de oxid:a,b,c,d-etapele deplasrii unei linii de dislocaie printre particulele de oxid, particule care se gsesc n planul ei de alunecare; dp-distana dintre dou particule de oxid.

  • SOLIDIFICAREA DIRIJAT A COMPOZITELOR2. Materialele compozite cu fibreAceste materiale sunt formate dintr-o matrice ductil i fibre rigide, astfel c, la un bun transfer al forei de la matrice la fibre, posed o rezisten mecanic apropiat fibrelor fr a avea fragilitatea acestora.Fibrele pot avea orientri diferite, ca de exemplu:- paralele (Fig.3.a);- ntmpltoare (Fig.3.b);- esute (Fig.225.c);- ortogonale (Fig.3.d). Fig. 3Matricea asigur:- ductilitatea necesar;- transmite fora exterioar fibrelor.Fibrele preiau cea mai mare parte a forei exterioare, astfel nct n calculele de rezisten se ia n considerare numai modulul de elasticitate al fibrei.

  • SOLIDIFICAREA DIRIJAT A COMPOZITELORMaterialele compozite laminareMaterialele compozite laminare cuprind urmtoarele grupe principale:- acoperiri cu folii;- acoperiri dure;- placri;- bimetale;- laminate.Acoperirile cu folii const dintr-o cptueal de una sau mai multe folii aplicate pe suprafaa metalic de protejat contra coroziunii. De cele mai multe ori foliile sunt din mase plastice sau cauciuc. Acoperirile dure sunt depuneri de diferite materiale dure, rezistente, n principal, la uzur, dar pot fi rezistente i la coroziune. Materialele utilizate n acest scop sunt oeluri dure, aliaje pe baz de cobalt, carburi de wolfram etc. Bimetalele sunt materiale compozite formate din dou materiale metalice cu o diferen relativ mare a coeficienilor de dilatare, astfel c, la creterea temperaturii, lamela care are coeficientul de dilatare mai mare se alungete mai mult i provoac o curbare a ansamblului celor dou lamele (Fig.4).Fig.4

  • 13.3 COMPOZITE PE BAZ DE SILICIUCarbura de siliciu se gsete n cel puin 70 de forme cristaline. Carbura de siliciu alfa (-SiC) este cel mai des ntlnit polimorf. Aceasta se fabric la temperaturi de peste 2000C i prezint on structur de cristal hexagonal, asemntoare Wurtzite. Carbura de siliciu beta (-SiC), ce prezint o structur de cristal amestecat cu zinc asemntoare diamantului, este fabricat la tenperaturi sub 2000C. Pn nu demult, varianta beta avea foarte puine utilizri comerciale. n prezent, aceasta se folosete din ce n ce mai mult ca baz pentru catalizatorii heterogeni, datorit suprafeei mai mari comparativ cu varianta alfa.Industria automobilelor. Compozitele carbon-carbon pe baz de siliciu sunt folosite la fabricarea discurilor de frn, datorit rezistenei la temperaturi extreme. Siliciul reacioneaz cu grafitul n interiorul compozitului carbon-carbon, dnd natere carburii de siliciu rentrit cu fibre de carbon (C/SiC). Carbura de siliciu se folosete i la fabricarea discurilor de ambreiaj pe baz de compui ceramici n cazul automobilului Carrera GT. Carbura de siliciu este folosit i la fabricarea unui anumit tip de filtre diesel.

  • 13.4 COMPOZITELE CERAMIC-CERAMICCaracteristicile materialelor compozite ceramice:- au o structura complexa,- prezint legturi chimice cu caracter intermediar ionic/covalent, respectiv covalent/metalic si nu poseda electroni liberi- au temperaturi de topire ridicate (legturi chimice stabile, puternice)- sunt dure si rezistente la atacul chimic (legturi chimice stabile, puternice)- nu sunt deformabile plastic, sunt deci casante, fragile (legturi chimice orientate, direcionate)- sunt n cea mai mare parte izolatori, existnd nsa si semiconductori, conductori si supraconductori ceramici,- prezint conductibiliti termice mai mici dect metalele,- sunt adesea translucide, cel puin n strat subire.

  • 13.5 COMPOZITELE DIN CARBONStudiul compozitelor carbon-carbon (CCC) este interesant n primul rnd datorit faptului c materialele pot fi considerate ca reprezentnd un microcosmos al tiinei i tehnologiei carbonului. Tehnologiile implicate n obinerea unui astfel de compozit, CCC, pot include elemente ale procesrii carbonului policristalin, obinerii carbonului pirolitic, procesarea textilelor, tratamente chimice i termice.Fig. 5 Nanotexturi in materialele carbonice, bazate pe orientarea preferenial a cristalelor anizotropice

  • 13.6 MATERIALE COMPOZITE UTILIZATE N INDUSTRIEMateriale compozite si utilizarea lor in industria autovehiculelor

    Materialele compozite, vor juca un rol din ce in ce mai important n viitor, in execuia organelor importante, de greutate mica, specifica pieselor de motor, dar si de transmisie sau suspensie. Pentru unele elemente de structura din construcia autovehiculelor, se vor utiliza unele materiale laminate mixte din metal-materiale plastice denumite si tip sandwich (simplu sau multistratificat). Aceste laminate se compun dintr-un material plastic cuprins intre doua straturi metalice (otel sau aluminiu) , laminarea realizndu-se la cald, sub presiune. Sunt destinate a nlocui otelul, fiind in competiie cu aluminiul, pentru ca acestea reprezint o combinaie intre greutatea redusa a materialului plastic (polipropilena sau polietilena) si rezistenta, rigiditatea ale otelului respectiv a aluminiului. Se poate obine o reducere a greutii cu 50%, pentru o majorare a grosimii laminatului cu 10%. Poseda bune proprieti anticorozive si de izolare termica, rezistenta la cldura, la produsele chimice sau petroliere dar si o reducere a preului de 2...3 ori fata de otel.Analiznd implicaiile nlocuirii metalelor cu astfel de materiale trebuie menionat ca avantajul nu se rezuma numai la reducerea greutii, ci de multe ori si la o funcionare egala sau superioara.

  • MATERIALE COMPOZITE UTILIZATE N INDUSTRIEO problema foarte importanta o constituie utilizarea raionala a materiilor prime. Si din acest punct de vedere se impune reducerea masei automobilului, pentru a reduce consumul de materiale si a creste procentul din masa reciclabila a acestuia.In prezent circa 75 % din masa automobilului este reciclabila ( 5,4% materiale neferoase: 3% Al, 0,4% Cu, Zn, 2% echipamente electrice; 70,1% materiale feroase: 13% fonta, 13% piese forjate, 39% tabla, 5,1% echipamente mecanice). Rmn nerecuperate (reziduuri): 24,5% materiale: 8,5% plastice, 3,5% sticla, 1% textile, 0,5% hrtie, 2,8% altele, 3% echipament electric, 4% cauciuc, 1% ulei si unsori. Se preconizeaz ca pana in 2010 circa 85% din masa automobilelor (cele care ies din funciune la data menionata) sa fie reciclabila iar pentru cele noi proiectate procentul sa fie 90%. Pe un termen mai lung se preconizeaz ca in procent de 95% din masa automobilului sa fie reciclabila.Materialele compozite se dovedesc a fi competitive att sub aspectul preului ct si al posibilitilor de nlocuire si/sau completare cu succes a materialelor tradiionale (metal, ceramica, sticla). Cercetrile in vederea utilizrii materialelor compozite au ca scop nu numai nlocuirea acestor materiale tradiionale dar si aplicaii specifice datorate proprietilor particulare pe care le prezint.

  • MATERIALE COMPOZITE UTILIZATE N INDUSTRIE

  • MATERIALE COMPOZITE UTILIZATE N INDUSTRIE