Click here to load reader

Chimie - Curs 7.Materiale Compozite

  • View
    187

  • Download
    23

Embed Size (px)

DESCRIPTION

curs chimie- materiale compozite

Text of Chimie - Curs 7.Materiale Compozite

Chimie - Curs 7

PAGE Studii i Cercetri asupra interfeei materialelor compozite

Curs Nr. 7

Materiale compozite

7.1. Introducere

Sfritul secolului XX este considerat de ctre numeroi specialiti ca fiind epoca materialelor compozite. Aceste materiale cu proprieti programabile superioare materialelor tradiionale au ptruns n domeniile tehnicii de vrf, cum ar fi: tehnologii aerospaiale, microelectronica, tehnica nuclear, tehnica de construcie medical a implanturilor, dar i n industria de automobile, de nave, industria chimic, a mobilei, n construcii, n industria materialelor sportive.

Materialele compozite sunt realizate din doi sau mai muli componeni care formeaz faze distincte, fiecare component pstrndu-i caracteristicile individuale i a cror combinare conduce la obinerea unor efecte sinergetice, care se concretizeaz prin performane ridicate, ceea ce permite lrgirea domeniului de utilizare a acestora. Materialele compozite pot include toate tipurile de materiale constituite din dou sau mai multe componente.

Materialele compozite sunt alctuite, n general, din materialul de rigidizare sau materialul de umplutur i din matricea de legtur compatibil.

Materialul de rigidizare (de armare sau de ranforsare) prezint rezisten mecanic mare i modul nalt, reprezint componenta principal de preluare a sarcinii.

Materialul de umplutur reduce costul de producie, dar poate s conduc i la mbuntirea unor caracteristici electrice, mecanice, termice etc.

Matricea constituie componenta de legtur, care servete i ca mediu de transfer de sarcin ntre fibre.

n calitate de material de ramforsare, se folosesc:

* fire sau fibre continue, discontinue i whiskers din materiale polimerice (fibre aramidice poliamide aromatice, poliamidice khevler etc.), metalice (din oeluri inoxidabile, titan, aluminiu, wolfram, molibden etc.), fibre de sticl, fibre carbon, alte tipuri de fibre: bor, carbur de siliciu, azbest, bazalt sau fibre ceramice;

* pulberi i particule cu forme diferite (microsfere, fulgi, cilindrice sau neregulate) i de dimensiuni diferite (de la pulbere de ordinul micronilor, la particule de civa milimetri), de natur anorganic (oxid de aluminiu, oxid de zirconiu, carbur de siliciu sau de titan, nitruri de siliciu sau de aluminiu etc.) sau organic.

Pentru realizarea materialelor compozite performante, se folosesc fibre cu

rezistene specifice mari (rezisten / greutate specific) i module specifice nalte (modul de elasticitate / greutate specific) cum sunt fibrele de bor, fibrele de sticl, n

special sticla E, S sau R, fibrele de carbon (cu rezisten nalt, cu modul nalt sau cu

modul ultranalt) i fibrele aramidice de tip kevlar.Fibrele de sticl au cea mai mare utilizare n tehnologiile de obinere a materialelor compozite. Acest lucru este dat i de faptul c sunt printre primele tipuri de fibre dar i pentru faptul c prezint un raport pre/calitate foarte avantajos.

Cercetrile actuale continu s pun n valoare calitile acestor fibre n diverse moduri de prezentare.

Pentru elementele structurale utilizate n condiii de solicitri mecanice i termice nalte se folosesc fibre carbon i fibre ceramice, precum i SiC, Al2O3, SiO2 etc.

n funcie de natura matricei, materialele compozite se clasific n urmtoarele categorii:

- materiale compozite cu matrice polimer MCP;

- materiale compozite cu matrice metalic MCM;- materiale compozite cu matrice ceramic MCC.Realizarea de materiale compozite s-a impus pe baza a numeroase considerente tehnice i economice, ntre care amintim:

necesitatea realizrii unor materiale cu proprieti deosebite, imposibil de atins cu materialele tradiionale;

necesitatea creterii siguranei i a fiabilitii n exploatare a diferitelor construcii i instalaii;

necesitatea reducerii consumurilor de materiale deficitare, scumpe sau preioase;

posibilitatea reducerii consumurilor de manoper i a reducerii duratelor tehnologice de fabricaie.

Competitivitatea economico-industrial a viitorului umanitii impune obinerea de bunuri i produse noi, cu parametri tehnici superiori, la care caracteristicile deosebit de complexe geometrico-funcionale se combin cu exploatarea complet a proprietilor materialelor. Acest scop urmrit n prezent, se atinge utiliznd materiale noi prelucrabile i tehnologii noi sau modernizate, adaptate pentru noile materiale.

Dezvoltarea constant i continu a tehnologiilor pentru materiale noi (compozite, ceramice, minerale i sinterizate) constituie tematica cercetrilor intense i a descoperirilor tehnice din ultimii ani i a preocuprilor oamenilor de tiin n viitor, pe plan naional i internaional.

n acest context tehnologic internaional se nscriu i materialele noi, denumite generic materiale compozite, minerale, ceramice i sinterizate pe care specialitii le numesc materiale din generaia a doua, care au deja o larg utilizare n construcia

de maini-unelte i utilaj tehnologic, n industria aerospaial, n industria de transport

naval, n industria de material rulant, n industria electronic i electrotehnic, n industria de maini energetice etc., ca urmare a caracteristicilor tehnice superioare ale acestora.

Pe msur ce s-au elaborat i asimilat aceste noi materiale, avansate din punctul de vedere al caracteristicilor tehnice, fa de materialele metalice i nemetalice clasice, au aprut i probleme noi privind domeniul proiectrii i tehnologiilor de prelucrare primar, intermediar i final ale diferitelor piese sau produse, care s le asigure acestora precizia dimensional, de form geometric i de calitate a suprafeelor impuse de rolul funcional, gradul de solicitare i condiiile de lucru.

n cadrul acestui curs, se va ncerca abordarea, ntr-un mod sintetic i accesibil, clasificarea i caracteristicile materialelor compozite, tehnologiile de elaborare a materialelor compozite i de prelucrare a acestora, precum i domeniile de utilizare, avnd n vedere rezultatele spectaculoase ale cercetrilor teoretice i de laborator, studiile i cercetrile efectuate, pn n prezent, asupra interfeei materialelor compozite.

Astfel, datele referitoare la proprietile chimice i fizico-mecanice ale materialelor compozite, precum i la regimurile de prelucrare, inclusiv precizia dimensional, de form geometric i rugozitatea suprafeelor, constituie elemente preioase oferite corpului de specialiti pentru proiectarea i elaborarea tehnologiilor de prelucrare primar, convenional sau neconvenional, a produselor din materiale compozite.

Cursul de fa se ncadreaz n preocuprile generale n domeniul materialelor compozite. Un aspect esenial l reprezint mbuntirea calitii materialului compozit.

Exist totui domenii mai puin abordate, cum ar fi:

modul de realizarea al interfazei;

influena acesteia asupra proprietilor finale ale materialului compozit.

Acest curs abordeaz aceast problematic, att sub aspect teoretic, ct i experimental.

7.2. Materiale de tip compozit.

7.2.1. Noiuni generale.

7.2.1.1. Componentele materialelor de tip compozit.

Materialele compozite fac parte din categoria materialelor compuse speciale. n cadrul generaiei de materiale noi care nlocuiesc metalele, avnd n vedere caracteristicile i perspectivele lor de viitor, o atenie deosebit se cuvine a fi acordat compozitelor, denumite, pn nu demult, materiale plastice consolidate.

Materialele compozite sunt primele materiale a cror dispunere structural intern o concepe omul, nu numai n nlnuirea lor molecular, ci conferindu-le rezistene favorabile n direcii prefereniale.

Ca o definiie general, materialele compozite sunt sisteme de dou sau mai multe componente, ale cror proprieti se completeaz reciproc, rezultnd un material cu proprieti superioare celor specifice fiecrui component n parte. Astfel, aceste componente vor coopera, deficienele unora fiind suplinite de calitile altora, conferind ansamblului, proprieti pe care nici un component nu le poate avea singur.

Termenul de material compozit se refer la un material care n principiu difer de materialele care sunt omogene la scar macroscopic.

n mod obinuit unii autori consider drept materiale compozite, aranjamente de fibre continue sau discontinue, realizate dintr-un material existent, ranfortul, care este cufundat ntr-o matrice a crei rezisten mecanic este mult mai sczut.

Din punct de vedere tehnic, noiunea de materiale compozite se refer la materialele care posed urmtoarele proprieti:

sunt create artificial, prin combinarea diferitelor componente (sunt excluse compozitele naturale sau cele aprute fr intenia de a crea un compozit, cum ar fi lemnul, fonta cenuie etc.);

reprezint o combinare a cel puin dou materiale deosebite din punct de vedere chimic, cu proprietati anizotrope ntre care exist o suprafa de separaie distinct, interfa;

prezint proprieti pe care nici un component luat separat, nu le poate avea.

Unii autori consider o zon numit interfaz, responsabil de eventualele deteriorri ale sistemului compozit.

Modificrile induse sunt rezultatul interaciunii la nivelul interfeei n timpul formrii materialului compozit.

Problemele care au aprut n ncercarea de a defini ct mai exact, materialele

compozite sunt o dovad a domeniului extrem de larg pe care l ocup acest tip de materiale, domeniu aflat ntr-o continu i rapid extindere.

n mod elocvent se observ c n timp ce la materialele plastice, care posed proprieti izotrope, sunt folosite tehnici de proiectare i execuie a pieselor att de apropiate celor utilizate pentru metale, la materialele compozite trebuie construit struct

Search related