Materiale compozite

  • View
    33

  • Download
    5

Embed Size (px)

DESCRIPTION

lucrare in domeniul stiintei materialelor

Text of Materiale compozite

Facultatea : Mecanic i TehnologieDepartamentul : Inginerie i Management

Programul de studii : Inginerie Economic IndustrialMATERIALELE COMPOZITE

Student : Grupa : Cadru didactic coordonator : Prof.univ.dr. Abrudeanu Marioara2014-2015CUPRINS1. Introducere ................................................................................................... pag. 3

2. Clasificarea materialelor compozite.............................................................. pag. 42.1. Materialele compozite cu particule .................................................. pag. 42.2. Materialele compozite cu fibre ......................................................... pag. 72.3. Materialele compozite laminare ....................................................... pag. 113. Domenii de utilizare a materialelor compozite ............................................. pag. 133.1. Aplicaii n construcia aerospaial .................................................. pag. 133.2. Aplicaii n industria aeronautic ...................................................... pag. 153.3. Materialele compozite n construcia automobilului ......................... pag. 174. Concluzii ....................................................................................................... pag. 195. Referinte bibliografice .................................................................................. pag. 20INTRODUCERE

n ultimele decenii s-au evideniat pe plan mondial schimbri semnificative n ceea ce privete utilizarea materialelor n diverse domenii, schimbri reclamate att de cerinele speciale ale domeniilor de vrf ct i de cerinele tot mai diversificate legate de producerea bunurilor de larg consum i nu n ultimul rnd de cerinele ecologice.

Materialele compozite reprezint o clas de materiale inginereti ce prezint un interes tiinific i tehnic deosebit. Ele sunt nu numai un nlocuitor perfect al materialelor feroase sau neferoase, ci i materiale ce permit rezolvarea unor serii ntregi de probleme tehnice n diferite ramuri industriale. Unele probleme tehnice sunt greu sau uneori chiar imposibil de rezolvat prin utilizarea materialelor clasice, tradiionale.Compozit - adj.= Corp alctuit din elemente disparate, felurite. (Dicionarul explicativ al limbii romne).

Materialele compozite sunt materiale formate din dou sau mai multe materiale,din ale cror combinaie rezult proprieti pe care nu le posed materialele iniiale.[1]Obinerea materialelor compozite de ctre oameni a nceput odat cu relizarea primului chirpic ntrit cu paie.Structura materialelor compozite este format dintr-o matrice n care se gsete un material mai dur sau durificator.

O examinare a istoriei materialelor compozite evideniaz o implicare deosebit a omului primitiv n utilizarea resurselor naturale ale pmntului. Este clar c, n anumite mprejurri, combinarea a dou materiale diferite, poate avea rezultate mai bune dect n cazul utilizrii materialelor unitare. Constrns chiar de instinctele sale animalice s foloseasc o piatr pentru a sparge coaja unei nuci sau a lovi un inamic, omul primitiv i-a dat seama c aceiai piatr legat de o bucat rezistent de lemn, poate fi folosit mai eficient. De asemenea, se pare c unele materiale compozite preistorice au luat natere din impulsuri artistice de moment, nefiind rodul unei decizii impuse de funcii specific planificate.

ntruct culturile preistorice au folosit materiale de origine litic sau organic: lemn, fibre naturale, semine, coji, oase, frunze de copac etc., multe din aceste compozite au disprut datorit caracterului lor biodegradabil. Totui unele structuri de lemn au reuit s supravieuiasc n regiunile cu clim uscat. Cteva statuiete de lemn, vechi de mii de ani, se

gsesc i acum ntr-un muzeu din Cairo. [7] Unele din cele mai deosebite materiale compozite, sunt cele realizate prin inseria pietrelor preioase i lipirea cu adeziv pe suprafee de marmur. Aditivii utilizai sunt rini de conifere, smoal i rini de la alte plante.

Apariia materialelor plastice, ca rezultat al descoperirii compuilor macromoleculari n a doua jumtate a secolului al XX-lea, a deschis noi posibiliti i n domeniul realizrii de materiale compozite. La nceput s-au realizat compounduri specifice, prin nglobarea de diferii aditivi n matricile polimerice. [7]Realizarea de materiale plastice compozite a cunoscut un avt deosebit mai ales dup descoperirea tehnopolimerilor i a principalilor polimeri cu aplicaii speciale. Primele compozite s-au realizat prin armarea polimerilor cu fibre de sticl. O dat acceptate aceste produse, mai ales n SUA, Europa i Japonia, gama polimerilor ramforsai a crescut foarte mult, n acelai timp multiplicndu-se i sursele lor de realizare. [7]CLASIFICAREA MATERIALELOR COMPOZITE Materialele compozite pot fi clasificate astfel [1]:

-dup natura materialelor:-materiale compozite metal-metal;

-materiale compozite metal-ceramic;

-materiale compozite metal-polimer;

-materiale compozite ceramic-polimer;

-materiale compozite polimer-polimer;-dup modul de aranjare al materialelor:

-materiale compozite cu particule (Fig.1.1.a);

-materiale compozite cu fibre (Fig.1.1.b);

-materiale compozite laminare (Fig.1.1.c).

particul dispersat fibr material A material B

a. b. c.Fig.1.1 Materiale compozite:a - materiale compozite cu particule; b - materiale compozite cu fibre;

c - materiale compozite laminare.[1]2.1. Materialele compozite cu particuleMaterialele compozite cu particule conin particule dure ntr-o matrice mai

ductil. Scopul introducerii acestor particule poate fi [1] :-ameliorarea unor proprieti, ca de exemplu:

-limitei elastice;

-duritii;

-rezistenei la uzare;

-rezilienei;

-lucrabilitii;

-refractaritii;

-absorbiei de neutroni;

-conductivitii electrice;-micorarea preului de cost, dac particulele sunt mai ieftine dect matricea.

Fig.2.1 Ilustrarea deplasrii 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.[1]Ameliorarea limitei elastice sau de curgere prin introducerea unor particule se ntlnete la matricele metalice i se realizeaz prin mecanismul de blocare a dislocaiilor. Acest mecanism este identic cu cel al durificrii aliajelor prin precipitarea unei a doua faze (Fig. 2.1). Este de remarcat faptul c materialele metalice durificate prin precipitare nu sunt considerate materiale compozite.Particulele de ntrire sunt, de obicei, oxizi i trebuie s satisfac urmtoarele

cerine:-s reprezinte obstacole eficiente la deplasarea dislocaiilor;

-s aib o valoare optim a:-mrimii;

-formei;

-distribuiei n matrice.Exemplul clasic de material compozit cu particule de oxid cu limit elastic ameliorat este pudra de aluminiu sinterizat i ntrit cu oxid de aluminiu (SAPAluminium Sinterized Powder). Oxidul de aluminiu este introdus n compoziie sub form de:-pudr, care apoi este amestecat cu pudra de aluminiu i sinterizat;

-film n jurul particulelor de aluminiu, care prin presare se sparge, formnd particule, care apoi sunt supuse sinterizrii.

n cazul superaliajului de nichel cu 20 % crom i 1 - 2 % wolfram, cei trei componeni sunt sub form de pudr sinterizat, dup care este trecut un curent de oxigen , care oxideaz numai toriul, formdu-se, astfel, particule de oxid de toriu (oxidare intern). Astfel, matricea este superaliajul, iar particulele ntritoare sunt din ThO2. Unele dintre utilizrile materialelor compozite ntrite cu particule cu limit elastic ameliorat sunt date n tabelul 41 [1].

mbuntirea duritii matricei este unul din cele mai frecvente scopuri ale materialelor compozite cu particule i depinde n principal de [1] : -densitatea particulelor dure;

-duritatea particulelor.

Un exemplu de mbuntire excepional a duritii i a rezistenei la uzare la temperaturi ridicate este cazul pastilelor obinute prin agregare de pulbere de WC (97-85%) i pulbere de Co (3-15%), utilizate la sculele achietoare.Matricea este format din cobalt, iar particula dur este WC. Sinterizarea are loc la o temperatur puin superioar temperaturii de topire a cobaltului, pentru ca fiecare particul de carbur de wolfram s fie nconjurat de metalul topit. Cobaltul este ntr-o cantitate care s permit desprinderea particulelor tocite i s fie expuse alte particule cu muchii tioase.Produsele din materiale abrazive (pietrele de polizor etc.) pot fi considerate exemple de materiale compozite la care s-a obinut o cretere a rezistenei la uzare. Matricea poate fi format din:

-sticl;

-polimeri etc.

Un alt exemplu este materialul compozit format dintr-o reea dur de wolfram n interstiiile creia se gsete o matrice moale de argint. Reeaua de wolfram este realizat prin sinterizare, iar umplerea golurilor cu argint lichid - prin infiltrare n vacuum. Acest material compozit este utilizat pentru ntreruptoare electrice.De asemenea, mbuntirea duritii i a rezistenei la uzare la temperaturi ridicate a fost obinut prin introducerea negrului de fum n cauciucul pneurilor. Particulele de negru de fum au o form sferoidal cu diametrul de 50 - 5000 A i sunt adugate mpreun cu multe alte materiale pentru a satisface cerinele de calitate ale diferitelor produse de cauciuc.

2.2. Materialele compozite cu fibreAceste materiale sunt formate dintr-o matrice ductil i fibre rigide, astfe