|
Материалы

Композиционные материалы с повышенными деформационными характеристиками


Существующие композиционные материалы можно условно разделить по особенностям структуры на три основных класса [1]: дисперсно-уп­рочненные; упрочненные частицами; армированные волокном.

Все эти материалы представляют собой матрицу из какого-либо вещества или сплава, в которой рас­пределена вторая фаза - обычно более жесткая, чем матрица, которая служит для улучшения того или иного свойства.

Для дисперсно-упроч­ненных композиции определяющей является микро­- или наноструктура, когда в матрице равномерно распределе­ны мельчайшие частицы размером от 0,001 до 0,1 мкм в количестве от 0,1 до 15 об.%. Введение таких количеств наночастиц оказывается достаточным, чтобы существенно из­менить важные физические характеристики, такие, напри­мер, как каталитиче­ская активность в химических реакциях, магнитные, электромагнит­ные и физико-механические свойства. Основной механизм упрочняю­щего действия в таких композиционных материалов связан с повыше­нием сопротивляемости матрицы деформациям под действием нагрузок.

Последние два класса композитов - материалы, упрочнение которых достигается благо­даря использованию относительно крупных частиц (более 1 мкм) или волокон, наиболее многочисленны по количеству и разнообразию свойств. При дос­таточно высоком содержании дисперсной фазы, достигаю­щем 30-40 об.%, в формировании свойств таких композитов решающее значение приобретают как особенности деформационного поведения каждого из компонентов, так и характер взаимодействия на поверхности раздела фаз.

Одним из перспективных направлений получения новых конструкционных материалов могут стать технологии получения поликристаллических конструкционных материалов с размерами кристаллитов менее 1 мкм. В подобных материалах, как и в дисперсно-упрочненных композитах, важное значение приобретают межфазные границы, которые являются результатом структурных изменений внутри од­ной фазы и межфазного взаимодействия, и именно они предопреде­ляют структурные изменения, а, следовательно, и основные свойства материала в целом.

Кроме того, необходимо учитывать еще одну важную особенность. В работе [2] на основе анализа уширения линий рентгеновского спектра межзеренной структуры в нанокристаллическом кремнеземе и структуры монолитного аморфного кремнезема установлено, что межзеренная граница характеризуется более длинными связями и меньшей плотностью. Это означает, что в ряде случаев именно межфазные границы, их структура будут определять деформационные свойства материала. Естественно, что это влияние возрастает по мере уменьшения размеров зерен до 1 мкм и менее. При максимальной дефектности структуры границ свойства вещества на этих участках в значительной степени приближаются к свойствам характерным для нестабильного состояния [3, 4] с потенциально высокой способностью к пластическим деформациям, особенно при интенсивных механических воздействиях. Это позволяет прогнозировать создание нового класса конструкционных неметаллических материалов, которые можно будет обрабатывать с использованием ковки, прокатки и т.д. Реструктуризация межфазных границ после такой обработки может приводить к резкому упрочнению изделия. В настоящее время уже имеются сведения о получении в Японии сверхпластичной керамики на основе диоксида циркония с размером кристаллитов около 0,3 мкм, которая способна деформироваться вдвое по сравнению с первоначальной длиной [5].

ЛИТЕРАТУРА

1. Кербер М.Л. Композиционные материалы //Соросовский образовательный журнал. – 1999.- №5.- С. 33-41.

2. Van Hoek Edgar R., Winter Rudolf Amorphous silica and the intergranular structure of nanocrystalline silica.- 19 inter. Congress on Glass, Edinburgh, 2001. Vol. 2. Extended Abstracts. Sheffield: Soc. Glass Technol.- 2001.- p. B2/13-B2/14.

3. Евтушенко Е.И. Активационные процессы в технологии строительных материалов.- Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2003. – 209 с.

4. Евтушенко Е.И. Структурная динамика в твердофазных превращениях и реакциях // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки.- 2005.- №2.- С. 60-63

5. Третьяков Ю.Д. Керамика в прошлом, настоящем и будущем //Соросовский образовательный журнал. – 1998.- №6.- С. 53-59.

Общее время работы: 72.196006774902 мс
Использование памяти: 659 КБ