Армирующие волокна композитных материалов ( общие представления, эксплуатационные требования, технологические)

Армирующие материалы подразде­ляют на порошкообразные и волокнистые.

Основная идеяупрочнения волокнами заключается в создании двухфазной структуры, в которой деформация матрицы используется для передачи напряжения высокопрочным волокнам при их объемном содержании до 50-70% (чаще 10-30%) за счет сил сцепления на границе раздела волокно – матрица. Если волокна имеют достаточную длину, то при нагружении деформация волокон на большей части их длины должна быть равна деформации матрицы и в этом случае волокна эффективно упрочняют ее. Кроме того, волокна должны задерживать распространение трещин и таким образом повышать не только прочность, но и вязкость материала. Поскольку упрочнение в армированных волокнами системах зависит главным образом от свойств волокон (матрица действует только как среда для передачи напряжения), такие системы по своим высокотемпературным характеристикам должны превосходить системы, упрочненные дисперсными частицами.

Армирующие волокна, используемые для получения КМ, должны иметь сле­дующие свойства: малую плотность, вы­сокую температуру плавления, минималь­ную растворимость в материале матрицы, высокую прочность во всем интервале рабочих температур, высокую химиче­скую стойкость, технологичность, отсут­ствие фазовых превращений в зоне рабо­чих температур, отсутствие токсичности при изготовлении и эксплуатации.

Приме­няют в основном три вида волокон: ните­видные кристаллы, металлическую прово­локу, неорганические и поликристаллические волокна.

Существуют два основных способа получения двухфазных композиционных материалов: 1) волокна, усы или проволоку получают отдельно, а затем их вводят в матрицу; 2) волокна или усы создают непосредственно в матрице, например направленной кристаллизацией эвтектических сплавов, используя контролируемое охлаждение или эвтектоидный расплав.