5.2. Композиционные материалы

Дальнейшее развитие принцип более эффективного использования преимуществ отдельных материалов находит в композиционных материалах. Обычными технологическими приемами не удается обеспечить существенное повышение прочности конструкционных материалов. Композиционные материалы (композиты), включающие в себя высокопрочные элементы, соединенные пластичной и вязкой матрицей, дают возможность резко повысить удельную прочность изделий. Наряду с прочностью открываются возможности в увеличении модуля упругости, жаропрочности и живучести материала. Композиты классифицируются, как известно, по матрице и по способу получения материала. Различают композиты с металлическими, полимерными, углеродными, керамическими и другими матрицами. Известны композиты с несколькими матрицами. По способу упрочнения композиты разделяют на слоистые, волокнистые, дисперсноупрочненные, полученные способом направленной кристаллизации со структурой эвтектики.

Преимуществами композитов с металлической матрицей (магний, алюминий, титан, кобальт, никель и их сплавы, стали) являются:

• повышенная жаропрочность и жаростойкость;
• меньшая анизотропия механических свойств;
• высокая тепло - и электропроводность.

К недостаткам материалов с металлической матрицей можно отнести повышенную плотность и ограниченную коррозионную стойкость.

В качестве армирующих элементов слоистых и волокнистых композитов с металлической матрицей применяются волокна из углерода, бора, карбида кремния, оксида алюминия, высокопрочной проволоки и др. Механические свойства за счет армирования повышаются в 1,5…3 раза (удельные в 2…5 раз) в зависимости от объемной доли и способа ввода армирующих волокон. Новыми композитами являются армированные квазимонолитные, квазислоистые материалы, получаемые способом автовакуумной сварки давлением. Соответствующим подбором материалов для поверхностных и внутренних слоев можно значительно повысить коррозионную стойкость таких материалов.

Дисперсноупрочненные материалы применяются в качестве жаростойких и жаропрочных конструкционных, а также специальных высокотемпературных материалов с особыми электрофизическими свойствами. В эту же группу материалов входят направленно-кристаллизационные сплавы, дополнительно легированные карбидами, жаростойкость и жаропрочность которых в 1,2…1,5 раза превышает эти свойства соответствующих традиционных сплавов. Коррозионностойкими материалами считаются композиты с матрицами на основе титана, свинца, меди.