Технология композиционных материалов. 2-е изд.

Предисловие 8 Введение 10 1. Классификация композиционных материалов 13 1.1. Цели и задачи создания композиционных материалов (КМ) 13 1.2. Классификация композиционных материалов по виду материала матрицы, ориентации и типу арматуры, назначению 14 1.3. Требования, предъявляемые к армирующим волокнам и материалу матриц 16 2. Методы контроля свойств композиционных материалов 18 2.1. Методы определения механических свойств армированных КМ 18 2.1.1. Растяжение 19 2.1.2. Сжатие 22 2.1.3. Сдвиг 24 2.1.4. Изгиб 26 2.2. Испытания кольцевых образцов. 33 2.2.1. Растяжение 33 2.2.2. Сжатие 34 2.3. Анализ структуры КМ и механизмов ее разрушения 35 2.3.1. Микроскопический анализ 35 2.3.2. Фрактографический анализ 37 3. Методы получения и свойства армирующих материалов 39 3.1. Металлические волокна 39 3.1.1. Стальная проволока 39 3.1.2. Вольфрамовая и молибденовая проволока 47 3.1.3. Проволока из бериллия 51 3.1.4. Титановая проволока 52 3.1.5. Биметаллическая проволока 53 3.2. Стеклянные волокна (СВ) 54 3.3. Волокна бора, карбида кремния и борсика 65 3.3.1. Борные волокна 65 3.3.2. Волокна из карбида кремния, борсика 72 3.4. Углеродные волокна 76 3.4.1. Исходные материалы и химические превращения при формировании углеродного волокна 81 3.4.2. Углеродные волокна на основе полиакрилонитрила 82 3.4.3. Углеродные волокна на основе пека 88 3.4.4. Углеродные волокна на основе гидратцеллюлозы 91 3.4.5. Свойства углеродных волокон 93 3.4.5.1. Механические свойства 93 3.4.5.2. Физические свойства 99 3.4.5.3. Химические свойства 102 3.5. Нитевидные кристаллы 103 3.6. Керамические волокна 116 3.6.1. Монокристаллические керамические волокна 116 3.6.2. Поликристаллические керамические волокна 118 4. Металлические матрицы композиционных материалов 124 4.1. Матрицы на основе алюминия 124 4.1.1. Технический алюминий 124 4.1.2. Деформируемые алюминиевые сплавы 125 4.1.3. Литейные алюминиевые сплавы 129 4.2. Матрицы на основе магния 133 4.3. Матрицы на основе титана 135 4.4. Матрицы на основе меди 139 4.5. Матрицы на основе никеля 140 5. Технология и свойства металломатричных композиционных материалов 157 5.1. Требования, предъявляемые к процессам получения КМ 157 5.2. Композиционные материалы на основе алюминия 160 5.2.1. Алюминий-сталь 162 5.2.2. Al-B и алюминий-борсик 167 5.2.3. Al-SiC 174 5.2.4. Al-C 175 5.2.5. Al-SiO2 178 5.2.6. Al-W 179 5.2.7. Al-Be 179 5.2.8. Алюминий-НК Al2O3, алюминий-НК SiC 180 5.2.9. Применение 182 5.3. Композиционные материалы на основе магния 182 5.3.1. Mg-Be 182 5.3.2. Mg-SiC 184 5.3.3. Mg-Ti 185 5.4. Композиционные материалы на основе титана 186 5.4.1. Ti-Be 187 5.4.2. Ti-SiC 188 5.4.3. Титан-борсик 191 5.4.4. Ti-Al2O3 194 5.4.5. Применение 194 5.5. Композиционные материалы на основе меди 195 5.5.1. Cu-W 195 5.5.2. Cu-C 198 5.5.3. Применение 199 5.6. Композиционные материалы на основе никеля 199 5.6.1. Ni-W 199 5.6.2. Ni-Al2O3 209 5.6.3. Ni-Si3N4 214 5.6.4. Ni-SiC 214 5.6.5. Ni-C 216 5.6.6. Применение 218 6. Эвтектические композиционные материалы 220 6.1. Общая характеристика 220 6.2. Ориентационные и структурные характеристики 222 6.3. Методы и условия получения эвтектических КМ 224 6.3.1. Методы направленной кристаллизации 224 6.3.2. Условия образования направлений эвтектической структуры 225 6.3.3. Условия образования волокнистой и пластинчатой структуры 227 6.4. Эвтектические композиционные материалы на основе алюминия 228 6.5. Эвтектические композиционные материалы на основе титана и ниобия 232 7. Технология и свойства композиционных материалов на полимерной матрице (ПКМ) 234 7.1. Полимеры 234 7.2. Наполнители ПКМ 242 7.2.1. Порошкообразные наполнители 243 7.2.2. Волокнистые наполнители 248 7.3. Получение полимерных композиционных материалов и изделий из них 250 7.4. Углепластики 255 7.4.1. Выбор полимерной матрицы 255 7.4.2. Выбор углеродных волокон и наполнителей 256 7.4.3. Методы формования углепластиков 261 7.4.4. Свойства углепластиков 262 8. Углерод-углеродные композиционные материалы 269 8.1. Кристаллические формы углерода 270 8.2. Объемные структуры на основе углеродных волокон 273 8.3. Матрицы УУКМ 276 8.3.1. Пиролитический углерод 277 8.3.2. Стеклоуглерод 281 8.3.3. Углерод на основе пеков 286 8.4. Технология получения УУКМ 289 8.4.1. Газофазный способ 289 8.4.2. Жидкофазный способ 294 8.4.3. Комбинированный способ 300 8.5. Свойства углерод-углеродных композиционных материалов 300 8.6. Применение 305 9. Применение композиционных материалов 311 9.1. Применение КМ в автомобилестроении 311 9.2. Применение КМ в гражданской авиации 313 9.3. Применение КМ в военных самолетах 315 9.4. Применение КМ в космических летательных аппаратах 324 9.5. Композиционные материалы в судостроении 325 9.6. Применение КМ для изготовления спортивных изделий 326 9.7. Другие области применения КМ 328 9.8. Современные технологии создания композицонных материалов 330 10. Теоретические основы конструирования композиционных материалов 342 10.1. Модули нормальной упругости в направлении оси волокна и в перпендикулярном направлении 344 10.2. Коэффициент Пуассона и модуль сдвига для однонаправлено армированных композиционных материалов 347 10.3. Прочность КМ, армированных непрерывными и дискретными волокнами 349 10.3.1. Композиционные материалы, армированные непрерывным волокном 349 10.3.2. Композиционные материалы, армированные дискретными волокнами 359 10.4. Статистическая прочность композиционных материалов 368 10.5. Формирование и развитие трещин в КМ 376 10.6. Прочность КМ на сжатие 381 11. Методы контроля свойств композиционных материалов 384 11.1. Методы определения механических свойств армированных КМ 384 11.1.1. Растяжение 385 11.1.2. Сжатие 388 11.1.3. Сдвиг 391 11.1.4. Изгиб 392 11.2. Испытания кольцевых образцов 400 11.2.1. Растяжение 401 11.2.2. Сжатие 402 11.3. Анализ структуры КМ и механизмов ее разрушения 403 11.3.1. Микроскопический анализ 403 11.3.2. Фрактографический анализ 404 12. Межфазное взаимодействие в композиционных материалах 405 12.1. Термодинамическая и кинетическая совместимость компонентов 406 12.2. Виды межфазного взаимодействия 410 12.4. Типы связей между компонентами 416 12.5. Процессы диффузии между компонентами КМ 417 12.5.1. Уравнения Фика 417 12.5.2. Диффузия через плоскую поверхность 419 12.5.3. Диффузия в среде со сферической симметрией 423 12.5.4. Диффузия в среде с цилиндрической симметрией 425 12.6. Смачивание и растекание 429 12.6.1. Поверхностное натяжение 441 12.6.2. Поверхностная энергия твердых тел 444 12.6.3. Свободная поверхностная энергия на границе твердое тело – жидкость 448 12.6.4. Смачивание в системах «твердые металлы – жидкие металлы» 453 12.6.5. Смачивание в системах «тугоплакие соединения – жидкие металлы» 454 Заключение 471 Библиографический список 472