KOMPOZYTY Autor: Daniel Sarat Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Co to jest kompozyt? Kompozyt – materiał zbudowany z co najmniej dwóch różnych składników (faz) połączonych na poziomie makroskopowym w celu uzyskania nowego lepszego materiału. własności wypadkowe kompozytu zależą od: –własności faz składowych –udziału objętościowego faz –sposobu rozmieszczenia fazy rozproszonej w osnowie –cech geometrycznych fazy rozproszonej KOMPOZYT Ceramika MetalePolimery Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Historia kompozytu Starożytność - Egipcjanie (od ok lat p.n.e.) - sklejka drewniana - Izraelici (od XIII w. p.n.e.) – domy z bloków z mieszanki błotnej wzmocnionej słomą i końską sierścią Średniowiecze - miecze i tarcze zbudowane z warstw różnych materiałów nowoczesne materiały kompozytowe - okres II wojny światowej - włókna szklane - lata 50-te XX wieku - niskomodułowe włókna węglowe - lata 60-te XX wieku - wysokomodułowe włókna węglowe - lata 70-te XX wieku włókna aramidowe (KEVLAR) Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Budowa Kompozyty składają się zazwyczaj z 2 faz: –ciągłej, osnowy (matryca), –rozproszoną, otoczona osnową (zbrojeniem) a)Kompozyty ziarniste (cząstkowe) b)Kompozyty włókniste c)Kompozyty warstwowe Podział ze względu na fazę rozproszoną Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Dlaczego stosujemy? doskonałe parametry sztywnościowe i wytrzymałościowe, doskonałe właściwości mechaniczne, mały ciężar właściwy, tworzenie materiału o określonych właściwościach. Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Najpowszechniejsze kompozyty beton, eternit, cermetale, drewno, szkło zbrojone siatką metalową, węgliki spiekane.

OSNOWA utrzymuje zbrojenie zapewnia wytrzymałość na ściskanie przenosi naprężenie zewnętrzne na zbrojenie, zatrzymuje rozprzestrzenianie się pęknięć, nadaje wyrobom żądany kształt. najczęściej polimer (poliepoksyd, poliester) może być to metal (Ti, Ni, Fe, Al, Cu) lub ich stopy ceramika (np.Al 2 O 3,SiO 2, SiC, TiO 2 ) Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Zbrojenie Zadaniem zbrojenia jest wzmacnianie materiału, poprawianie jego właściwości mechanicznych. Zbrojenie może mieć postać: –Włókna ciągłego lub nieciągłego –Proszku Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Podział kompozytów -pochodzenie (naturalne, stworzone przez człowieka) -przeznaczenie (konstrukcyjne, szczególne wł. fizyczne, chemiczne) -rodzaj osnowy, -rodzaj zbrojenia. Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Sposoby wytwarzania Kompozyty cząsteczkowe – technikami metalurgii proszków, Kompozyty włókniste –przeróbka plastyczna (walcowanie, wyciskanie, prasowanie) –metalurgia proszków –metody z ciekłą osnową (infiltracja ciekłych metali do porowatych kształtek) Ogólne metody wytwarzania kompozytów –kontaktowa –natryskowa –nawijanie włókien –taśmy prepreg Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Kompozyty cząsteczkowe (ziarniste) Składają się z ciągłej matrycy w której umieszczone są izolowane elementy drugiej fazy. Cząstki fazy zdyspergowanej modyfikują właściwości matrycy obciążenie zewnętrzne przenoszone jest tak przez osnowę, jak i fazę rozproszoną w postaci cząsteczek o sztywności i twardości większej od sztywności i twardości osnowy Wzmocnienie jest efektywne, jeżeli cząstek jest odpowiednio dużo, tzn. powyżej 20% objętości kompozytu Przykład: beton, wyroby oponiarskie, spieki ceramiczno metalowe (cermety) WC+6%Co Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Kompozyty włókniste Fazę wzmacniającą, służącą jako element nośny, stanowią różnego rodzaju włókna, wprowadzone w celu zwiększenia wytrzymałości, sztywności. Osnowa stanowi spoiwo łączące włókna, zapewnia rozdział obciążenia zewnętrznego między włókna, oraz chroni je przed czynnikami zewnętrznymi; w niewielkim natomiast stopniu uczestniczy w przenoszeniu obciążeń zewnętrznych. Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Kompozyty włókniste cd. OSNOWY MetaloweŻywice polimerowe - aluminiowe, - miedziane, - magnezowe, - tytanowe - termoplastyczne - termoutwardzalne Włókna: - węglowe - borowe - borsicowe - aramidowe - węglowe - grafitowe - szklane Dobre właściwości techniczne, produkowane w największych ilościach, stosunkowa niska cena Bardzo dobre wł. mechaniczno wytrzymałościowe w wysokich temperaturach, duża odporność na pękanie i pełzanie – przemysł lotniczy Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Włókna duża sztywność i wytrzymałość, wielokrotnie większa od wartości odpowiednich charakterystyk dla materiału w postaci masowej (np. wytrzymałość na rozciąganie typowych stali jest rzędu GPa, zaś wytrzymałość cienkich włókien stalowych wynosi ok. 4 GPa). szklane - najstarsze, najtańsze i najczęściej stosowane, 2 typy E(gorsze wł. mechaniczne), S (zastosowanie militarne) grafitowe – lata 50 XXw., lepsze ale droższe od szklanych z dobrze wykształcona i zorientowaną strukturą grafitową. Typy: wysokowytrzymałe, wysokomodułowe i ultrawysokomodułowe węglowe – podobne do grafitowych ale mniej uporządkowana struktura, obszary o zaburzonej strukturze krystalicznej organiczne – bawełna, juta, sizal po wynalezieniu włókien aramidowych stosowane na szeroką skale w sprzęcie sportowym (nazwy Nomax, Kevlar) Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Włókna cd. Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Kompozyty warstwowe Dwie silne warstwy zewnętrzne rozdzielone warstwą słabszego i mniej gęstego materiału (rdzeń). Rolą rdzenia jest przeciwdziałać deformacjom spowodowanym siłą prostopadłą do powierzchni zewnętrznych. Często rdzeń ma strukturę plastra miodu. Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Zastosowanie - lotnictwo - astronautyka - sport - budownictwo (beton, żelbet) - motoryzacja - medycyna - elektronika Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Zastosowanie - stomatologia Zalety: - działanie profilaktyczne na okoliczne tkanki, - estetyka (łatwość doboru barwy, połysk), - niskie koszty oraz łatwość użycia materiału, - dobra adhezja do szkliwa, - wysoka odporność na zgniatanie, - kontrast na zdjęciu RTG. Wypełnienie zębów trzonowych przez materiał kompozytowy Wady: - kilkakrotnie większa kurczliwość materiału niż tkanek zęba pod wpływem temperatury - wrażliwość niektórych zębów po wypełnieniu - stosunkowo niewielka trwałość wypełnień. Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Zastosowanie Zastosowanie kompozytów włóknistych w budowie Airbusa A380 (około 25 %) Udział materiałów lekkich w Airbus A350 Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Kompozyty naturalne Drewno - ściana komórki zbudowana jest z włókien celulozowych w osnowie hemicelulozy i ligniny (kompozyt wzmacniany włóknami!) Tkanka kostna-złożona z apatytu w związkach proteinowych Drewno sosnowe ma większą wytrzymałość właściwą niż stal. Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r

Pytania Co to jest kompozyt ? Opisać budowę kompozytu. Scharakteryzować kompozyty włókniste. Modelowanie przetwórstwa materiałówIMiIP, IS, 4r