nr 1-2 (31-32) 2003

 

Akademickie Aktualno ci Morskie 

 

7

 

ncyklopedyczna  definicja 

kompozytu  brzmi:  ...  two-

rzywo  zło one  z  co  naj-

mniej  dwóch  składników  (zwa-

nych  komponentami,  fazami)  o 

ró nych  wła ciwo ciach  w  taki 

sposób,  e ma wła ciwo ci lepsze 

i  (lub)  nowe  (dodatkowe)  w  po-

równaniu  z  wła ciwo ciami  po-

szczególnych  składników  lub  w 

porównaniu  z  sum   wła ciwo ci 

tych  składników;  kompozyt  jest 

materiałem  zewn trznie  monoli-

tycznym,  jednak e  z  makrosko-

powo  widocznymi  granicami 

mi dzy  składnikami.  Oznacza  to, 

e kompozyt mo e powsta  przez 

poł czenie  ka dych  dwóch  lub 

wi cej  materiałów.  Dotyczy  to 

wszystkich  stosowanych  w  bu-

dowie  maszyn  materiałów wyst -

puj cych w stanie stałym: metali, 

materiałów  organicznych  oraz 

materiałów ceramicznych. 

 

 

 

Klasyfikacja materiałów 

uwzgl dniaj ca kompozyty 

 

Najcz ciej słowo „kompozyt” 

jest  kojarzone  z  popularnymi, 

stosowanymi  od  kilkudziesi ciu 

lat  kompozytami  typu  polimer 

wzmacniany  włóknem  szklanym. 

Istotne  zalety  tych  materiałów  

takie  jak:  sztywno ,  wytrzyma-

ło   na  rozci ganie,  lekko ,  ła-

two   kształtowania,  a  tak e  od-

porno  na korozj  spowodowały 

szerokie  ich  zastosowanie  rów-

nie   w  okr townictwie  (kadłuby 

okr tów  o  długo ci  do  60 mb, 

kadłuby  i  wyposa enie  jednostek 

sportowych, osłony radarów itp.). 

Mniej  znanymi,  ale  obecnie 

ju   szeroko  stosowanymi  w  kra-

jach  o  wysokim  poziomie  tech-

niki  s  

kompozyty  metalowe. 

Kompozyty  te,  podobnie  jak 

kompozyty  polimerowe,  zawie-

raj   dwie  fazy:  osnow ,  w  tym 

przypadku  jest  to  metal  (stopy 

aluminium,  magnezu,  a  tak e  ty-

tan,  mied ,  stopy  elaza)  oraz 

zbrojenie.  Zbrojenie  to  najcz -

ciej  ceramika,  ale  tak e  spotyka 

si   w giel  i  ostatnio  coraz  rza-

dziej  metale.  Niezwykle  wa n  

spraw   jest  posta   geometryczna 

zbrojenia,  determinuj ca  cz sto 

sposób wytworzenia kompozytu. 

 

 

 

Podział kompozytów w zale no ci 

od kształtów fazy zbroj cej 

 

Buduj c  ró ne  urz dzenia  i 

wyroby  wiemy  dokładnie,  jakie 

s   okre lone  i  w  pewnym  sensie 

ograniczone  wła ciwo ci  trady-

cyjnych  materiałów. Metale b d  

wytrzymałe,  dosy   ci kie,  od-

porne  na  temperatur ,  ceramika 

za   b dzie  bardzo  twarda,  lecz 

krucha,  przy  jednoczesnej  dobrej 

odporno ci  na  wysok   tempera-

tur   i  działanie  agresywnych 

czynników,  natomiast  polimery 

b d   łatwo  przetwarzalne,  tanie, 

lecz  do  stosowania  w  zakresie 

stosunkowo  niskich  temperatur 
(do  200

°C)  itd.  Kapitaln   zalet  

materiałów  kompozytowych  jest 

mo liwo   projektowania  i  ze-

stawiania  ich  wła ciwo ci  nie-

jako  na  zamówienie.  Mo na 

utworzy   dany  zestaw  ró nych 

cech  materiałowych,  takich  jak: 

wytrzymało   na  rozci ganie, 

sztywno ,  przewodno   cieplna, 

rozszerzalno   cieplna,  przewod-

no   elektryczna,  wła ciwo ci 

magnetyczne  itp. 

dane  wła ci-

wo ci  mo na  osi gn   poprzez 

dobór  odpowiednich  materiałów 

zarówno  osnowy  jak  i  zbrojenia 

oraz  udział  i  posta   fazy  zbroj -

cej  a  tak e  jej  uło enie  w  prze-

strzeni.  Wymagania  stawiane  fa-

zie  zbroj cej  to:  odpowiednie 

warto ci parametrów opisuj cych 

podstawowe  jego  wła ciwo ci  – 

g sto ,  wytrzymało ,  sztyw-

no ,  rozszerzalno   cieplna  a 

tak e  zdolno   tworzenia  wła-

ciwego  poł czenia  z  osnow , 

odporno   na  destrukcyjne  od-

działywanie  metalu  osnowy,  sta-

bilno   wła ciwo ci  wytrzymało-

ciowych  w  temperaturze  pracy, 

brak  przemian  fazowych  w  tem-

peraturze  pracy.  Posta   geome-

tryczna  zbrojenia  to  włókna  dłu-

gie uporz dkowane, włókna krót-

kie 

nieuporz dkowane 

oraz 

cz stki.  Najcz ciej  spotykane 

rodzaje zbrojenia to włókna boru, 

E

Nowe materiały 

 

Akademickie Aktualno ci Morskie 

nr 1-2 (31-32) 2003

 

8

w glowe,  metalowe,  ceramiczne 

(SiC,  Al

2

O

3

),  tak e  whiskery, 

oraz  cz stki  –  regularne,  niere-

gularne  oraz  płatki  (SiC,  Al

2

O

3

 

oraz B

4

C, Si

3

N

4

, AlN, TiC, TiB

2

). 

Z  kolei  osnow   musz   charakte-

ryzowa   istotne  z  punktu  widze-

nia  pracy  kompozytu  cechy,  tj.: 

g sto ,  wytrzymało ,  plastycz-

no ,  przewodno   cieplna,  prze-

wodno   elektryczna,  tempera-

tura pracy, a tak e odporno  ko-

rozyjna  i  odpowiednie  wła ciwo-

ci  magnetyczne.  Stosuje  si  

stopy Al, Mg, a tak e Cu, Ti, Ni, 

Zn, Pb, Fe. Wytwarzanie kompo-

zytów  metodami  odlewniczymi 

polega  na  sporz dzaniu  miesza-

niny, a nast pnie zalewaniu form 

odlewniczych  grawitacyjnie,  ci-

nieniowo,  od rodkowo  lub  po-

przez  prasowanie  w  stanie  cie-

kłym, lub ciekłostałym. 

 

 

 

Struktura kompozytu 

 

Inne 

cz ciej 

spotykane 

odlewnicze  metody  wytwarzania 

kompozytów  to  krystalizacja 

ukierunkowana  niektórych  sto-

pów  (kompozyty  „in  situ”)  oraz 

nasycanie  ci nieniowe  ciekłym 

metalem  struktur  zbroj cych 

utworzonych  z  włókien  nieupo-

rz dkowanych tzw. preform. 

Osobn  

grup  

stanowi  

kompozyty  wytwarzane  poprzez 

spiekanie  pod  wysokim  ci nie-

niem  mieszanin  odpowiednich 

proszków metali oraz ceramiki, a 

tak e  kompozyty  wytwarzane 

metod   przeróbki  plastycznej. 

Kompozyty  metalowe  znajduj  

szerokie zastosowanie w budowie 

maszyn.  Mo na  je  podzieli   na 

kompozyty  konstrukcyjne,  gdzie 

najwa niejszymi  cechami  s : 

wytrzymało ,  sztywno ,  ci gli-

wo , odporno  na pełzanie, od-

porno   zm czeniowa  oraz  kom-

pozyty o szczególnych wła ciwo-

ciach, tj. odporno  na  cieranie, 

dobre 

przewodnictwo 

elek-

tryczne,  odporno   na  wysok  

temperatur   pracy,  dobre  wła ci-

wo ci  lizgowe,  dobre  przewod-

nictwo cieplne. Szerokie zastoso-

wanie  znajduj  kompozyty w bu-

dowie  cz ci  silników  spalino-

wych,  tj.  tłoki,  korbowody,  ele-

menty  rozrz du,  wkładki  do  ko-

mory  spalania,  gniazda  zawo-

rowe,  tuleje  cylindrowe,  korpusy 

silników.  Stosuj c  materiały 

kompozytowe  mo na  osi gn  

zmniejszenie  masy  elementów 

ruchomych, 

rozszerzalno ci 

cieplnej,  przewodno ci  cieplnej, 

całkowitej  masy  silnika,  nato-

miast  zwi kszenie  odporno ci  na 

szoki  termiczne  i  odporno ci  na 

cieranie.  

 

 

 

Tłok silnika spalinowego

 

Wyroby  z  kompozytów  o 

zwi kszonej 

odporno ci 

na 

cieranie  to  tarcze  sprz głowe, 

tarcze  hamulcowe,  tuleje  cylin-

drowe,  z  kompozytów  o  dobrej 

przewodno ci  elektrycznej  to 

szczotki  i  ł czniki,  a  kompozyty 

o  dobrych  wła ciwo ciach  li-

zgowych  znajduj   zastosowanie 

na  panewki  i  prowadnice.  Kom-

pozyty  metalowe  s   szeroko  sto-

sowane  w  urz dzeniach  i  wyro-

bach równie  w elektronice, spor-

cie,  rekreacji  i  medycynie.  U y-

waj c  potocznie  słowa  kompozyt 

metalowy  mamy  do  czynienia  z 

wielko ci  elementów zbroj cych 

rz du  kilku  do  kilkuset  mikro-

metrów  (jeden  z  wymiarów).  Je-

eli  jeden  z  wymiarów  elemen-

tów  zbrojenia  b dzie  mniejszy 

ni   sto  nanometrów,  b dziemy 

mogli  mówi   o 

nanokompozy-

tach. Wej cie w obszar „nano” w 

in ynierii  materiałowej  mo e  za-

owocowa   powstaniem  materia-

łów,  tak e  kompozytów,  o  nie-

spotykanych  do  tej  pory  wła ci-

wo ciach.  Mo na  uzyska   na 

przykład  kilkukrotny  wzrost  wy-

trzymało ci  niektórych  metali, 

pojawienie si  zjawiska superpla-

styczno ci  w  materiałach  cera-

micznych  i  metalach,  zwi ksze-

nie  o  rz d  wielko ci  odporno ci 

na  pełzanie,  mo liwo   wytwa-

rzania  bezsmarowych  materiałów 

lizgowych  itd.  Jednym  z  o rod-

ków  zajmuj cych  si   w  Polsce 

technologi   odlewanych  kompo-

zytów  metalowych  jest  Zakład 

In ynierii  Materiałów  Okr to-

wych  na  Wydziale  Mechanicz-

nym WSM. We współpracy z Za-

kładem Odlewnictwa Politechniki 

Pozna skiej  prowadzi  prace  ma-

j ce  na  celu  rozwój  i  wdra anie 

tej technologii. 

 

Janusz Grabian