Materiały 

kompozytowe o 

osnowie metalowej

Katarzyna Kinnek

Katarzyna Herok

Karolina Wróbel

Patryk Schmatolla

ZiIP, semestr IV

STRUKTURA, 

WŁASNOŚCI I 

ZASTOSOWANIE 

KOMPOZYTÓW O 

OSNOWIE METALOWEJ

WPROWADZEN
IE

Kompozyty metaliczne w wielu krajach 

stanowią jeszcze obiekt studiów i badań 

niż praktycznych zastosowań. Wiąże się 

to w dużym stopniu ze znacznymi 

kosztami ich wytwarzania, na które 

składają się złożone i kosztowne cykle 

technologiczne oraz wysoki koszt 

komponentów zbrojących, a niekiedy 

również i osnowy.

dale
j

zalety

ZALETY KOMPOZYTÓW 
METALOWYCH

dalej



 mała gęstość,

 duża wytrzymałość i sztywność,

 określone wartości wytrzymałości i 
sztywności,

 określona wartość przewodności i 
rozszerzalności  cieplnej.

RODZAJE 
OSNOWY

1. Stopy metali lekkich ( Al, Mg)  - 

przykład

2. Stopy srebra i miedzi

3. Stopy niklu

4. Stopy ołowiu i cynku  

-

 

przykład

dale
j

Kompozyty z osnową metalową wytwarzane 
są w układach metal – metal i metal – 
ceramika. Jako osnowę stosuje się:

PRZEMYSŁ SPORTOWY

dale
j

Rys. 1. Rama rowerowa wykonana z 
kompozytu aluminium – cząstki Al

2

O

3

PRZEMYSŁ 
LOTNICZY

wstecz

Rys.3.Dwuturbino
wy helikopter 
transportowy

Rys.2.Trzysilniko
wy helikopter do 
transportu 
ciężkiego 
ładunku

ŁOŻYSKA

Rys.4.Łożyska

Rys.5.Tuleje i wałki 
łożyskowe

wstec
z

ZBROJENIE CZĄSTKAMI

dalej

Właściwości użytkowe metalowych kompozytów 
zbrojonych cząstkami, takie jak odporność na 
ścieranie i współczynnik tarcia, są zależne od:

• udziału objętościowego cząstek,
• materiału zbrojenia,
• wielkości cząstek i ich rozmieszczenia w 
osnowie.

przykłady

KOMPOZYTY ZBROJONE 
CZĄSTKAMI

Rys.6.Styki 
elektryczne

Rys.8.Szczotki 
prądnicy

Rys.7.Magne
s

wstec
z

RODZAJE CZĄSTEK ZBROJĄCYCH

Osnowa Faza 

zbrojąca

Rozmiar 

fazy 

m

Zawartość 

% mas

Aluminiu

m

Grafit 

ziarnisty
Tlenek glinu
Węglik 

krzemu
Tlenek 

krzemu
Piasek 

15-100
3-200
16-120
5-53
75-120

1-8
3-30
3-20
5
do 36% obj

Miedź

Grafit
Tlenek glinu
Tlenek 

cyrkonu

5
11
5

13% obj
7% obj
2% obj

Żelazo
(stal)

Tlenek 

tytanu
Tlenek ceru
Glinka 

ilitowa

8
10
750

 

nie oznaczono

 

nie oznaczono

3

dalej

Tabela 1 – Podział ze względu na rodzaj cząstek 
zbrojonych

WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW 

ZBROJONYCH CZĄSTKAMI

Uwzględniając właściwości stosowanych stopów 
oraz właściwości cząstek zbrojących uzyskać można 
kompozyty:

• odporne na ścieranie – zbrojenie cząstkami 
tlenków i węglików,

• ślizgowe – zbrojenie cząstkami grafitu lub miki,
• o podwyższonej wytrzymałości,
• o podwyższonej temperaturze pracy.

dale
j

KOMPOZYTY WŁÓKNISTE

• włókna metalowe:

• włókna 
ceramiczne

:

wolframow
e, 
molibdeno
we,      
tytanowe,

węglowe,          
             
korundowe,       
             z 
węglika 
krzemu

.

dalej

Do wytwarzania kompozytów włóknistych stosuje 
się włókna:

zastosowanie

TECHNIKA 
KOSMICZNA

Rys.12. Elementy nośne baterii 
słonecznych

Rys.11. Sztuczne 
satelity

wstec
z

WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW ZBROJONYCH 
WŁÓKNAMI

krzywe 
rozciągania

Osnowa

Włókno

V

w

,

%

R

m

 ,

MPa

R

m 



MPa

E,

GPa

201Al

Węglowe

30

646

50

172

201Al

Al

2

O

3

50

1224

-

222

6061Al

SiC

50

1541

-

237

5056Al

C(grafit)

35

816

77

122

AZ31Mg

Węglowe

38

531

-

307

Ti-6Al-4V

SiC

35

1255

535

272

Tabela 2 – Zestawienie własności kompozytów zbrojonych włóknami

V

w 

- stosunek masy włókien do masy całego tworzywa

KRZYWE ROZCIĄGANIA KOMPOZYTÓW 

METALOWYCH

dalej

0 , 0 3 0 , 6 1 , 0

2 , 0

3 , 0

4 , 0

5 , 0

6 , 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

o s n o w a

w łó k n o

V     =   0 , 5 0

w

V     =   0 , 2 5

w

V     =   0 , 1 0

w

w y d łu ż e n ie   w z g lę d n e   [% ]

na

pr

ęż

en

ie

 r

oz

ci

ąg

aj

ąc

e

— włókna kruche

--- włókna 
plastyczne

* 1 0     M P a

1

Tabela 3 – Wykres naprężenia rozciągającego do wydłużenia 
względnego

METODY WYTWARZANIA

BEZPOŚREDNIA METODA WYTWARZANIA

POŚREDNIE METODY WYTWARZANIA

- metoda in situ

• osnowa znajduje się w stanie 
ciekłym

- zalewanie, nasycanie

,

 

natryskiwanie

• oba komponenty znajdują się w 
stanie stałym

- walcowanie

, wyciskanie

• osnowa znajduje się w stanie 
stałym lub ciekłym w 
zależności od przyjętego 
wariantu technologicznego

- metalurgia proszków

koniec

ZASYSANIE, ZALEWANIE

wstecz

a) zasysanie kapilarne; b) wykorzystanie ciśnienia; c) wykorzystanie 

próżni;

1- włókna, 2- ciekła osnowa, 3- element grzewczy, 4- rura, 5- 

zamknięcie folią

2

1

2

1

2

3

4

5

P r ó ż n ia

1

C iś n ie n ie

a )

b )

c )

1

2

NATRYSKIWANIE

Schemat plazmowego nanoszenia osnowy na wcześniej 
nawinięte włókna

wstecz

1- palnik plazmowy

2- naniesiona 

warstwa osnowy

WALCOWANIE

Przykłady przygotowania wsadów warstwowych do 
walcowania na gorąco

1- folia osnowy

2- włókno zbrojące

3- włókno z 
materiału osnowy

wstec
z

1

2

1

2

3

przykł
ad

KOMPOZYTY IN SITU

Kompozytami in situ powstają w wyniku 
zastosowania do specjalnie wybranych stopów 
krystalizacji zorientowanej.

Skutkiem tego procesu jest otrzymanie w całej 
objętości równoległego, ukierunkowanego 
rozmieszczenia faz.
Osnowę stanowi tutaj faza liczniejsza, 
natomiast faza mniej liczna stanowi zbrojenie

.

zalet
y

wady

ZALETY

wstecz

Do zalet kompozytów in situ zalicza się:

• otrzymywanie kompozytu 

w jednej operacji,

• dobrą stabilność cieplną 

otrzymanej struktury,

• dobre wiązanie 

komponentów 

kompozytu.

WADY

wstecz

Wady kompozytów in situ to:

• ograniczony wybór stopów do 

krystalizacji,

• duże koszty produkcji 

spowodowane niewielką 

szybkością krystalizacji,

• konieczność użycia materiałów 

wsadowych o dużej czystości.

Rys.13.Łopatki 
turbin

wste
cz

SILNIKI

przykł
ad

METALURGIA PROSZKÓW

Metalurgia proszków wykorzystywana jest do 
wytwarzania kompozytów umacnianych 
cząstkami lub whiskerami. 

Podstawowymi sposobami otrzymywania 
kompozytów sa:

• nasycanie przez zanurzenie prasówki 
w kąpieli,

• spiekanie bez udziału fazy ciekłej,
• spiekanie z udziałem fazy ciekłej.

Rys.14.Dysze rakiet

wstec
z

TECHNIKA KOSMICZNA