Własności kompozytów

Joanna Bąk
WIMiIP AGH
Rok 2, semestr
IV

1.

Czym jest kompozyt?



Materiał makroskopowo jednolity;



Składa się z połączonych wzajemnie komponentów (materiałów o
różnych właściwościach);



Posiada ściśle określone właściwości eksploatacyjne;



Jest wytwarzany w celu uzyskania właściwości lepszych i/lub nowych w
stosunku do komponentów użytych osobno;



Właściwości nowych kompozytów NIGDY nie są sumą lub średnią
właściwości zawartych składników;

 

2.

Własności materiałów kompozytowych



Kompozyty charakteryzuje zwiększone:

* wytrzymałość,
* moduł Younga (sprężystość danego materiału)
* charakterystyki zmęczeniowe,
* odporność na zużycie,
* charakterystyki ślizgowe,
* wysoka odporność na korozję, zarówno w temperaturze
pokojowej jak i podwyższonej.



Są nieosiągalne dla konwencjonalnych monolitycznych
materiałów



Możemy je kształtować i projektować w zależności od potrzeb

Rys. Zestawienie modułu Younga E i gęstości w różnych
materiałach

konstrukcyjnych

2.

Własności materiałów kompozytowych



Kompozyty na bazie niklu i kobaltu charakteryzują się wysokimi
wskaźnikami żarowytrzymałościowymi i żaroodpornymi.

*Są stosowane jako elementy maszyn, które są silnie obciążone w
wysokich temperaturach (np. łopatki turbin gazowych).



żarowytrzymałość- odporność stopu na odkształcenia; zdolność
materiału do przenoszenia krótko- lub długotrwałych obciążeń w
wysokiej temperaturze.



żaroodporność- zdolność materiału do przeciwstawienia się korozji
gazowej

w

podwyższonych

temperaturach.

Aby

zwiększyć

żaroodporność stali stosuje się dodatki stopowe (chrom, krzem,
aluminium)

Rys. Wirnik turbiny parowej

2.

Własności materiałów kompozytowych



Kompozyty o osnowie stopów aluminium posiadają
właściwości ślizgowe, odporne na ścieranie, o
podwyższonej wytrzymałości.

Tak dobre własności można otrzymać poprzez dodanie do
stopów aluminium cząsteczek ceramicznych typu tlenków
(Al2O3, ZrO2, TiO2) , węglików (SiC, TiC) czy grafitu.

2.

Własności materiałów kompozytowych

• Kompozyty Al/grafit charakteryzują się obniżonym
współczynnikiem tarcia (do zawartości
3% grafitu). Podobnie, jak dla kompozytów zbrojonych cząsteczkami
SiC, Al2O3, obniża
się również znacznie stopień zużycia ściernego, np. przy zawartości
3% wag. grafitu zużycie
ścierne kompozytu spada do poziomu 20% zużycia osnowy.

Rys. Kompozytowe wielowarstwowe łożysko ślizgowe na bazie
układu stop Al/15 % obj. SiC/5 % obj. grafitu

2.

Własności materiałów kompozytowych



Metalowe kompozyty włókniste mają bardzo wysokie
właściwości wytrzymałościowe. Zbrojenie stopów metali włóknami
ceramicznymi (węglowymi, SiC, włóknami borowymi) zapewnia
wysoki poziom wytrzymałości doraźnej, wysoką wytrzymałość na
pełzanie, jak i wysoką wytrzymałość w podwyższonej
temperaturze. Większość tych materiałów może pracować przez
krótki czas nawet w temperaturze bliskiej temperaturze topnienia
osnowy.

2.

Własności materiałów kompozytowych



Kompozyty o osnowie stopów tytanu zbrojone włóknami
borowymi,

berylowymi

czy

SiC

charakteryzują

się

doskonałymi wskaźnikami właściwymi (wytrzymałością i
sztywnością).
W kompozytach z osnową stopu tytanu VT-6 (TiAl6V4)
wytrzymałość wzdłuż włókien osiąga wartość rzędu 1000-
1400 MPa. Kompozyty o osnowie nadstopów niklu zbrojone
włóknami wolframowymi, korundowymi i grafitowymi mogą
pracować aż do temperatury1650*C.

2.

Własności materiałów kompozytowych

Wśród kompozytów z osnową ceramiczną dobre właściwości
wykazują kompozyty o osnowie Al2O3 zbrojone whiskerami SiC
(25%) których właściwości mechaniczne znacznie wzrastają: E do
400 GPa, a umowna wytrzymałość na zginanie może wzrosnąć do
900 MPa. Wzrasta również odporność na pękanie i działanie
szoków cieplnych. Zbrojenie szkła borowo-krzemianowego
włóknem Al2O3 (40% obj.) zwiększa wytrzymałość i odporność na
pękanie 4-5 krotnie.

* Kompozyty polimerowe mają najlepsze właściwości oraz
najmniejszy ciężar.
* Kompozyty polimerowe z włóknami węglowymi dominują
nad kompozytami z włóknami szklanymi, również przy
obciążeniach cyklicznie zmiennych. Dominują one również
podczas pracy w środowisku wilgotnym i w podwyższonej
temperaturze.
* Kompozyty z włóknami szklanymi podczas rozciągania
wykazują większe wartości wydłużenia oraz większą zdolność do
pochłaniania energii przy działaniu sił statycznych i
dynamicznych.

Włókna węglowe

Włókna szklane

3.

Bibliografia:



Politechnika Lubelska, Katedra Inżynierii Materiałowej :
„Struktura i właściwości materiałów kompozytowych”,
Jarosław Bieniaś



http://www.immt.pwr.wroc.pl/~maciek/bk/MiBM/7-
KOMPOZYTY.pdf



http://pl.wikipedia.org/ (definicje żarowytrzymałości i
żaroodporności)