Podział kompozytów:

a)w zależności od pochodzenia:

- kompozyty naturalne,

- kompozyty zaprojektowane i wytworzone przez człowieka.

b)wg przeznaczenia:

- kompozyty konstrukcyjne(budowa maszyn, urządzeń),

- kompozyty o szczególnych właściwościach fizycznych(właściwości elektryczne, magnetyczne).

Podział kompozytów uwzględniający kształt i wymiary kompozytu zbrojącego:

a)kompozyty wzmacniane cząstkami: duże cząstki, cząstki dyspersyjne.

b)kompozyty wzmacniane włóknami: włókna ciągłe, tkaniny, włókna nieciągłe,

c)kompozyty strukturalne: warstwowe, z rdzeniem z materiałów lekkich.

Klasyfikacja materiałów kompozytowych ze względu na rodzaj osnowy:

- o osnowach metalicznych,

- o osnowach ceramicznych,

- o osnowach organicznych,

- o osnowach węglowych.

Orientacyjne dopuszczalne temperatury pracy włókna:

- niskie temp.(do 100°C) wszystkie dostępne włókna,

- podwyższone temp.(100-400°C) szklane, węglowe, boru, niektóre organiczne, metaliczne, ceramiczne,

- średnie temp.(400-700°C) węglowe, ceramiczne,

- wysokie temp,(powyżej 700°C) węglowe.

Kompozyty wzmacniane dyspersyjnie

Osnowa najczęściej metaliczna, faza wzmacniająca w postaci cząstek ceramicznych lub metalicznych. Osnowa przenosi naprężenia zewnętrzne, a zadaniem cząstek dyspersyjnych jest utrudnienie rozchodzenia się dyslokacji. Udział objętościowy poniżej 1%.

Kompozyty wzmacniane cząstkami

Naprężenia przenoszone są zarówno przez osnowę jak i przez cząstki. Działanie wzmacniające ma charakter złożony i realizuje się przez oddziaływanie sprężyste cząstek z osnową co prowadzi do określonego rozkładu naprężeń między tymi fazami jak i przez hamowanie odkształceń plastycznych w osnowie. Udział objętościowy zwykle 20%.

Do tej grupy należą:

Węgliki spiekane, materiały ceramiczno-metaliczne, spiekane materiały narzędziowe, super twarde materiały narzędziowe, materiały ścierne – twarde cząstki diamentu, węglik krzemu – umieszczane są w odpowiedniej osnowie.

Kompozyty wzmacniane włóknami

W tym przypadku osnowa przekazuje jedynie przyłożone obciążenia do włókien, a włókna te w większości te naprężenia przenoszą.

Stosowane włókna charakteryzują się dużą wytrzymałością, sztywnością, są kruche natomiast osnowa jest miękka i ciągliwa.

Zjawiska na granicy faz:

I Włókna i osnowa są wzajemnie nierozpuszczalne i niereaktywne np. włókno z wolframu i osnowa z miedzi.

II Włókna i osnowa są wzajemnie niereaktywne lecz rozpuszczalne, nie powstają nowe związki chemiczne, ale materiał osnowy może wniknąć w materiał włókien i odwrotnie.

III Włókna i osnowa reagują ze sobą tworząc nowy związek chemiczny na granicy rozdziału faz.

Nowoczesna ceramika

Ceramika – w rozumieniu tradycyjnym, tworzywa i wyroby otrzymywane w wyniku wypalenia odpowiednio uformowanej gliny.

Obecnie ceramikę rozumiemy jako wszystkie tworzywa i wyroby nieorganiczno-niemetaliczne, w trakcie otrzymywania, których istotnym procesem jest obróbka cieplna np. spiekanie lub prażenie.

Rozwój nowych tworzyw ceramicznych:

- ceramika ogniotrwała,

- ceramika sanitarna,

- ceramika elektrotechniczna,

- ceramika budowlana,

- materiały ścierne.

Proces ceramicy przebiega następująco:

Drobnoziarniste proszki ceramiczne formuje się różnymi metodami w żądany kształt po uformowaniu kształtki konsoliduje się do postaci litego ciała stałego poprzez wypalanie w temp. 900-2200°C.

Podział ceramiki:

Ceramika szlachetna, materiały budowlane, materiały ogniotrwałe, materiały wiążące, szkło i dewitryfikatory(ceramika szklana), materiały ścierne, emaile, ceramika konstrukcyjna, ceramika funkcjonalna, nanoceramika.

Klasyfikacja surowców ceramicznych:

1.Ze względu na pochodzenie:

- surowce mineralne, naturalne,

- surowce chemiczne(soda),

- surowce odpadowe, wtórne(żużel, popioły).

2.Ze względu na technologię:

- surowce podstawowe, surowce pomocnicze.

3.Ze względu na właściwości:

surowce ilaste, krzemianowe, skaleniowe, glinowe, magnezowe, wapniowe, mineralne, pochodzenia chemicznego.

Funkcje tworzyw ceramicznych:

termiczne(izolacje termiczne), mechaniczne(wirniki, łożyska), biologiczne(kości i stawy), chemiczne(katalizatory, elektrody), nuklearne(paliwa nuklearne), optyczne(świetlówki, lasery), magnetyczne(rdzenie pamięci, magnesy), elektryczne(kondensatory).

Użytkowe właściwości ceramicznych materiałów technicznych:

duża twardość, przenikliwość elektryczna, piezoelektryczność, szybkie przewodzenie jonów, duża przenikliwość magnetyczna, optyczna przeźroczystość, duża odporność radiacyjna, termiczna izolacja, izolacyjność elektryczna, wysoka temp. topnienia, mechaniczna wytrzymałość w wysokiej temp., odporność na ścieranie, trwałość kształtu.

Polimery – jest to substancja utworzona z dużych cząsteczek o charakterystycznej łańcuchowej budowie. Najmniejszą jednostką makrocząsteczki jest mer. Ogniwo pośrednie pomiędzy monomerami, polimerami stanowią oligomery. Jeśli w makrocząsteczce występują dwa różne rodzaje merów to mamy do czynienia z kopolimerem. Jeśli występuje trzy rodzaje merów to mamy do czynienia z terpolimerem.

Polimeryzacja – najczęściej spotykana polireakcja, utworzone wcześniej mery tworzą polimery pod wpływem ciepła.

Polikondensacja – w tej polireakcji z dwóch lub więcej monomerowych substratów powstaje produkt o budowie rozgałęzionej bądź usieciowanej z jednoczesnym wydzieleniem związków małocząsteczkowych co będzie powodować obniżenie masy makrocząsteczki. Pod wpływem podwyższonej temp. lub związków chemicznych twardnieją nieodwracalnie. Należą tutaj tworzywa duroplastów.

Poliaddycja – polega na stopniowym łączeniu cząsteczek, zwykle dwóch różnych monomerów z jednoczesnym przegrupowaniem atomów, bez wydzielenia produktów ubocznych, otrzymany produkt ma łańcuchy stosunkowo luźne i służy głównie do projektowania bezciśnieniowego lub niskociśnieniowego.

Budowa tworzyw a właściwości

Ze względu na stopień uporządkowania struktury wewnętrznej wszystkie substancje można podzielić na:

- substancje krystaliczne z regulowanym ułożeniem atomów i ściśle określoną strukturą topnienia,

- substancje amorficzne(bezpostaciowe) które miękną w dużym zakresie temperatur.

Polimery o strukturze bezpostaciowej – odznaczają się całkowicie nieuporządkowanym ułożeniem makrocząsteczek, są splątane, trudność o powtarzalność kształtu.

Stan krystaliczny polimerów występuje znacznie rzadziej; taka struktura krystaliczna powstawać będzie w tworzywach makrocząsteczkach o dużej regularności łańcucha. Obszary uporządkowane są bardzo małe 0,001-0,1µm krystalitów. Do takich tworzyw należą: polietylen, polipropylen, teflon, poliamid.

Klasyfikacja tworzyw ze względu na zastosowanie:

tworzywa konstrukcyjne, impregnatyczne, adhezyjne(kleje), powłokowe(farby, lakiery, emaile), włókna.

Podział tworzyw ze względu na właściwości mechaniczne:

tworzywa polimerowe ogólnego przeznaczenia, inżynierskie, specjalne(biomedyczne), funkcjonalne.

Podział technologiczny polimerów:

Elastomery:

a)wulkanizujące(kauczuki naturalne, kauczuki syntetyczne),

b)niewulkanizujące(niektóre PUR).

2)Plastomery:

a)termoplasty(stylen, teflon),

b)duroplasty:

- termoutwardzalne(FP,AP),

- chemoutwardzalne(epoksydy, poliestry).

Elastomery – to tworzywa których temp. mięknienia(górna graniczna temp. praktycznego stosowania tworzywa) jest niższa od temp. pokojowej co oznacza, ze w temp. pokojowej są w stanie elastycznym.

Elastomery wulkanizujące – posiadają grupy funkcyjne przez co podlegają procesowi sieciowania(wulkanizacji).

Plastomery – to takie tworzywa, które w próbie rozciągania otrzymują granice 100% pod niewielkim obciążeniu, małe odkształcenia.

Termoplasty – to tworzywa, które podczas ogrzewania każdorazowo przechodzą w stan plastyczny, zaś podczas oziębiania twardnieją. Proces może być wielokrotnie powtarzany przy założeniu, ze nie przekroczymy granicznej temp.

Tworzywa:

- PE – blietylen.

- PP – polipropylen,

- PCV – polichlorek winylu,

- PS – polistyren standard,

- SAN – stylenakrylonitryl

- SB – styren,

- ABS – akrylonitryl budatienstylen,

- PMM – polimekrylanmetylu (pleksa),

- PTFE – polczterofluoroetylen(teflon),

- PA – poliamid,

- PC – poliwęglan.

Tworzywa termoutwardzalne – można tylko jeden raz pod wpływem temp. doprowadzić do stanu plastycznego, utwardzają się nieodwracalnie.

Tworzywa chemoutwardzalne – to takie które w temp. otoczenia pod wpływem środków chemicznych utwardzają się zaś podwyższona temp. przyśpiesza proces utwardzania.

Stany fizyczne w tworzywach sztucznych

Wraz ze wzrostem temp. tworzywa sztuczne wykazują zupełnie inne stany fizyczne niż cząstki małocząsteczkowe. Charakterystyczną własnością związków małocząsteczkowych jest przejście ze stanu w stan - odbywa się ściśle określonej jednej temp. W przypadku związków wielkocząsteczkowych przejście z jednego stanu w drugi odbywa się w pewnym przedziale temp.

Stany fizyczne w tworzywach:

a)stan szklisty – odpowiednik stanu stałego związków małocząsteczkowych. Taki polimer ma cechy typowych materiałów konstrukcyjnych: duży moduł sprężystości, duża wytrzymałość. W przypadku polimerów stan szklisty oznacza „zamrożenie” ruchliwości segmentów łańcucha w obszarze bezpostaciowym. Polimer w stanie szklistym jest:

- właściwościami mechanicznymi zbliżony do typowych ciał stałych,

- właściwościami strukturalnymi zbliżony do typowych cieczy.

b)stan wysoko elastyczny – nie ma odpowiednika w typowych materiałach konstrukcyjnych. Cechy tego stanu: bardzo mały moduł sprężystości, duże wartości odkształceń sprężystych. Odkształcenie polimeru w tym stanie jest wynikiem zmian orientacji struktury z zachowaniem możliwości sprężystego nawrotu odkształceń.

c)stan plastyczno-płynny – charakteryzuje się możliwością intensywnego ruchu dużych odcinków łańcuchów, przemieszczania całych makrocząsteczek. Polimer w tym stanie wykazuje bardzo duże odkształcenia trwałe pod wpływem przyłożonych naprężeń.

Temp. zeszklenia – jest to graniczna temp. między stanem szklistym, a wysoko elastycznym o podaj się ją jako środek pewnego zakresu temp. w którym zachodzi przejście z jednej temp. w drugą. W tym przedziale temp. następuje gwałtowna zmiana wielu właściwości polimerów. Zmiana ta spowodowana jest wystąpieniem tzw. ruchów mikro Browna(wyprostowanie się skłębionych makrocząsteczek).

Temp. płynięcia – jest to temp. w której tworzywo osiąga stan plastyczno – płynny umożliwiający wypełnienie formy pod ciśnieniem, a zachodzi on dzięki ruchom makro Browna (przemieszczanie całych segmentów makrocząsteczek).

Materiały na osnowy kompozytów organicznych:

żywice: poliestrowe, epoksydowe, fenolowe, aminowe, silikonowe.

Rodzaje osnowy:

ceramika techniczna, szkła i tworzywa ceramiczne, węgiel.

Ceramika techniczna – ma zwykłą strukturę krystaliczną, ale bardziej skomplikowaną niż metale. Temp. topnienia 1900°C.