1. Budowa i rodzaje materiałów kompozytowych warstwowych
Materiały kompozytowe warstwowe, należące do najczęściej stosowanych konstrukcyjnych materiałów kompozytowych, są złożone z połączonych ze sobą kilku lub wielu warstw dwuwymiarowych płyt lub paneli o wysokich izotropowych własnościach, uprzywilejowanych w każdej z płyt składowych w jednym kierunku.
Poszczególne warstwy są ułożone w stos i wzajemnie ze sobą połączone, tak że pomiędzy orientacjami uprzywilejowanych kierunków, dla których występują najlepsze własności wytrzymałościowe w poszczególnych warstwach, występuje odpowiedni kąt, zapewniając najkorzystniejsze własności w różnych kierunkach w płaszczyźnie wytworzonego materiału warstwowego.
Wśród materiałów kompozytowych warstwowych
można wyróżnić:
laminaty
bimetale
platery
grube warstwy ochronne
bardzo cienkie pokrycia.
2. Cel stosowania warstwowych materiałów kompozytowych
Cele stosowania tych materiałów mogą być związane z :
poprawą własności wytrzymałościowych (laminaty)
regulacją własności fizycznych lub mechanicznych (bimetale, platery)
zwiększeniem odporności chemicznej oraz na działanie czynników środowiskowych (laminaty, platery, grube warstwy ochronne, bardzo cienkie
warstwy)
obniżeniem kosztów produktu przez zastosowanie relatywnie tanich materiałów konstrukcyjnych o wymaganych własnościach wytrzymałościowych
Stosowane są liczne metody wytwarzania materiałówkompozytowych warstwowych, których dobór zależy w głównej mierze od materiału, z którego wykonane są płyty tworzące poszczególne warstwy.
3. Metody wytwarzania warstwowych materiałów kompozytowych
Proces FFF (foil-fibre-foil) jest stosowany dla wytwarzania laminatów z osnową metalową. W metodzie tej warstwy tkaniny ciągłych włókien SiC są układane na przemian krzyżowo z pasmami drutów lub taśm molibdenu, tytanu lub wiązkami z drutu tytanu i niobu układanymi równolegle obok siebie
Łączenie adhezyjne stosowane jest do materiałow o osnowie polimerowej. W tym przypadku cienka warstwa niespolimeryzowanego materiału polimerowego jest nakładana pomiędzy poszczegolne warstwy lub preimpregnaty, a następnie cały stos jest prasowany na gorąco, a po zakończeniu polimeryzacji wszystkie warstwy są połączone
w jeden materiał kompozytowy.
Łączenie odkształceniowe, głownie przez walcowanie na gorąco, ale także i na zimno, jest stosowane dla większości metalowych materiałow kompozytowych warstwowych,w tym platerow i bimetali. Może być rownież stosowane łączenie lub platerowanie wybuchowe, głownie w zastosowaniu do dużych płyt.
5. Platery, bimetale - ogólna charakterystyka
Platery należą do materiałow kompozytowych typu metal-metal. Stosowane są od wielu lat, jak np. na sztućce wykonane ze stali i pokryte cienką warstwą srebra, podobnie jak wiele innych sprzętow w gospodarstwie domowym oraz monety w kilku krajach, w tym w USA, wykonane np. z rdzenia ze stopu miedzi z dodatkiem 20% Ni i pokrytych przez platerowanie warstwami stopu niklu z dodatkiem 20% Cu, znacznie droższego, lecz zapewniającego srebrzysty kolor, dobre walory
estetyczne i wymaganą odporność korozyjną. Dla zapewnienia dobrej odporności na korozję produktow płaskich ze stopow aluminium o relatywnie wysokich własnościach wytrzymałościowych, lecz nieodpornych na korozję, pokrywa się je warstwami czystego aluminium stanowiącymi ok. 15% całkowitej grubości takiego materiału kompozytowego, wykazującego bardzo dobrą odporność na korozję, dzięki zdolności aluminium do pasywacji. Dzięki temu materiał taki znajduje zastosowanie w samolotach, wymiennikach ciepła, zbiornikach ładunkowych oraz na elementystosowane w budownictwie.
BIMETALE
Połączenie, np. przez platerowanie, dwoch metali o zdecydowanie rożniącej się przewodności cieplnej, umożliwia zrożnicowanie wydłużenia każdej z części bimetalu i w związku z tym zastosowanie np. na termostaty lub czujniki ogniowe.
Bimetal - trwale połączone na całej powierzchni styku elementy z dwóch różnych pod względem właściwości fizykochemicznych metali lub stopów.
6. Materiały kompozytowe warstwowe z rdzeniem w kształcie plastra miodu.
Począwszy od lat 50-tych XX wieku takie panele, w ktorych warstwa wierzchnia jest monolityczna, stały się podstawowym i powszechnie stosowanym materiałem na poszycia samolotow. Często spotyka się także materiały, w ktorych warstwę
wierzchnią stanowi laminowany materiał złożony z kilku warstw także wzmacnianych włoknami, często ułożonymi w poszczegolnych warstwach pod rożnymi kątami w celu zapewnienia zwiększonych własności wytrzymałościowych.
W zależności od wymagań aplikacyjnych dobierany jest odpowiedni kształt Komorek materiałow kompozytowych warstwowych z rdzeniem w kształcie plastra miodu (rys. 8.206). Kształt heksagonalny jest jednym z najbardziej efektywnych, spośrod występujących w naturze, dla zapewnienia podparcia konstrukcji. Wprowadzenie
warstwy wzmacniającej zwiększa własności mechaniczne materiału. Materiał z komorkami heksagonalnymi rozciągniętymi w kierunku prostopadłym dolinii połączeń (over expanded OX), jest szczegolnie przydatny w przypadku, gdy niezbędne jest wyginanie i formowanie materiału kompozytowego wokoł jednej osi.