Пористые композиционные материалы (стр. 1 из 4)

Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова

Технологический факультет

Кафедра материаловедения и технологии металлов

Реферат

на тему: «Пористые композиционные материалы»

Выполнила

студент группы 1131

Теленко Нина

Николаев, 2010

Содержание

композиционный материал пористый

Введение

I. Общие сведения о композиционных материалах

II. Пористые углеродные материалы типа cибунита

1. Свойства композиционных материалов типа сибунита

2. Ассортимент пористых углеродных материалов

III. Экранирующие и радиопоглощающие материалы

IV. Антифрикционные сплавы

V. Фосфатно-кальциевая керамика – биополимер для регенерации костных тканей

Заключение

Список литературы

Введение

Технический прогресс, с одной стороны, порождает необходимость разработки новых конструкционных материалов, а с другой, - в значительной степени обуславливается результатами этих разработок. Появляясь в следствии естественного стремления к совершенствованию существующих конструкций, новые материалы, в свою очередь, открывают возможности для реализации новых конструкционных решений и технологических процессов. В настоящее время перспективы прогресса связываются с разработкой и широким применением композиционных материалов.

Композиционные материалы (КМ) обладают комплексом свойств и особенностей, отличающихся от традиционных конструкционных материалов и в совокупности открывающих широкие возможности, как для совершенствования существующих конструкция самого разнообразного назначения, так и для разработки новых конструкций и технологических процессов.

В данной работе рассматриваются пористые композиционные материалы: некоторые их виды, их особенности и сферы применения.

I. Общие сведения о композиционных материалах

Композиционными называют сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся по свойствам нерастворимые или малорастворимые один в другом компоненты, разделённые в материале ярко выраженной границей. Композиционным материалам (КМ) можно также дать следующее определение: это материалы, представляющие собой твёрдое вещество, состоящее из матриц и различных наполнителей, частицы которых особым образом расположенные внутри матрицы, армируют её. Композиционный материал должен обладать свойствами, которыми не может обладать ни один из компонентов в отдельности. Лишь только при этом условии есть смысл их применения.

Все КМ можно разделить на два вида: естественные и искусственные. Примером естественных КМ могут служить стволы и стебли растений (волокна целлюлозы соединены пластичным лигнином), кости человека и животных (тонкие прочные нити фосфатных солей соединены пластичным коллагеном), а также эвтектические сплавы.

Основой матрицы КМ могут служить металлы или сплавы (КМ на металлической основе), а также полимеры, углеродные и керамические материалы (КМ на неметаллической основе).

Роль матрицы в КМ состоит в придании формы и создании монолитного материала. Объединяя в одно целое армирующий наполнитель, матрица участвует в обеспечении несущей способности композита. Она передаёт напряжения на волокна и позволяет воспринимать различные внешние нагрузки: растяжение, сжатие, изгиб, удар. Матрица предохраняет наполнитель от механических повреждений и окисления. Выбором матрицы определяется температурная область применения КМ. Рабочая температура деталей из КМ повышается при переходе от полимерной матрицы к металлической, а далее – к углеродной и керамической.

КМ с комбинированными матрицами называют полиматричными. Для полиматричных материалов характерен более обширный перечень полезных свойств. Например, использование в качестве матрицы наряду с алюминием титана увеличивает прочность КМ в направлении, перпендикулярном оси волокон.

В соответствии с геометрией армирующих частиц различают порошковые (или гранулированные), волокнистые, пластинчатые КМ. Порошковые композиты представляют собой смесь порошков металлов и неметаллических соединений, которые образуют дисперсно-упрочнённый сплав. Они отличаются изотропностью свойств. В волокнистых композитах матрицу упрочняют непрерывно и дискретно расположенные волокна. Волокнистые и пластинчатые композиты так же, как и металлические сплавы, имеют анизотропию механических свойств.

В матрице равномерно распределены остальные компоненты (наполнители). Поскольку главную роль в упрочнении КМ играют наполнители, их часто называют упрочнителями.

Основная функция наполнителя – обеспечить прочность и жёсткость КМ. Частицы наполнителя должны иметь высокую прочность во всём интервале температур, малую плотность, быть нерастворимыми в матрице и нетоксичными. Армирующими веществами в КМ являются оксиды, карбиды (обычно – карбид кремния SiC), нитрид кремния (Si3N4), стеклянные или углеродные нити, волокна бора (бороволокна), стальная или вольфрамовая проволока.

По форме наполнители разделяют на три основные группы (рис. 1,1): нульмерные, одномерные, двумерные.

Нульмерными называют наполнители, имеющие в трёх измерениях очень малые размеры одного порядка (частицы).

Одномерные наполнители имеют малые размеры в двух направлениях и значительно превосходящий их размер в третьем измерении (волокна).

У двумерных наполнителей два размера соизмеримы с размером КМ и значительно превосходят третий (пластины, ткань).

По форме наполнителя КМ разделяют на дисперсно-упрочнённые, слоистые и волокнистые.

Дисперсно-упрочнёнными называют КМ, упрочнённые нульмерными наполнителями; волокнистыми – КМ, упрочнённые одномерными или двумерными наполнителями; слоистыми – КМ, упрочнённые двумерными наполнителями.

По схеме армирования КМ подразделяют на три группы: с одноосным, двуосным и трёхосным армированием (рис. 1, 2– 4).

Для одноосного (линейного) армирования используют нуль-мерные и одномерные наполнители (рис.1,2). Нульмерные располагаются так, что расстояние между ними по одной оси значительно меньше, чем по другим. В этом случае содержание наполнителя составляет 1 – 5 %. Одномерные наполнители располагаются параллельно один другому.

При двухосном (плоскостном) армировании используют нуль -, одно- и двумерные наполнители (рис. 1, 3). Нульмерные и одномерные наполнители располагаются в параллельных плоскостях. При этом расстояние между ними в пределах плоскости значительно меньше, чем между плоскостями. При таком расположении нульмерного наполнителя его содержание доходит до 15 – 16 %. Одномерные наполнители находятся также в параллельных плоскостях. При этом в пределах каждой плоскости они расположены параллельно, а по отношению к другим плоскостям – под разными углами. Двумерные наполнители параллельны один другому.

При трёхосном (объёмном) (рис..1,4) армировании нет преимущественного направления в распределении наполнителя. Расстояние между нульмерными наполнителями одного порядка. В этом случае их содержание может превышать 15 – 16 %. Одномерные наполнители располагаются в трёх и более пересекающихся плоскостях[45].

Рис.1

II. Пористые углеродные материалы типа cибунита

Пористые углеродные материалы (ПУМ) нашли широкое применение в процессах сорбции и катализа. Использование углеродных материалов в катализе обусловлено рядом их специфических свойств и доступностью. По каталитическим свойствам катализаторы на углеродных носителях часто превосходят катализаторы на оксидных носителях. На основе углеродных носителей получают широкий набор катализаторов для крупнотоннажных химических процессов. Для каждого каталитического процесса, в зависимости от условий его проведения, кинетических закономерностей и удельной каталитической активности катализатора, могут быть подобраны оптимальные пористая структура (текстура) и форма и размер зерен катализатора, обеспечивающие наибольшую скорость реакции и оптимальные гидродинамические характеристики процесса [1-3].

В настоящее время промышленность выпускает ограниченный ассортимент пористых углеродных материалов, используемых в качестве носителей катализаторов. Для приготовления промышленных катализаторов используются в основном активные угли каменноугольного или растительного происхождения. Однако широкое применение промышленных активных углей в качестве носителей зачастую ограничено их микропористой структурой, которая не является оптимальной для многих катализаторов. Часто не соответствуют параметрам каталитических процессов форма и размер гранул носителей. В ряде процессов использование промышленных активных углей ограничено высоким содержанием в них минеральных примесей и серы, а также низкими прочностными характеристиками, приводящими к уменьшению срока службы и потерям катализаторов. Для современных каталитических технологий необходимо создание пористых углеродных материалов с новым сочетанием свойств, которые не могут быть получены в рамках использования традиционных видов сырья и технологических подходов. Для

таких каталитических технологий требуются новые носители с гораздо более крупными и регулярными порами, чем у существующих сегодня традиционных носителей на основе растительного и каменноугольного сырья [4-6]. Значительно большие возможности могут быть реализованы при создании новых типов носителей на основе синтетических композиционных углерод-углеродных материалов. Использование синтетических материалов с заранее заданными свойствами позволяет целенаправленно конструировать пористые материалы и прогнозировать их структуру и свойства. Разработанные к настоящему времени вопросы теории и практики посвящены главным образом получению и исследованию микропористых углеродных материалов [7-9], в то время как целенаправленный синтез и регулирование пористой структуры мезо- и макропористых материалов мало изучены и не нашли широкой практической реализации.