Materiale Compozite

Progresul continuu al stiintei si al tehnicii a fost fara îndoiala, un rezultat firesc al cerintelor impuse de activitatile practice carora trebuia sa li se faca fata, în conditii de crestere a competitivitatii, de îmbunatatire a performantelor produselor, în paralel cu asigurarea unui cost de productie optim

Pe de alta parte, domenii de vârf (nuclear, militar, aerospatial s.a.) au impulsionat activitatea de cercetare, proiectare si productie, impunând performante extrem de înalte, fapt justificat de competitia acerba în aceste domenii.

Intotdeauna se începe proiectarea unui produs de la cerintele constructiv-functionale pe care acesta trebuie sa le îndeplineasca, dupa care se pune, în mod firesc, problema alegerii materialului din care sa fie realizai acel produs.

Apare imediat necesitatea rezolvarii unei probleme complexe de optimizare, în care criteriile sunt numeroase: parametrii pe care trebuie sa-i îndeplineasca în exploatare costructia, posibilitatea asigurarii prelucrarilor pentru a ajunge la forma ceruta, un cost de productie cât mai scazut etc.

In cazul aplicatiilor militare si aerospatiale primeaza, de obicei, cerintele de a asigura caracteristici mecanice înalte în conditii de exploatare deosebit de dificile (temperaturi extreme, presiuni înalte, agenti corozivi etc), în timp ce greutatea produsului finit trebuie minimizata prin scaderea densitatii materialelor.

intre matrice si întaritura apare astfel o notiune noua, complexa, numita tensiune de trasfer

Interpretarea, din punct de vedere fundamental, a acestei tensiuni difera mult în functie de modul cum s-a realizat consolidarea. Aceasta problema readuce în discutie fenomenul trasformarii tensiunilor normale în tensiuni tangentiale si reciproc.

Domeniul materialelor compozite cu matrici metalice reprezinta, fara îndoiala, un teritoriu fascinant. Paleta foarte larga de procese de fabricatie, aplicatiile cu totul inedite, problemele ridicate de optimizarea procesului de fabricatie, complexitatea datelor ce trebuie luate în considerare atunci când se ia decizia de producere a unui astfel de material s.a, constituie factori ce obliga ia a considera ca materialele compozite reprezinta un domeniu de vârf al stiintei si tehnicii actuale.

CAPITOLUL 1

CONCEPTUL DE MATERIAL COMPOZIT COMPOZITE CU MATRICE METALICA

1.1.Consideratii generale

Materialul compozit poate fi descris ca fiind un amestec de materiale create special pentru a satisface anumite cerinte tehnologice, folosind proprietatile dorite ale componentelor, odata cu diminuarea proprietatilor nedorite ale acelorasi materiale.

In timp ce, spre exemplu, betonul armat poate fi considerat ca fiind un material compozit în sensul definitiei de mai sus, termenul este în general rezervat pentru amestecuri de materiale realizate la o scara cât mai fina, cât mai intima.

Principalul obiectiv în dezvoltarea producerii compozitelor este acela de a asigura caracteristici si proprietati performante, mai presus de limitele cunoscute pentru materialele metalice si nemetalice utilizate în mod obisnuit.

Este intuitiv sa se descrie un compozit ca fiind realizat dintr-un material matrice în care sunt adaugate una sau mai multe feluri de întarituri, sau pur si simplu matricea este umpluta cu alte materiale considerate a fi de adaos.

Aceasta permite realizarea unei clasificari în functie de materialul-matrice utilizat, putându-se identifica astfel materiale compozite pe baza de matrici metalice, polimerice sau ceramice (pentru simplificare s-a considera ca sticla este tot un un material ceramic, asa cum rasinile nu au fost citate separat, cu toate ca nu sunt numai polimerice).

O alta clasificare se poate face în functie de materialele ce umplu matricea, care pot fi sub forma de macroparticule, mustati sau fibre.

Intariturile pot fi, la rândul lor, metalice, polimerice: ceramice, celulozice etc.

Macroparticulele se caracterizeaza prin echiaxialitate dimensionala, fiind monocristale, compusi chimici sau conglomerate ce se pot asimila cu un corp geometric regulat.

Mustatile sunt monocrisiale filiforme al caror nume provine de la traducerea termenului consacrat din limba engleza (whiskers).

Fibrele reprezinta forma de baza sub care se poate prezenta un element chimic, compus chimic, material celulozic, polimeric etc, fiind caracterizate de o lungime mult mai mare în raport cu diametrul. Mai multe fibre rasucite sau împletite formeaza un fir. Intarituriie sub forma de fibre sau fire pot fi întregi (lungime foarte mare), sau taiate ia anumite dimensiuni bine precizate.

Tinând seama de cele prezentate mai sus, se contureaza o serie de clasificari pentru materialele compozite. Pot exista deci compozite cu matrice polimerica si fibre polimerice, compozite cu matrice polimerica si fibre metalice, compozite cu matrice metalica si fibre celulozice s.a.m.d., fiind posibile, în principiu, orice combinatii de matrici si întarituri.

Trebuie precizat ca materialele ceramice, care sunt de obicei compusi chimici anorganici, pot fi în acelasi timp si matrice, si întaritura.

Spre exemplu, exista materiale cu întarituri din fibre de safir si cu matrice metalica din niobiu, etc.

Materiaiele Compozite cu Matrice Metalica se pot clasifica si dupa forma sub care se prezinta atât matricea, cât si întaritura. Matricea poate sa se afle sub forma unui material care îmbraca reteaua de întarituri sau matricea poate sa fie ea însasi o retea. Pe de alta parte întariturile pot fi de trei feluri: întarituri continue, de tip fir sau fibra si întarituri discontinue, care la rândul lor pot fi mustati (monocristale alungite cu caracter metalic), sau pot fi monoparticule (macroparticule).

MCMM reprezinta o mare familie de materiale aparute în scopul de a realiza si spori combinatiile de proprietati. Deoarece matrice poate fi orice metal sau aliaj, s-a aratat un mare interes pentru metalele cu structuri cât mai usoare, în majoritatea cazurilor principalul obiectiv constituindu-l îmbunatatirea proprietatilor mecanice ale acestora.

In mare masura, progresul în domeniul compozitelor cu matrice metalica este strâns legat de dezvoltarea întariturilor încorporate.

Pâna în prezent motivul principal ce a stat la baza dezvoltarii MCMM l-a constituit realizarea cresterii rezistentei si a tenacitatii componentelor. Alte importante îmbunatatiri ale valorilor unor caracteristici cum ar fi capacitatea de amortizare, greutatea specifica, rezistenta la uzura, coeficientul de dilatare termica, cât si capacitatea de exploatare la temperaturi înalte pot fi realizate prin combinatii avantajoase ale materialelor de adaos.