Fibre de carbon

Generalitati

Materialul compozit este o îmbinare a două sau mai multor materiale imiscibile, dar care au o capacitate mare de adeziune și care are proprietăți superioare materialelor din care provine. Un astfel de material este constituit dintr-o osatură numită ranfort care asigură rezistența mecanică și un material de legătură numit matrice care asigură coeziunea structurii și transmiterea solicitărilor la care sunt supuse piesele. Ele mai conțin materiale de umplutură care modifică sensibil proprietățile mecanice, electrice și termice, ameliorează aspectul superficial și reduc prețul de cost. Materialele astfel obținute sunt eterogene (au proprietăți diferite în puncte diferite) și anizotrope (nu au aceleași proprietăți în toate direcțiile).

Primul material compozit utilizat de om a fost lemnul (compozit natural), iar mai târziu chirpiciul (material de construcție sub formă de cărămidă, făcut dintrun amestec de lut, paie și băligar uscat la soare), betonul și betonul armat. În 1823, Charles Macintosh a inventat impermeabilul, prin cauciucarea unei țesături de bumbac, iar în 1892, François Hennebique a realizat betonul armat.

Materialele compozite prezintă următoarele avantaje: greutate redusă; rezistență bună la tracțiune; coeficient de dilatare mic; rezistență la oboseală ridicată; reziliență ridicată; capacitate bună de amortizare a vibrațiilor; rezistență la umiditate, căldură, coroziune, precum și la acțiunea unor produse chimice (uleiuri, solvenți, petrol); ciclu de fabricație scurt și preț de cost acceptabil; siguranță mare în funcționare.

În același timp, ele nu pot înlocui materialele metalice sau ceramice în domenii care reclamă proprietăți fizico-mecanice sau chimice specifice.

Tipuri de materiale compozite

Materialele de armare constituie osatura compozitelor, conferindu-le rezistență la tracțiune, rigiditate și un modul de elasticitate bun. După natura lor, ele pot fi organice sau anorganice, iar după modul de prezentare, sub formă granulară, de fibre sau plăci.

Matricea leagă compozitul într-un monolit, transmite eforturile materialelor de ranforsare și împiedică deplasarea acestora. De asemenea, asigură protecția chimică a osaturii împotriva agenților exteriori și dă forma dorită produsului finit. Ca matrice, se folosesc materiale plastice (până la 200 oC), metalice (până la 600 oC) sau ceramice (până la 2.000 oC).

Materialul compozit obținut îmbină proprietățile favorabile ale componentelor și înlătură proprietățile nefavorabile ale acestora. Astăzi există un număr însemnat de materiale compozite, în cele ce urmează prezentându-se câteva dintre acestea.

Materiale compozite armate cu particule

Materialul compozit este alcătuit din particulele dure și fragile 1 dispersate aleatoriu în matricea moale și ductilă 2 (fig. 2). Cu cât aceste particule sunt mai fine și distanța dintre ele este mai mică, cu atât compozitul este mai dur și mai rezistent. În practică, se utilizează îndeosebi compozite armate cu particule mai mari care au proprietăți specifice interesante.

Fig.1 Clasificarea materialelor compozite.

a) Carburile metalice conțin particule ceramice dure (carburi de wolfram, titan și tantal), cu concentrații volumice de până la 94%, încorporate într-o matrice de cobalt. După presarea amestecului de pulberi, acesta se încălzește peste temperatura de topire a cobaltului. Cobaltul lichid va încorpora particulele dure, rezultând astfel plăcuțele dure cu care se armează sculele așchietoare.

Fig.2 Material compozit armat

b) Sculele abrazive sunt produse fasonate sub formă de discuri sau prisme, alcătuite din particule abrazive, încorporate în masa unui liant. Materialele abrazive sunt materiale cristaline dure sub formă de granule, pulberi sau micropulberi care, datorită muchiilor și vârfurilor aleatoare pe care le au, detașează numeroase așchii mărunte de pe suprafața de prelucrat. Ele pot fi naturale sau artificiale.

Ca materiale abrazive naturale se utilizează: șmirghelul (40 65% Al2O3 cristalin, cu adaosuri de magnetită, cuarț și silicați), cuarțul, corindonul și diamantul natural, iar ca materiale abrazive sintetice, electrocorindonul, carbura de siliciu, carbura de bor, azotura cubică de bor și diamantul artificial.

Lianții au rolul de îngloba particulele abrazive. Ei trebuie să reziste la solicitări termice mari, la solicitări mecanice și la acțiunea lichidelor de răcire. Din punct de vedere chimic pot fi anorganici (argilă, feldspat, caolin, silicați fluizi, oxiclorură de magneziu, oxid de magneziu) sau organici (lacuri, bachelită, cauciuc natural sau sintetic).