Compozite

CAPITOLUL 1

GENERALITĂȚI

1.1.Introducere

Prin definiție ,conceptul de compozit este atribuit unui sistem complex alcătuit din mai multe materiale de natură diferită. În această categorie intră o clasă foarte vastă de produși. Materialele compozite au fost realizate de om din cele mai vechi timpuri. Astfel, chirpiciul și betonul armat reprezintă cele mai simple exemple de materiale compozite.

Rezulta că, prin asocierea materialelor componente, se obțin noi materiale cu proprietăți

deosebite, total diferite de ale componentelor individuale.

Este cunoscut faptul că aliajele metalice prezintă proprietăți superioare față de cele ale componentelor constituente. Același lucru se poate spune și despre materialele compozite ceramice sau polimerice.

O primă clasificare a materialelor compozite se face după proveniența acestora:

-materiale compozite naturale

-lemn

-oase

-bambus

-mușchi

-materiale compozite sintetice

-metalice

-ceramice

-polimerice

Actualmente materialele compozite polimerice prezintă un interes științific și tehnic deosebit, fapt ce justifică dezvoltarea cercetărilor în acest domeniu și a producției de astfel de materiale.

Compozitele polimerice sunt materiale alcatuite în principiu dintr-un compus macromolecular și un agent de ranforsare sau de umplutură. Compusul macromolecular utilizat în acest scop poate fi un polimer termoplastic sau termoreactiv și este denumit matrice polimerică. Agentul de ranforsare sau de umplutură este dispersat omogen în matricea polimerică dar nu se dizolvă în aceasta.

Clasificarea materialelor compozite polimerice după natura componentelor participante la formarea acestora este următoarea:

-cu umpluturi poroase

-compozite macroscopice

-polimeri armați O clasificare foarte importanta a materialelor compozite se face în funcție de modul de orientare al fibrelor, materialele compozite fiind grupate în trei categorii:

a. materiale compozite durificate cu fibre;

b. materiale compozite durificate cu particule (disperse);

c. materiale compozite obținute prin laminare (stratificate)

a. materiale compozite armate cu fibre

În figură sunt prezentate diferite moduri de orientare a acestor fibre în interiorul

matricei. Se obțin astfel materiale compozite cu caracteristici foarte bune de rezistență, rigiditate și raport ,,rezistență - densitate”.

Comportamentul mecanic al unui asemenea compozit depinde de:

- proprietățile fiecărui component;

- proporția dintre componenți;

- forma și orientarea fibrelor în raport cu direcția de solicitare;

- rezistența mecanică a interfeței matrice - fibră.

b. materiale compozite durificate cu particule (disperse)

b.1. materiale compozite durificate prin dispersie

În cazul acestor compozite, particulele de dimensiuni foarte mici (100 ÷ 2500 Å)

(1 ångström = 10-7 mm ), blochează deplasarea dislocațiilor. Astfel, deși sunt necesare cantități mici de material dispers, efectul de durificare este foarte mare.

Faza dispersată este, de regulă, un oxid stabil dur (Al2O3 - alumina, ThO2 - torianit,

ZrO2 - dioxid de zirconiu, BeO - oxid de beriliu, etc.). Această fază trebuie să aibă o anumită dimensiune, formă, cantitate și distribuție pentru obținerea celor mai bune proprietăți pentru materialul compozit. Totodată particulele dispersate trebuie să aibă solubilitate scăzută în materialul matricei și să nu apară reacții chimice între particule și matrice.

b.2. materiale compozite armate cu macroparticule

Armarea acestor compozite se face cu particule mari, care nu mai au rol de blocare a

deplasării dislocațiilor. În funcție de proporția dintre cantitățile de macroparticule și cea de liant se obțin combinații neobișnuite de proprietăți.Carburile metalice pot fi privite ca fiind astfel de materiale compozite, carbura dewolfram (CW) este înglobată într-o masă de cobalt, sculele așchietoare rezultate având combinate avantajele date de duritatea și rezistența la creșterea temperaturii de așchiere a CW și cele date de rezistența bună la impact a cobaltului.

Pietrele abrazive formate din macroparticule de carbură de siliciu (SiC), nitrură de bor sau diamant, înglobate într-o matrice de sticlă sau polimeri, pot fi considerate tot materiale compozite armate cu macroparticule.

Un alt exemplu, îl constituie materialul utilizat pentru contactele electrice, care este format din particule de wolfram înglobat într-o matrice de argint. În acest mod se realizează combinația dorită de proprietăți, și anume, conductibilitatea electrică bună (datorită argintului) și rezistență mare la uzură (datorită particulelor de wolfram)

c. materiale compozite stratificate

Sunt obținute prin aplicarea, la suprafața materialului de bază, a unui strat din alt

material. Aplicarea acestui strat din alt material cu proprietăți diferite de cele ale materialului de bază se realizează cel mai des prin turnare, sudare sau laminare.

Principalul avantaj al acestor materiale, exemplificate în figură, este de ordin

economic și de ordin calitativ, deoarece prin utilizarea lor se economisesc importante cantități de materiale scumpe sau deficitare, îmbunătățindu-se, în același timp, calitățile produselor și mărindu-se durata lor de funcționare în condițiile unor performanțe ridicate