Analiza structurală

CAPITOLUL 1.

COMPOZITE CU MATRICE METALICĂ

OBȚINUTE PRIN PROCEDEE ÎN FAZĂ LICHIDĂ

1.1. GENERALITĂȚI PRIVIND MMC

Lumea științifică a ultimului sfert de secol a constat extinderea spectaculoasă a utilizării compozitelor metalice. Această s-a datorat unor calități deosebite, precum rezistență lor mecanică sau rezistența la oboseală, fiind superioare celor ale plasticelor armate, sau posibilitatea de a lucra temperaturi înalte și în condiții dificile de mediu, la care utilizarea de polimeri armati nu ar fi recomandabilă.

Trebuie remarcat că metalele și aliajele lor au prin ele o gama largă de utilizări în proiectarea inginerească, deoarece au proprietăți variabile ușor de controlat, prin alegerea corectă a compozițiilor chimice și a metodei și tehnologiilor de prelucrare. Folosirea lor extensivă se datorează nu numai valorilor ridicate ale proprietăților de rezistență și de rigiditate, ci mai multitudinii de tehnici de procesare, nesofisticate și nepretențioase în privința costurilor, care permit fabricarea celor mai diverse piese.

În schimb, observarea apropierii de limita superioară a posibilității de creștere calitativă ale metalelor a condus la ideea compunerii lor. Că urmare, dezvoltarea compozitelor metalice a avut că scop inițial obținerea de proprietăți care nu puteau fi atinse de nici unul dintre metalele nearmate.

Până în prezent au fost utilizate ca matrice mai multe categorii de materiale metalice, cum ar fi plumbul, zincul, cuprul, oțelul, nichelul superaliajele pe baza de nichel) sau argintul, dar cele mai multe aplicații ale aliajele "ușoare", cum sunt cele de aluminiu, titan și magneziu.

Cât despre faza de armare a acestor compozite, se constată că ea în cele mai multe cazuri de natură ceramică (dar poate fi și metalică, si carbon), având formă de particule, de cristale filamentare, de fibre scurte de fibre continue lungi.

Cele mai multe dintre compozitele metalice (numite în limba engleză Matrix Composites, prescurtat MMC) au proprietăți mecanice care le-ar face foarte atractive pentru diverși utilizatori. Cu toate acestea dezvoltarea aplicațiilor industriale care le includ a fost limitată, până la sfârșitul anilor '80, de costurile ridicate și de procescle complexe pe cai care implică, de multe ori, fabricarea lor.

În plus, ele oferă o conductivitate termică excelentă, rezistență ridicată la forfecare, rezistență excelentă la abraziune, operare la temperaturi înalte, neimflamabilitate, atac redus al solvenților și combustibililor precum și posibilitatea de a fi prelucrate cu echipamentul convențional.

MMC-ul cu matrice din aluminiu este produs prin turnare, metalurgia pulberii, tehnica presării fibrelor sau foilor, dezvoltarea armăturilor in-situ. Sunt disponibile acum, în cantități mari, producții de înaltă calitate, consistente, producții la scară mare obținute cu costuri reduse.

Compozitele cu matrice confecționată din superaliaje cu fibre din aliaj ce conțin tungsten se utilizează pentru componente ale motoarelor cu turbină cu gaz ce operează la temperaturi de aprox. 20000C.

Compozitele cu grafit/cupru pot fi obținute cu proprietăți convenabile spre a fi utilizate la temperaturi mari în aer și au caracteristici mecanice excelente ca și conductivitate termică și conductibilitate electrică ridicate.

Compozit grafit/cupru

În comparație cu compozitele pe bază de titan aceste sunt mai ușor prelucrabile și, în comparație cu cele din oțel, au densitate mai scăzută. Superconductorii sunt fabricați din cupru ca armătură de tip filament supraconductor din niobiu-titan. Cuprul ranforsat cu particule din tungsten sau oxid din aluminiu se utilizează prin armare la cald și împachetare electronică.

Titanul armat cu fibre din SiC este dezvoltat ca material pentru carcase de avioane. Oțelul aliat, oțelul de scule și Inconel-ul se utilizează ca materiale de matrice armate cu particule din Ti-C și fabricate sub formă de inele la temperatură ridicate rezultând componente rezistente la coroziune.

Posibilitatea de combinare a diferitelor materiale (metal-ceramică-nemetal) oferă oportunitatea variației nelimitate a proprietăților MMC. Proprietățile acestor materiale sunt determinate, în principal, de proprietățile materialelor componente.

Principalele momente de referință în dezvoltarea MMC obținute în fază lichidă, începând cu 1965, anul descoperirii acestora sunt prezentate în tabelul 1.