Materiale Compozite

MATERIALE COMPOZITE

Materialul compozit este un ansamblu format din două sau mai multe corpuri, cu structură şi proprităţi diferite care, prin combinarea calităţilor individuale ale componenţilor, formează un material eterogen cu performanţe globale îmbunătăţite.

Conceptul de material compozit (matrice + armatură) a apărut la începutul anilor '50, o dată cu materialele stratificate sintetice. în fapt materialele compozite naturale (lemnul şi osul) au fost utilizate de către om din cele mai vechi timpuri'. Omul a utilizat materiale compozite pentru a creşte performanţele armelor. Arcul mongol este format din două părţi distincte: partea din os, supusă la compresiune, şi partea din lemn, supusă la tracţiune, cele două părţi fiind legate între ele prin tendoane de bou. Săbiile de Damasc au lama formată din două materiale: o parte din oţel şi una din fier moale. Partea din oţel, deformată şi stratificată puternic, cu orientarea retasurilor şi a impurităţilor după direcţia de deformare, este tăiată în U, iar în interior se introduce fierul moale, realizându-se astfel un material care rezistă foarte bine la încovoiere şi la şoc.

Dezvoltarea ştiintei şi a tehnologiei a determinat conceperea unor compozite noi bazate pe materiale tradiţionale, descoperirea de noi materiale pentru matrice şi armaturp, dezvoltarea formei şi a modului de distribuire a armpturilor, adaptarea lor la cerinţele tehnologice impuse materialului.

Materialele compozite răspund astăzi la o serie de exigenţe: rezistenţă mecanică ridicată, rezistenţă mare la uzare, la temperaturi înalte şi în medii agresive. Aceste proprietăţi rezultă din combinarea avantajoasă a proprietăţilor mai multor materiale din matrice şi din armatură.

Evoluţia materialelor compozite nu a fost marcată de crizele economice. Ea a fost un factor de progres continuu în dezvoltarea de noi produse şi de noi tehnologii, pentru depăşirea anumitor limite ale cunoaşterii umane.

Materialele compozite sunt exemple foarte bune privind modul în care tehnologiile moderne au impus realizarea de materiale noi cât şi a modului în care materialele noi au revoluţionat tehnica.

în lupta economică pentru performanţă, rapoartele de calitate-preţ-performanţă oferite de materialele compozite nu pot fi neglijate.

în sinteză, materialele compozite prezintă următoarele avantaje:

- posibilităţi de adaptare a materialului la funcţionalitatea piesei; - optimizarea greutăţii, a tensiunilor remanente, a calităţii suprafeţei şi a altor parametri pentru soluţiile tehnologice alese (selecţionarea materialelor matricei şi armăturii, determinarea geometriei, dimensionarea optimă, procedee moderne de prelucrare);

-posibilitatea de a realiza piese multifuncţionale care simplifică forma mecanismelor şi permit creşterea performanţelor (greutăţi specifice mici fără a afecta proprietăţile, proprietăţi mecanice ridicate, rezistenţă bună la o gamă largă de agenţi chimici, proprietăţi electrice);

1.1Clasificarea materialelor compozite

Criteriile uzuale de clasificare a materialelor compozite sunt: procedeul de obţinere, natura matricei, natura şi forma armăturilor, izotropia structurii.

Dupa modul de obţinere şi stabilitatea constituenţilor, materialele compozite sunt de două tipuri:

- materiale cu matrice metalică, elaborate în regim de echilibru termodinamic, prin solidificarea dirijată a unor aliaje eutectice binare sau pseudobinare (prin creştere „in-situ");

- materiale sintetice, în afara echilibrului termodinamic, elaborate prin depunere chimică, sinterizare, turnare sub presiune, formare în plăci etc.

După natura matricei deosebim:

- compozite cu matrice din masă plastică;

- compozite cu matrice metalică;

- compozite cu matrice ceramică;

- compozite pe baza de carbon.

în funcţie de natura armăturilor, compozitele pot fi armate cu: carbon, aramide, sticlă, carburi, oxizi, nitruri, metale etc.

După forma lor, armaturile pot fi: filamente scurte sau lungi, fibre, cristale, monocristale, sfere, ţesături etc.

După izotropia structurii, deosebim:

- compozite izotrope care prezintă o dispunere aleatoare a armăturilor în matrice. Ex: compozite cu matrice metalică şi fază oxidică dispersă: AI2O3/AI, ThO2/Ni, AI2O3/Cu, BeO/Cu). Particulele oxidice dure, în aceste materiale, rolul de a bloca deplasarea dislocaţiilor şi de a mări rezistenţa la fluaj a materialului în ansamblu. Compozitele cu matrice de Cr, Co, Ni şi armături dure din oxizi sau carburi (Al203/Cr, WC/Co, WC+TiC/Co, TiC/Ni);

- compozite anizotrope care au armături fibroase sau filamente ce dau structurii în ansamblu un caracter anizotrop. După modul de dispunere a armăturilor şi componenţilor matricei compozitele anizotrope pot fi materiale stratificate unidimensional, bidimensional, tridimensional.