LUCRARE DE LABORATOR NR.5MATERIALE SINTETIZANTE DIN PULBERI METALICE. MATERIALE

COMPOZITE

Sfârşitul secolului XX este considerat de către numeroşi specialişti ca fiind epoca materialelor compozite. Aceste materiale cu proprietăţi programabile superioare materialelor tradiţionale au pătruns în domeniile tehnicii de vârf, cum ar fi: tehnologii aerospaţiale, microelectronica, tehnica nucleară, tehnica de construcţie medicală a implanturilor, dar şi în industria de automobile, de nave, industria chimică, a mobilei, în construcţii, în industria materialelor sportive.

Materialele compozite sunt realizate din doi sau mai mulţi componenţi care formează faze distincte, fiecare componentă păstrându-şi caracteristicile individuale şi a căror combinare conduce la obţinerea unor efecte sinergetice, care se concretizează prin performanţe ridicate, ceea ce permite lărgirea domeniului de utilizare a acestora. Materialele compozite pot include toate tipurile de materiale constituite din două sau mai multe componente.

Materialele compozite sunt alcătuite, în general, din materialul de rigidizare sau materialul de umplutură şi din matricea de legătură compatibilă.

continue, discontinue şi „whiskers” din materiale polimerice (fibre aramidice – poliamide aromatice, poliamidice – khevler etc.), metalice (din oţeluri inoxidabile, titan, aluminiu, wolfram, molibden etc.), fibre de sticlă, fibre carbon, alte tipuri de fibre: bor, carbură de siliciu, azbest, bazalt sau fibre ceramice;

* pulberi şi particule cu forme diferite (microsfere, fulgi, cilindrice sau neregulate) şi de dimensiuni diferite (de la pulbere de ordinul micronilor, la particule de câţiva milimetri), de natură anorganică (oxid de aluminiu, oxid de zirconiu, carbură de siliciu sau de titan, nitruri de siliciu sau de aluminiu etc.) sau organică.

Realizarea de materiale compozite s-a impus pe baza a numeroase considerente tehnice şi economice, între care amintim:

- necesitatea realizării unor materiale cu proprietăţi deosebite, imposibil de atins cu materialele tradiţionale;

- necesitatea creşterii siguranţei şi a fiabilităţii în exploatare a diferitelor construcţii şi instalaţii;

- necesitatea reducerii consumurilor de materiale deficitare, scumpe sau preţioase;

- posibilitatea reducerii consumurilor de manoperă şi a reducerii duratelor tehnologice de fabricaţie.

  În funcţie de natura matricei, materialele compozite se clasifică în următoarele categorii:

- materiale compozite cu matrice polimeră MCP;- materiale compozite cu matrice metalică MCM;- materiale compozite cu matrice ceramică MCC.

Figura 1.1. Schema clasificării materialelor compozite

Clasificarea materialelor compozite

Materialele compozite suscită din partea specialiştilor din cercetare, învăţământ şi producţie un interes crescând, interesând mai ales comportarea lor în diferite condiţii de exploatare (solicitări mecanice simple sau complexe şi acţiunea mediului).

Materialele compozite se definesc ca fiind sisteme de corpuri solide, deformabile, obţinute prin combinaţii la scară macroscopică ale mai multor materiale.

R. M. Jones clasifică materialele compozite astfel [3]:-materiale compozite fibroase, obţinute din materiale sub formă de fibre, introduse într-

un material de bază numit matrice;-materiale compozite laminate, rezultând din straturi suprapuse din diferite materiale;-materiale compozite speciale, alcătuite din particule introduse în matrice.

Domenii de utilizare ale materialelor compozite

Datorită caracteristicilor lor deosebite, materialele compozite au numeroase aplicaţii în diverse domenii, cum ar fi: construcţia structurilor aerospaţiale şi aeronautice, construcţia de maşini, automobile şi nave, medicină, chimie, electronică şi energetică, bunuri de larg consum, optică etc., aşa cum se poate observa şi din figura 1.5 .

NeorientateOrientate

PreferenţialNeorientateOrientateMultidirecţionaleUnidirecţionale

Cu fibre discontinueCu fibre continue

Parti-culemari

Particule mici(microparticule)

NestratificateStratifi-

cate(laminate)

Compozite

cu particule

Compozite

cu fibre

Materiale compozite

Fig. 1.5 Domenii de utilizare ale materialelor compozite

Proba 1

Matricea de aliminiu ramforsat cu fibre de cupru dezvoltat pentru industria electonica ca sa se faca economie de cupru, (petele intunecate reprezinta Cu).

Compozitele cu matrice de aluminiu şi ranfort ceramic au un raport slab între greutate şi volum, dar o rezistenţă ridicată la uzură, conductivitate şi difuzivitate termice ridicate, proprietăţi care le fac utilizabile în industria de automobile, aeronautică, aerospaţiale.

Modelând raportul volumic procentual între matrice şi ranfort, se pot obţine compozite care să asigure:

rigiditate şi rezistenţă la deformare comparabile cu cele ale titanului; modul de elasticitate mai mare cu circa 150% decât cel al celor mai rezistente aliaje de aluminiu; rezistenţă la uzură apropiată de cea a oţelurilor; coeficient de dilatare termică echivalent cu cel al oţelurilor inoxidabile şi al beriliului; faţă de materialele ceramice, compozitele cu ranfort ceramic (SiC), prezintă, în particular, conductibilitate termică şi electrică bune.

Proba 2

Material compozit armat cu fibre de wolfram folosit pentru industia nucleara.Propulsia nucleară (submarine, portavioane, etc). Utilizarea radioizotopilor și a radiațiilor nucleare (alfa, beta și gama) în agricultură și industria alimentară, medicină (diagnostic și tratamentul cancerului), industrie (gamagrafie, detectori, trasori, etc), cercetarea științifică (trasori, datare, poluarea mediului, etc).

Proba 3

Cu

Fibre de wolfram

Material cu matrice metalica Al-Zn folosit in industria auto.Componentele construite din fibra de carbon sunt usoare si rezistente. Ele pot fi folosite cu succes pentru masini si camioane dar si avioane, barci sau chiar biciclete deoarece ofera siguranta si ajuta la obtinerea unui bun coeficient de aerodinamicitate. masinile care au anumite parti construite din fibra de caron sunt mai usoare si mai performante, fabricarea materialului este mult mai costisitoare si dureaza mult mai mult ca acesta sa fie transformat in componente, comparativ cu otelul sau aluminiul.

Fibre de C

Aliaj de Al-Zn