Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Композиционные материалы
Содержание
- 1. Композиционные материалы
- 2. Лекция 1Введения, история возникновения композитов
- 3. Основные сведения о композитах Понятие о композитахРоль
- 4. Композиты – это неоднородные сплошные материалы, состоящие
- 5. Основные определенияКомпозиционный материал – композит – КМ:
- 6. Характеристики прочности и жёсткости основных конструкционных материалов
- 7. КОМПОЗИТЫ – это неоднородные материалы, состоящие из
- 8. Роль матрицы Непрерывная фазаОпределяет форму изделияФиксирует положение
- 9. Характеристика матрицы: важные параметры Однородность, Непрерывность ИзотропностьПластичностьИзносостойкостьКлиматостойкостьХимическая инертностьТермостойкостьПрочностьУпругость
- 10. Наполнители
- 11. Слайд 11
- 12. Слайд 12
- 13. Слайд 13
- 14. Слайд 14
- 15. Слайд 15
- 16. 2. Роль композитов в техническом прогрессе человечества.
- 17. Композиты: от древнего мира до наших дней
- 18. 3. Использование композитов в древностиПримеры использования
- 19. Исторические примеры композитовКирпичи, армированные соломой Древнеегипетская бумага
- 20. Шумерский зиккурат, построенный в 13-м веке до
- 21. Использование композитов в древностиСтроение из кирпичей, армированных
- 22. Слайд 22
- 23. Раскопки древнего г. Урук (Месопотамия 3 000 до н.э.)Армированные стены в г. Урук
- 24. 7. Монгольский лук
- 25. Японский меч катанаСталь высокой или средней прочностиСталь средней прочностиМягкая стальВысокопрочная стальВысокопрочная стальМягкая стальСталь средней
- 26. Открытие методов добычи меди и бронзы в
- 27. Полимерный композит, армированный стеклянными волокнами(стеклопластик)Полимерный композит, армированный углеродными волокнами (углепластик)Полимерный композит, армированный арамидными волокнами(арамидный композит)
- 28. Металломатричные композиты(ММК)
- 29. Композиты на основе керамики
- 30. 4. Области применения композитных материалов в настоящее время:1) Аэрокосмическая промышленность2) Автомобилестроение3) Электроника4) Строительство5) Биомедицина6) Энергетика
- 31. Широкое применение нашли композиционные материалы в авиационной и
- 32. Слайд 32
- 33. Применение композитных материалов позволяет эффективно решать основные
- 34. Lexus LFA ($ 375
- 35. Строительство - БетонКомпозитный материал:цементная матрица +песок (мелкий наполнитель) +гравий (крупный наполнитель) +примеси
- 36. 5. Классификации композиционных материаловПо происхождению: природные и
- 37. Классификация по виду наполнителя
- 38. Характеристика наполнителей: основные показатели
- 39. Классификация композитов по типу наполнителя:Волокнистые композитыКомпозиты, упрочненные
- 40. 1. ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫНепрерывные (длинные) волокнаКороткие (рубленные) волокнаТканьАрмирующие элементы – волокна высокой прочности и жесткостиКлассификация композитов.
- 41. ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ Ткань из стекловолокон (стеклоткань)Ткань
- 42. ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫМатериалы матриц:ПолимерыМеталлыКерамикаЭпоксидная смола(полимер)Алюминий(металл)Оксид алюминия(керамика)
- 43. Несущая способность конструкций из волокнистых композитов обеспечивается
- 44. ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫОсновная функция волокон – обеспечение
- 45. ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫДлинные волокнаКороткие волокнаОднонаправленный композит, армированный длинными волокнами
- 46. Волокнистые композиты делятся на два основных класса
- 47. КОМПОЗИТЫ, АРМИРОВАННЫЕ ДЛИННЫМИ ВОЛОКНАМИОдномерно армированныеДвумерно армированныеПространственно армированныеОднонаправленный композитТканевый композитПлетеный композит
- 48. Композиты, армированные длинными волокнами, по типу армирования
- 49. 2. КОМПОЗИТЫ, УПРОЧНЕННЫЕ ЧАСТИЦАМИКомпозиты, упрочненные частицами, состоят
- 50. КОМПОЗИТЫ, УПРОЧНЕННЫЕ НАНОЧАСТИЦАМИПреимущества - уникальные механические,
- 51. 3. КОМПОЗИТЫ, УПРОЧНЕННЫЕ НАНОЧАСТИЦАМИ.
- 52. Пример применения КМ с углеродными нанотрубкамиУглеродные нанотрубки
- 53. Пример применения КМ с наночастицами золотаУченым Швейцарской
- 54. Пример применения КМ с наночастицами оксида кремнияКитайские
- 55. Примеры применения КМ с наночастицами серебра Команда
- 56. СЛОИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ (ламинаты)Слоистые композиты представляют структуру типа
- 57. СЛОИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ[+θ/-θ/+θ][0/90/0][θ/θ/θ] = [θ]3 Перекрестно-армированный композитОртогонально-армированный композитОднонаправленный
- 58. СЭНДВИЧ КОМПОЗИТЫ (трехслойные панели))5Панели:металлические листыволокнистые композитыдеревоЗаполнитель:полимерная
- 59. Полимерная пенаДревесина бальзового дерева
- 60. Сэндвич композиты представляют собой особый класс композитов,
- 61. .Основное преимущество сэндвич композитов – отличная сопротивляемость изгибу при малом весеИзгиб лыж при карвинге
- 62. Преимущества композиционных материаловвысокая удельная прочность (прочность 3500 МПа)высокая жёсткость (модуль упругости
- 63. Недостатки композиционных материаловВысокая стоимостьАнизотропия свойствНизкая ударная вязкостьВысокий удельный объёмГигроскопичностьТоксичностьНизкая эксплуатационная технологичность
- 64. Наиболее полным считается определение, согласно которому к
- 65. Скачать презентанцию
Лекция 1Введения, история возникновения композитов
Слайды и текст этой презентации
Слайд 1Часть 2, курс лекций: «Стеклокристаллические и композиционные материалы на основе
стекла» для магистрантов
Слайд 3 Основные сведения о композитах
Понятие о композитах
Роль композитов в техническом прогрессе
человечества
Применение композитов в древности
Области применения композитов
Классификация композитов
Особенности композитов по сравнению
с традиционными материалами
Слайд 4Композиты – это неоднородные сплошные материалы, состоящие из нескольких компонентов
с четкой границей раздела между ними. В качестве таких компонентов
обычно выступают полимеры, керамика или металлы. Как правило, компоненты, составляющие композит, делят на матрицу (или связующее) и включенные в нее армирующие элементы (или наполнители). При этом и наполнитель и матрица сохраняют свою идентичность на физическом и химическом уровне и обеспечивают композиту такую комбинацию свойств, которая не может быть достигнута с использованием только лишь одного из компонентов.Функция армирующих элементов, как правило, состоит в обеспечении необходимых механических характеристик композита, таких как прочность, жесткость и т.д., а матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов и их защиту от агрессивных воздействий окружающей среды.
Слайд 5Основные определения
Композиционный материал – композит – КМ: многокомпонентный материал, состоящий
из двух и более материалов разной природы, один из которых
выступает в роли матрицы (связующего), а другой в роли наполнителя.Основные признаки КМ:
- наличие границ раздела фаз;
- сохранение основных свойств каждого компонента;
- получение нового уровня ведущего свойства или группы свойств
Слайд 7КОМПОЗИТЫ – это неоднородные материалы, состоящие из нескольких компонентов с
четкой границей раздела между ними
1. Понятие о композитах.
Типичный
композитОсновные функции армирующих элементов:
обеспечение прочности материала
обеспечение жесткости материала
Основные функции матрицы:
обеспечение совместной работы армирующих элементов
защита армирующих элементов от агрессивного воздействия окружающей среды
Слайд 8Роль матрицы
Непрерывная фаза
Определяет форму изделия
Фиксирует положение наполнителя
Распределяет внешнюю нагрузку
Предохраняет
от внешнего и внутреннего контакта элементы (частицы, волокна) наполнителя
Обладает способностью
находиться в жидком состоянииОбладает способностью смачивать
Слайд 9Характеристика матрицы:
важные параметры
Однородность,
Непрерывность
Изотропность
Пластичность
Износостойкость
Климатостойкость
Химическая инертность
Термостойкость
Прочность
Упругость
Слайд 18 3. Использование композитов в древности
Примеры использования композитов в древности:
Армированные
кирпичи
Зиккурат в г. Ур
Битумная дорога
Армированные стены в г. Урук
Древняя бумага
Мумифицирование
Монгольский
лукДамасская сталь
Катана
Слайд 20Шумерский зиккурат, построенный в 13-м веке до нашей эры
Высушенная грязь:
легко разрушается при изгибе, но хорошо сопротивляется
сдавливающим силам.
Солома: большая прочность
при растяжении, но легко мнется.Комбинация соломы и грязи: хорошо сопротивляется как растяжению, так и сжатию.
Слайд 21 Использование композитов в древности
Строение из кирпичей, армированных соломой, датированное 3000-2000
гг. до н.э.
(видны отверстия, в которых раньше была солома)
Для
сравнения - современная кладка из кирпичей, армированных соломой1. Армированные кирпичи
Слайд 25Японский меч катана
Сталь высокой
или средней прочности
Сталь средней прочности
Мягкая сталь
Высокопрочная
сталь
Высокопрочная сталь
Мягкая сталь
Сталь средней
Слайд 26Открытие методов добычи меди и бронзы в бронзовую эру, а
затем и железа в железный век придало значительный импульс прогрессу
человечества. Результатом стало снижение востребованности керамики и природных полимеров.Появление в 1620 гг. технологии производства чугуна, а затем сталей и сплавов привело к устойчивому доминированию металлов, которые практически вытеснили из обращения полимеры и керамику.
Начиная с 60х годов двадцатого столетия ситуация начала меняться – темпы производства металлических конструкций замедлились, и спрос на металлы в ряде стран заметно упал, тогда как индустрия полимеров и композитов начала стремительно расти и развиваться.
Сначала появились полимерные композиты, армированные стеклянными, углеродными и арамидными волокнами
Затем появились композиты с металлическими матрицами (металломатричные композиты).
Сейчас все большую популярность приобретают композиты на основе керамики
Слайд 27Полимерный композит, армированный стеклянными волокнами
(стеклопластик)
Полимерный композит, армированный углеродными волокнами (углепластик)
Полимерный
композит, армированный арамидными волокнами
(арамидный композит)
Слайд 304. Области применения композитных
материалов в настоящее время:
1) Аэрокосмическая промышленность
2) Автомобилестроение
3)
Электроника
4) Строительство
5) Биомедицина
6) Энергетика
Слайд 31 Широкое применение нашли композиционные материалы в авиационной и ракетно-космической технике, где
используются такие их свойства, как высокая удельная прочность и стойкость
к воздействию высоких температур, стойкость к вибрационным нагрузкам, малый удельный вес. Из этих материалов изготавливаются корпусные детали и детали внутреннего интерьера.
Слайд 33 Применение композитных материалов позволяет эффективно решать основные задачи судостроительной отрасли —
например, проблему защиты судов от коррозии и агрессивных внешних воздействий. Композитные материалы
также позволяют строить безнапорные корпусные конструкции судов с прочными слоями из стали или стеклопластика и слоем из полимеров низкой плотности.
Слайд 34
Lexus LFA ($ 375 000)
65% массы – полимер, усиленный углеродными
волокнами
35% массы – алюминий
Применение композитных материалов позволяет на 300 килограмм
уменьшить
массу автомобиля
Слайд 35Строительство - Бетон
Композитный материал:
цементная матрица +
песок (мелкий наполнитель) +
гравий (крупный
наполнитель) +
примеси
Слайд 365. Классификации композиционных материалов
По происхождению: природные и искусственные
По виду наполнителя:
- волокнистые-дисперсно-упрочненные и др.
По природе матрицы: -полимерная, металлическая, керамическая.
По
области применения:самолето-, машино-, кораблестроение, медицина, строительство, спорт
Слайд 39Классификация композитов по типу наполнителя
:
Волокнистые композиты
Композиты, упрочненные частицами
Нанокомпозиты
Слоистые композиты
Сэндвич композиты (трехслойные конструкции)
Слайд 401. ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ
Непрерывные (длинные) волокна
Короткие (рубленные) волокна
Ткань
Армирующие элементы – волокна
высокой прочности и жесткости
Классификация композитов.
Слайд 41 ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ
Ткань из стекловолокон (стеклоткань)
Ткань из углеродных волокон
Ткань
из арамидных волокон
Армирующие материалы:
Стекловолокна
Углеродные волокна
Арамидные волокна
Борные волокна
Волокна на
основе оксида алюминия Карбидокремниевые волокна
Слайд 42 ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ
Материалы матриц:
Полимеры
Металлы
Керамика
Эпоксидная смола
(полимер)
Алюминий
(металл)
Оксид алюминия
(керамика)
Слайд 43Несущая способность конструкций из волокнистых композитов обеспечивается в основном волокнами,
а матрица выполняет следующие функции: - обеспечение требуемого расположения волокон
в материале; - передача нагрузок волокнам; - защита волокон от вредных воздействий окружающей среды, таких как агрессивные среды, повышенная влажность воздуха, обледенение, высокие или низкие температуры.
Слайд 44 ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ
Основная функция волокон – обеспечение несущей способности конструкции
Функции матрицы:
фиксация волокон в материале
передача внешних нагрузок волокнам
защита волокон
от вредных воздействий окружающей средыТипы вредных воздействий
Слайд 45ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ
Длинные волокна
Короткие волокна
Однонаправленный композит, армированный длинными волокнами
Слайд 46Волокнистые композиты делятся на два основных класса в зависимости от
длины армирующих волокон:
1) композиты, армированные длинными волокнами и
2)
композиты, армированные короткими волокнами.Короткие волокна могут располагаться в материале хаотично или ориентировано, то есть в некотором заданном направлении. В первом случае говорят о хаотично армированном композите, а многослойные структуры из такого материала на основе полимерной матрицы сокращенно называют ХАСП – хаотично армированным слоистым материалом. Во втором случае говорят об однонаправленном композите, армированном короткими волокнами.
Слайд 47КОМПОЗИТЫ, АРМИРОВАННЫЕ ДЛИННЫМИ ВОЛОКНАМИ
Одномерно армированные
Двумерно армированные
Пространственно армированные
Однонаправленный композит
Тканевый композит
Плетеный композит
Слайд 48Композиты, армированные длинными волокнами, по типу армирования разделяют на: а)
одномерно армированные, б) двумерно армированные, с) пространственно армированные композиты. В
первом случае говорят об однонаправленных композитах, во втором случае композиты обычно называют тканевыми, поскольку двумерное армирование проще всего обеспечивается путем использования в качестве наполнителя тканей различного типа плетения, а в третьем случае говорят о плетеных композитах.
Слайд 49 2. КОМПОЗИТЫ, УПРОЧНЕННЫЕ ЧАСТИЦАМИ
Композиты, упрочненные частицами, состоят из матрицы и
равномерно распределенных в ней частиц
Типичные материалы частиц:
Слюда
Кварц
Стекло
Диоксид кремния (песок)
Карбонат
кальция и др. За несущую способность конструкции отвечает матрица, а не наполнитель в отличие от волокнистых композитов
Слайд 50 КОМПОЗИТЫ, УПРОЧНЕННЫЕ НАНОЧАСТИЦАМИ
Преимущества - уникальные механические, термические, электрические и
оптические свойства
Основной недостаток – тенденция к возникновению агломератов
Материалы наночастиц:
углерод
(нанотрубки, фуллерены, графен)оксид кремния
золото
серебро
оксид цинка
диоксид титана
Нанокомпозиты – это композитные материалы, у которых средний размер частиц наполнителя не превышает 100 нм.
Объемная доля наполнителя – порядка 2-5%.
Слайд 52Пример применения КМ с углеродными нанотрубками
Углеродные нанотрубки на сегодняшний момент
представляют один из лучших материалов для применения в области радиоэлектроники.
Например, микросхемы с использованием углеродных нанотрубок работают быстрее полупроводниковых и требуют меньше пластиковых транзисторов, а также не нуждаются в дополнительной защите от того же ультрафиолета. Фактор энергопотребления при этом особенно важен: гибкая электроника на транзисторах с углеродными нанотрубками предполагается мобильной, то есть не требующей сетевого питания.
Слайд 53Пример применения КМ с наночастицами золота
Ученым Швейцарской высшей технической школы
Цюриха было показано, что наночастицы на основе золота и оксида
железа с покрытием из диоксида кремния могут быть использованы для лечения опухолей. Эксперименты показали, что такие гибридные частицы не теряют способности связываться с раковыми клетками, не обладают цитотоксичностью, не осаждаются и не образуют агломератов. Магнитные свойства наночастиц при этом позволяют направить их к определенному органу или ткани. Наночастицы могут «закрепиться» на раковых клетках и локально разрушить их при нагревании магнитным полем, создаваемым высокоэнергетическими постоянными магнитами, или инфракрасным излучением.
Слайд 54Пример применения КМ с наночастицами оксида кремния
Китайские учёные разработали наночастицы оксида
кремния, напоминающие по форме и полостям ягоды малины, для создания прозрачного
водоотталкивающего, самоочищающегося покрытия для стекла и других прозрачных поверхностей. При этом они использовали идею листа лотоса, хорошо известного своими водоотталкивающими свойствами, которые происходят из мельчайших текстурированных бугорков, покрывающих его поверхность.
Слайд 55Примеры применения КМ с наночастицами серебра
Команда из Массачусетского технологического
института, Гарвардского факультета физики и Эджвудского химико-биологического центра разработала прозрачный
проекционный экран с использованием наночастиц серебра, рассеивающих синий свет, излучаемый проектором. В результате получается дисплей, который пропускает большую часть света через себя и потому кажется прозрачным, но при этом он взаимодействует с синим цветом, а значит, способен послужить дополнением к проекторуВ стоматологии серебро используется для создания новых, более долговечных пломбировочных материалов, содержащих серебряные наночастицы.
Слайд 56СЛОИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ (ламинаты)
Слоистые композиты представляют структуру типа «слоеный пирог», где
в качестве слоев выступают различные материалы.
Основное преимущество слоистых композитов -
это способность обеспечить сложный набор требуемых свойств в заданных направлениях
Слайд 57
СЛОИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ
[+θ/-θ/+θ]
[0/90/0]
[θ/θ/θ] = [θ]3
Перекрестно-армированный композит
Ортогонально-армированный композит
Однонаправленный композит
Среди слоистых композитов
различают однонаправленные композиты, где волокна направлены под одинаковыми углами θ
во всех слоях. У перекрестно-армированных композитов углы укладки волокон чередуются в чередующихся слоях. У ортогонально-армированных композитов в чередующихся слоях чередуется продольное и поперечное направление укладки волокон![СЛОИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ[+θ/-θ/+θ][0/90/0][θ/θ/θ] = [θ]3 Перекрестно-армированный композитОртогонально-армированный композитОднонаправленный композитСреди слоистых композитов различают однонаправленные композиты, где волокна направлены под](/img/thumbs/19ae1249249c5e72ae4e2562ffc6b597-800x.jpg "Композиционные материалы СЛОИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ[+θ/-θ/+θ][0/90/0][θ/θ/θ] = [θ]3 Перекрестно-армированный композитОртогонально-армированный композитОднонаправленный композитСреди слоистых композитов различают")
Слайд 58 СЭНДВИЧ КОМПОЗИТЫ (трехслойные панели))
5
Панели:
металлические листы
волокнистые композиты
дерево
Заполнитель:
полимерная пена
древесина (бальзовое
дерево)
сотовый заполнитель
В сэндвич композитах две тонкие, но жесткие панели
соединены друг с другом при помощи легкого заполнителя, толщина которого значительно превышает толщину соединяемых панелей.
Слайд 60Сэндвич композиты представляют собой особый класс композитов, где две тонкие,
но жесткие панели соединяют друг с другом при помощи легкого
заполнителя, толщина которого значительно превышает толщину соединяемых панелей.В качестве панелей обычно используют металлические листы (чаще всего, это алюминий или титан) или волокнистые композиты, а в качестве заполнителя – пену из полиуретана, поливинилхлорида или полиэтилена, древесину бальзового дерева или сотовый заполнитель, изготовленный из композитного материала, или металла.
Основное преимущество сэндвич композитов состоит в том, что обладая низким весом, они демонстрируют повышенную жесткость при изгибе.
Слайд 61 .
Основное преимущество сэндвич композитов – отличная сопротивляемость изгибу при малом
весе
Изгиб лыж при карвинге
Слайд 62Преимущества композиционных материалов
высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа)
высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 — 240 ГПа)
высокая износостойкость
высокая усталостная
прочность
из КМ возможно изготовить стабильные конструкции любого размера
легкость
Слайд 63Недостатки композиционных материалов
Высокая стоимость
Анизотропия свойств
Низкая ударная вязкость
Высокий удельный объём
Гигроскопичность
Токсичность
Низкая эксплуатационная
технологичность
Слайд 64Наиболее полным считается определение, согласно которому к композитам относятся материалы,
обладающие следующими признаками:
- состав, форма и распределение компонентов материала «запроектированы
заранее»;- не встречается в природе, а создан человеком;
- состоит из двух или более компонентов, различающихся по химическому составу и разделенных выраженной границей;
- свойства материала определяются каждым из его компонентов, которые в связи с этим должны присутствовать в достаточно больших количествах;
- обладает такими свойствами, которых не имеют его компоненты, взятые в отдельности;
- неоднороден в микромасштабе и однороден в макромасштабе.
Шестой признак не позволяет отнести к КМ биметаллы и материалы с покрытиями, поскольку в макромасштабе они не являются однородными.
