Конструкционные материалы нового поколения

УДК 669

                                                                                                            Лужанский А.А.,

студ. группы ИТМ-21, ГОУ ВПО «ДонНТУ»

Руководитель: Тараш В. Н.,

старший преподаватель кафедры физики

ГОУ ВПО «ДонНТУ»

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Аннотация. Рассмотрено использование новых конструкционных материалов в промышленности.

Ключевые слова: композиты, полимеры, интерметаллиды, порошковая металлургия.

Annotation. The use of new structural materials in industry has been  considered.

Keywords: composites, polymers, intermetallides, powder metallurgy.

Введение. В последние годы благодаря бурному развитию сверхзвуковой авиации, ракетной техники, турбостроения, а также небывалому росту производства автомобилей, бытовой и другой техники для населения в машиностроении, приборостроении и строительной индустрии широко применяются новые конструкционные материалы, сочетающие в себе лёгкость, жёсткость и прочность, обеспечивающих высокую надежность и долговечность изделий, надежно работающих в сложной комбинации силовых и температурных полей, при воздействии агрессивных сред, излучений, глубокого вакуума и высоких давлений.

Постановка задачи. Выполнить обзор литературы по теме «Конструкционные материалы нового поколения».

Теоретический обзор. Углеродное наноструктурное волокно, полимеры, керакомпозиты, интерметаллиды, порошковые, синтетические сверхпрочные материалы – что объединяет все эти вещи? Это всё – конструкционные материалы будущего.

Материалы нового поколения – основа инноваций, технологического ли- дерства и национальной безопасности государства. Именно благодаря применению таких материалов нынешние инженеры, конструкторы реализовывают многие прорывные проекты в различных сферах. Внедрение материалов нового поколения и современных технологий вполне способно ускорить развитие многих секторов экономики и направлений отечественной промышленности.

В различных отраслях промышленности широко применяются композиционные материалы: полимерные композиционные материалы,  метал- лические композиционные материалы, керамические конструкционные ком- позиционные материалы.  Керамические композиты – это керамическая мат- рица, содержащая в себе волокнистую арматура. Их механические свойства определяются не только свойствами самих волокон, но и их ориентацией, объёмным содержанием. Состав керамокомпозита изменяют в зависимости от области применения. Если востребована прочность материала, то в керамическую матрицу вводят волокна металлов, а если необходима жаростойкость, то количество металла в составе минимально. Применение композитных материалов дает возможность получить заданное сочетание разнородных свойств: высокой удельной прочности и жесткости, жаропрочности, износостойкости, теплозащитных свойств и др. Благодаря композитам стал возможен новый качественный скачок в увеличении мощности двигателей, уменьшении массы машин и конструкций и повышении массовой эффективности транспортных средств и авиационно-космических аппаратов.

Большой интерес вызывают полимеры. Они представляют собой высоко- молекулярные соединения, образованные из большого числа молекул мономеров. В теории полимеров различают некоторые основные группы полимерных материалов: аморфные, аморфные ориентированные, кристал-лизующиеся, кристаллические изотропные, кристаллические ориентированные. Полимеры обладают рядом специфических свойств, которые большей частью обусловлены их строением. Отметим лишь механические свойства, отличающие их от традиционных конструкционных материалов:

1. Модуль упругости полимеров оказывается существенно зависящим от скорости деформирования, а иногда и от частоты силового воздействия;
2. Полимеры обладают ярко выраженными  реологическими  свойствами:  ползучестью, проявляющейся в росте деформаций при фиксированном напряжении, и релаксацией (снижением) напряжений при постоянной деформации;
3. Большинству полимеров присущи медленно протекающие необратимые процессы: вязкое течение, обусловленное молекулярной структурой, и химическое течение, имеющее место при высоких температурах и уровнях напряжения. При химическом течении происходят изменения структуры полимера на молекулярном уровне;
4. Важным свойством полимеров является способность приобретать  ориентированное состояние при силовых воздействиях. Внешним проявлением этого свойства является повышение прочности материала в определенном направлении.

Интересным конструкционным и техническим материалом является стекло. Область его использования ограничивается конструкциями, в которых исключены или сведены к минимуму ударные нагрузки и появление растягивающих напряжений. Механическая прочность стекла довольно высока. Так, кварцевое стекло имеет предел прочности при сжатии в пределах
350–650 МПа, а при изгибе около 220 МПа. Оно является незаменимым материалом при изготовлении химически стойкой аппаратуры, трубопроводов и других изделий, работающих в агрессивных средах. Стекло используется также при изготовлении стекловолокна и пластмасс. При диаметре волокна
3–4 мкм прочность стекловолокна при растяжении достигает колоссального значения – 37 000 МПа! Промышленностью изготавливается также пленочное и чешуйчатое стекло, используемое большей частью при производстве пластмасс – стеклотекстолитов. Предел прочности стеклотекстолитов при растяжении достигает 250 МПа. Важным их свойством является светопрозрачность.