Композитные материалы в военном деле

Композитный материал, представляет собой два или более различных по свойствам материала, с помощью физических или химических методов, в макро (микроскопический) состав с новыми свойствами материала.Различные материалы при исполнении учитывают сильные и слабые стороны друг друга, в результате чего достигается синергетический эффект, так что комплексные характеристики композитного материала оказываются лучше, чем у исходного состава материала, что позволяет удовлетворить самые разные требования.Количество композитных материалов стало важным символом передовой военной техники.Возникновение композитных материалов обогатило семейство современных материалов.В частности, появление высокопрочных, высокомодульных, с низким удельным весом композитов, армированных углеродным волокном, сделало их одним из важнейших кандидатов для различных видов военной и гражданской техники.

Классификация композитных материалов
1. по категории матричных материалов композиты можно разделить на металлические, органические неметаллические и неорганические неметаллические, например, композиты на основе смолы, алюминия и титана;

2. по форме армирующих материалов композиты можно разделить на армированные волокнами, армированные частицами, армированные штапельными волокнами, армированные листами и т.д., например, углеродные нанотрубки, композиты на основе углеродных волокон и т.д;

3. в соответствии с функцией материалов, композиты можно разделить на структурные композиты, функциональные композиты и интеллектуальные композиты, такие как проводящие композиты, оптические волокна, сплавы с памятью формы и так далее.
Характеристики композитных материалов
Композитные материалы могут улучшить или преодолеть слабость одного материала, в полной мере использовать преимущества каждого материала и придать материалу новые свойства.Могут соответствовать структуре компонента и силовым требованиям, давать заранее определенное распределение разумных несущих свойств, наилучшим образом выполнять конструкцию материала и т.д..Конкретно проявляется в:

1. высокая удельная прочность и высокий удельный модуль упругости.Выдающимся преимуществом композитных материалов является высокая удельная прочность и удельный модуль.Например, удельный модуль у композитов из смолы, армированной углеродным волокном, в 5 раз выше, чем у стали и алюминиевого сплава, а удельная прочность более чем в 3 раза выше, чем у стали и алюминиевого сплава.

2. высокая усталостная прочность.Волокнистые композиты, особенно композиты на основе смолы на надрезе, чувствительность к концентрации напряжения мала, и интерфейс между волокном и матрицей может сделать кончик расширенной трещины тупым или изменить направление, то есть предотвратить быстрое расширение трещин, и, таким образом, усталостная прочность высока, углеродное волокно ненасыщенной полиэфирной смолы композитного материала предел усталости может быть до 70% до 80% от прочности на растяжение металлического материала составляет всего 40% до 50%.

3. сильное сопротивление разрушению.Волокнистые композиты имеют большое количество независимо существующих волокон, как правило, от тысяч до десятков тысяч корней на квадратный сантиметр, за счет жесткости матрицы, чтобы объединить их в единое целое, когда волокна композитного материала компонентов из-за перегрузки или других причин, так что несколько волокон сломать, нагрузка будет перераспределена на другие волокна, которые не сломаны, так что компоненты не происходит в короткий промежуток времени, внезапное разрушение.

4. Хорошие показатели демпфирования вибрации.Частота автоколебаний конструкции связана с массой и формой самой конструкции и пропорциональна квадратному корню из удельного модуля материала.Если частота автоколебаний материала высока, это позволяет избежать резонанса в рабочем состоянии и раннего разрушения, вызванного им.

5. хорошая устойчивость к высоким температурам и сильное сопротивление ползучести.Поскольку волокнистый материал может сохранять высокую прочность при высокой температуре, термостойкость композитов, армированных волокном, например композитов на основе смолы, армированной углеродным волокном, значительно выше, чем у композитов на основе матрицы смолы.Композиты с металлической матрицей демонстрируют превосходство в теплостойкости, например, прочность алюминиевого сплава быстро снижается с повышением температуры, в то время как композиты с алюминиевой матрицей, армированные кварцевым стеклом, могут сохранять 40% прочности при комнатной температуре ниже 500°C.Волокно карбида кремния, глиноземное волокно и керамический композит в воздухе выдерживают высокие температуры 1200 ~ 1400°C.

6. хорошая коррозионная стойкость.Многие виды композитных материалов устойчивы к кислотной и щелочной коррозии, могут быть использованы для производства сильных кислот, солей, эфиров и некоторых растворителей химических трубопроводов, насосов, клапанов, контейнеров и мешалок и другого оборудования.

7. отличное снижение трения, износостойкость, самосмазывание.Поскольку процесс производства композитных компонентов прост и демонстрирует хорошие технологические характеристики, они подходят для интегрального формования.При изготовлении композитного материала также получаются готовые детали, что позволяет сократить количество деталей, крепежа и соединений.

Следующая статья «Разработка и применение композиционных материалов в аэрокосмической и оборонной промышленности«