Цели и задачи создания композиционных материалов (КМ)

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В широком смысле понятие композиционный материал (КМ) (его синонимами являются композит, композиция) – включает в себя любой материал с гетерогенной структурой (т.е. состоящий из двух и более фаз).

Такое определение позволяет отнести к числу КМ подавляющее большинство применяемых в технике материалов. Действительно, почти все металлические сплавы содержат несколько фаз, которые либо создаются намеренно, либо образуются в результате наличия в металле вредных примесей. Например, обычную сталь, согласно этому определению, можно рассматривать как КМ, состоящий из двух фаз – феррита и цементита. То же можно сказать о многих керамических и полимерных материалах. Понятие еще более расширится, если КМ рассматривать на молекулярном или атомном уровнях. В этом случае мы будем иметь дело с КМ из молекул или атомов. Значит, это определение КМ нуждается в уточнении, что мы и сделаем позже.

Первым создателем КМ была сама природа. Множество природных конструкций (стволы деревьев, кости животных, скелеты насекомых, зубы людей) имеют характерную волокнистую структуру.

Человечество еще на заре своего существования применяло принцип КМ в своих целях. Сооружая жилища, наши далекие предки в глину для кирпичей добавляли солому или тонкие стебли бамбука и получали армированный материал повышенной прочности. Они знали, что лук из нескольких слоев дерева прочнее лука, не имеющего в своей конструкции границ раздела.

Таких примеров можно привести много, однако это были хоть и удачные, но случайные находки.

Наука о КМ зародилась относительно недавно. Примером научного подхода к созданию КМ можно считать появление железобетона, гальванических покрытий и стеклопластиков.

Как известно, бетон отлично сопротивляется сжатию и плохо выдерживает растягивающие нагрузки. Композиция из бетона и стальной арматуры, обладающая высокой прочностью на растяжение, объединяет в одном материале положительные свойства обоих компонентов. Железобетон можно отнести к числу первых образцов армированной керамики.

С позиций современного материаловедения армированный композиционный материал принято определять как материал, состоящий из металлической или неметаллической матрицы (основы) с заданным распределением в ней упрочнителя (волокон, дисперсных частиц и др.), обеспечивающих эффективное использование индивидуальных свойств составляющих композиции.

Другое определение КМ выглядит так. Армированным композиционным считают такой материал, который:

а) создан человеком (в отличие от природных КМ);

б) состоит из двух или более компонентов, различающихся по химическому составу и разделенных границей;

в) имеет свойства, отличные от свойств компонентов;

г) имеет состав, форму и расположение компонентов, запрограммированные и полученные в процессе создания материала.