Kompozitni materijali (“Kompoziti”)
Školska god. 2009./10.
Zdravko Schauperl
Sadržaj: Definicija Svojstva Podjela Mjesta i karakteristike primjene Proizvodnja Konstrukcije
Kompozitni materijali
1
Uvod Kompozitni materijali ili kompoziti su dobiveni umjetnim spajanjem dvaju ili više kemijski različitih materijala s jasnom granicom izmeñu njih.
Heterogeni materijali koji se sastoje od više materijala a s ciljem dobivanja materijala takvih svojstava kakva ne posjeduje niti jedna komponenta sama za sebe. Kompozitni materijali
Zašto kompoziti? Prednosti nad “tradicional “tradicionalnim” nim” konstrukcijskim materijalima: Mehanička svojstva (specifična čvrstoća, krutost) Otpornost na koroziju Održavanje Vijek trajanja “Dizajniranje” “Dizaj niranje” svojs svojstava tava
Kompozitni materijali
2
Stanje na tržištu SAD 2001. godine
2008. godine
Izvor: Izvor: SPI SPIComposites CompositesInstitute Institute
Kompozitni materijali
Kompozitni materijali
3
Uvod
+
Matrica
=
Ojačalo
Kompozit
Opeke, beton, tvrdi metal Kompozitni materijali
Uloga matrice: – Pov Povezu ezuje je vla vlakna kna – Prenosi optereć opterećenje enje na vlakna vlakna – Zaštić Zaštićuje uje vlakna vlakna od okolnih utjecaja utjecaja i oštećenj oštećenja a
Zahtjevi na matricu: – Otp Otporno ornost st na korozi koroziju ju – Poboljš Poboljšana ana svojstva svojstva u poprečnom poprečnom smjeru smjeru – Poboljš Poboljšavanje avanje žilavosti žilavosti cijele cijele konstrukcij konstrukcije e – Ne smije smije kemijski kemijski reagirati reagirati s vlaknom vlaknom – Mor Mora a prianja prianjatiti uz vlakn vlakna a Kompozitni materijali
4
Uloga ojačala: – Vis Visoka oka čvr čvrsto stoća ća – Vis Visok ok modul modul elas elastič tičnos nostiti - krut krutost ost – Ostala zahtje zahtjevana vana svojst svojstva va (topli (toplinska nska vodlj vodljivost, ivost, otpornost na trošenje…) Ukupno ponašanje kompozita ovisi o: – svojst svojstvima vima matri matrice ce i ojačal ojačala, a, – veliči veličini ni i rasporedu (raspodjeli (raspodjeli)) konstituenata konstituenata,, – volumno volumnom m udjelu udjelu konsti konstituenat tuenata, a, – obl obliku iku konstit konstituena uenata, ta, – prirodi i jakost jakostii veze meñu meñu konstituenti konstituentima. ma. Kompozitni materijali
Kompozitni materijali
5
Podjela kompozita
Materijal matrice Metalna Keramička Polimerna (Ugljik)
Oblik ojačala Čestice Vlakna
ugljik-uglj ugljikugljik ik kompoz kompoziti iti (do 1700 °C, a kratkotrajno kratkotrajno do 2700 °C).
Kompozitni materijali
Kompoziti ojačani s česticama Disperzije (promjer do 0,1 µm) Velike čestice (promjer od 0,1 µm) Al2O3, SiC, BN, ZrO2, TiC, ThO2, SiO2, WC, B4C
Veličina čestica Volumni udio Razmak izmeñu čestica Cu kompoz kompozitit ojača ojačan n dispe dispergira rgiranim nim česticama B4C Kompozitni materijali
6
Kompoziti s česticama Disperzije (do 0,1 µm) Sustav
Primjena
Ag-CdO
Električni konta kontakti kti
Al-Al2O3
Nuklearni Nuklea rni reakto reaktori ri
Be-BeO
Svemirska Svemir ska tehn tehnika ika i nuklearni nuklearni reaktori
Co-ThO2, Y2O3
Magnetski Magn etski mater materijali ijali posto postojani jani puzan puzanju ju
Ni-20 %Cr-ThO2
Dijelovi Dijelo vi turbina
Pb-PbO
Ploče akumu akumulatora latora
Pt-ThO2
Električne kompo komponente nente
W-ThO2, ZrO2
Grijači
Velike čestice: tvrdi metali, abrazivne ploče, električni kontakti (W+Ag) Kompozitni materijali
Kompoziti Kompoz iti ojač ojačani ani s vlaknim vlaknimaa Viskeri Vlakna Žice TiB viskeri
Viskeri: monokristali, veliki omjer duljina/promjer, pravilna graña, Rm, najčvršći poznati materijal, cijena (grafit (ugljik), silicijev karbid, silicijev nitrid, aluminijev oksid) Vlakna: polimerna i / ili keramička, polikristalna ili amorfna Žica: čelik, Mo, W, relativno veliki promjer, aut. gume, cijevi,
7
Materijal
Gustoća, kg/m3
Vlačna čvrstoća, N/mm2
Specifična čvrstoća, (x106m2/s)
Modul Specifični elastičnost modul, i (x103m2/s) 2 kN/mm
Viskeri Grafit
2200
20700
9,1
700
318
Vlaknima ojačani kompoziti
Silicije Silicijevv nitrid nitrid (Si3N4)
3200
5000...7000
1,56…2,2
350...380
109...118
Alumin Aluminijev ijev oksid oksid (Al2O3)
4000
10000...20000
2,5…5,0
700...1500
175...375
Silicije Silicijevv karbid karbid (SiC) (SiC)
3200
20000
6,25
480
150
Aluminijev Aluminijev oksid
3950
1380
0,35
379
96
Aramid (Kevlar (Kevlar 49)
1440
3600...4100
2,5...2,85
131
91
Ugljik
1780...215 0
1500...4800
0,70...2,70
228...724
106...407
E-staklo
2580
3450
1,34
72,5
28
Bor
2570
3600
1,40
400
156
Silicijev Silicijev karbid karbid
3000
3900
1,30
400
133
PE-UHMW (Spectra 900)
970
2600
2,68
117
121
Vlakna
a
Metalne Metalne žice Visoko čelikMo, čelik, Žica:čvrsti Molibden Volfram
7900 2390 promjer, 0,30 W, relativno veliki aut. gume,210 cijevi,
26,6
10200
2200
0,22
324
31,8
19300
2890
0,15
407
21,1
Karakteristike vlaknima ojačanih kompoziti Omjer duljina promjer Volumni udio vlakana Usmjerenost (raspored) vlakana Svojstva vlakana Svojstva matrice
Kompozitni materijali
8
Kompozitni materijali
Usmjerenost (orijentacija)
Raspored ojača Raspored ojačavala vala (a) kontin kontinuirana uirana jedno jednosmjer smjerna na vlakna, (c) ortog ortogonaln onalno o raspor rasporeñena eñena vlakna vlakna,,
(b) slučaj slučajno no usmje usmjerena rena diskontinu diskon tinuirana irana vlakna vlakna,, (d) višesm višesmjerno jerno usmje usmjerena rena vlakna Kompozitni materijali
9
Ponašanje jednosmjerno ojačanog polimera s vlaknima
Kompozitni materijali
Vrste vlakna STAKLENA ARAMIDNA UGLJIČNA KERAMIČKA POLYETHYLENE
NYLON POLYPROPYLENE
POLYESTER
Specifični modul, specifična čvrstoća, žilavost, radna temperatura…
Kompozitni materijali
10
Staklena vlakna 90% svih vlakana kod PK Promjer: 3-20µm, Jeftina proizvodnja, relativno dobra specifična čvrstoća, kemijska postojanost A-staklo (visoko alkalno, dobra dobra kemijska otpornost, slaba el. svojstva) C-staklo (specijalan sastav za izuzetno agresivne agresivne kemikalije) E-staklo (>50% svih stakl.ojačala, dobra čvrstoća, otpornost na utjecaj utjecaj morske vode-brodogradnja) S-staklo (čvrstoća 30% veća od E-stakla, bolja bolja Rd, 3-4x skuplje od E-stakla) D-staklo D-stak lo (nisk (niska a dielektrična dielektrična konsta konstanta, nta, loša loša meh svojst svojstva) va) o T-staklo T-sta klo (do 1050 C, viša viša Rm i E)
Kompozitni materijali
Kompozitni materijali
11
Kompozitni materijali
Aram Ar amid idna na vlak lakna na 1965. god – DuPont, (aromatski (aromatski PA) 1970. god – komerc komercijaln ijalna a primjena Kevlar 49 (29, 149...), 149...), Twaron Različite vrste Različite vrste – razli različita čita svojstva svojstva ali ali svi visok visok Rm – preko 3000N/m 3000N/mm m2 ρ=1,44g/cm3; Rd, žilavost. Otpornost na abraziju, dobra kemijska i toplinska postojanost. Degradacija (spora) kod UV zračenja Tlačna čvrstoća lošija od staklenih i ugljičnih vlakana, slaba adhezija sa matricom, higroskopan, skuplji od stakl. vlakana Nije krhak krhak – tkani tkanine ne aramid+fen arami d+fenolne olne smole Kompozitni materijali
12
Balistika
13
Kablovi od optičkih vlakana Twaron preña kao zaštita optičkih optičkih vlakana vlakana od mehaničkog opterećenja
Gumeni proizvodi • Visoka Visoka čvrsto čvrstoća ća i dinam dinamička ička izdr izdržlji žljivo vost st • Tem Temper peratu aturna rna pos posto tojan janost ost • Ke Kemi mijsk jska a pos posto toja jano nost st
14
Zrakoplovstvo
– Airbus (fair (fairings) ings) – Boeing (ducts,rado (ducts,radomes) mes) – Euro Eurocop copter ter (Ti (Tiger) ger) – MD (Apache (Apache)) – LD3 (KLM, (KLM, SAS,……) SAS,……) – Engine containmen containmentt belts
KOMPONENTE
15
Zaštita od potresa/obnova zgrada
Ugljična vlakna 1958. god - Union Carbid Carbide e Parma Techn Technical ical Cente Center, r, Clevel Cleveland, and, Ohio 1970. god – komercijalna primjena (85% C atoma) atoma) Promjer niti 5-10 µm - uglav uglavnom nom C-atomi, C-atomi, relativno relativno pravilno pravilno složeni u kristalnoj kristalnoj rešetci
Kompozitni materijali
16
Ugljična vlakna 1958. god - Union Carbid Carbide e Parma Techn Technical ical Cente Center, r, Clevel Cleveland, and, Ohio 1970. god – komercijalna primjena (85% C atoma) atoma) Promjer niti 5-10 µm - uglav uglavnom nom C-atomi, C-atomi, relativno relativno pravilno pravilno složeni u kristalnoj kristalnoj rešetci
Kompozitni materijali
Ugljična vlakna Toplinska piroliza POLYACRYLONIT POLYACRYLONITRIL RIL (PAN), polimer baziran na ACRYLONITRILU ACRYLONITRILU
Rm= 5.600 N/mm2
E= 530.000 N/mm2
17
Ugljična vlakna Usporedba mehaničkih svojstva standardnih ugljičnih vlakna s čelikom povišene čvrstoće
Materijal
Vlačna čvrstoća (GPa)
Modul elastičnosti (GPa)
Gustoća (g/cm3)
Specifična čvrstoća (GPa)
3.5
230.0
1.75
2.00
1.3
210.0
7.87
0.17
Ugljična vlakna (Standard Grade) Čelik povišene čvrstoće standardni modul (220GPa) srednji modul (240GPa) visoki modul (300GPa) ultravisoki ultra visoki modul (>500G (>500GPa) Pa)
Toplinska vodljivost značajno bolja nego kod Cu + odgovarajuća matrica = najbolja korozijska postojanost Žilavost slabija nego kod staklenih ili aramidnih aramidnih vlakana Najveći specifični modul i visoka specifična čvrstoća
18
SPORT
19
Keramička vlakna Za kompozite otporne na visoke temperature (preko 1000 1000 oC) Za izradu MMC Neoksidna Neoksi dna keram keramika ika - na osnovi osnovi SiC, Al (Al2O3, AlSi…) Oksidn Oks idna a ker kerami amika ka - ytt yttriu rium m alu alumin minium ium gar garnet net (Y (YAG) AG) (Y3Al5O12)
W – jezgra jezgra,, a oko nje SiC (CVD) (CVD)
SVOJSTVA VLAKANA
20
SVOJSTVA KOMPOZITA
Hibridni kompoziti Ugljik / Arami Ugljik Aramid d Dobra žilavost+vlačna čvrstoća od aramida Tlačna i vlačna čvrstoća od ugljičnih vlakana Nisko gustoća ali relativno visoka cijena Aramid Aram id / Stakl Staklo o Mala gustoća, žilavost, vlačna čvrstoća od aramida. Tlačna i vlačna čvrstoća od stakla Niska cijena!! Ugljik / Ştaklo Tlačna i vlačna čvrstoća, čvrstoća, krutost, gustoća - ugljik Dobra svojstva svojstva,, cijena - staklo Niska cijena!! Kompozitni materijali
21
Tvornička ojačala Proizvodnja spojenih dugih C, S, A vlakana s ciljem proizvodnje jednoslojnih ili višeslojnih ploča (tkanina)
Jednosmjerna (unidirekcijski) Pletiva
Kompozitni materijali
Sendvi Sen dvičč kon konstr strukc ukcije ije “Strukturni kompoziti”: Ne ovise o svojstvima matrice i ojačala već i o geometrijskom rasporedu elemenata konstrukcije Savojna Sav ojna čvr čvrsto stoća ća grede grede – E*I3
a
I = b a 3 /12,
(b je dubina).
Relativna krutost Relativna čvrstoća Relativna masa
Tanka kora–jezgra preuzima preuzima tlačna opterećenja! opterećenja! – meh. Svojstva jezgre!
22
(folija) = krut, Paneli u brodogradnji npr. jezgra– saće; izvana Al lim (folija) čvrst, lagan konstrukcijski materijal
Kompozitni materijali
Jezgra Pjene (PVC, PS, PU, PEI polieterimid, akrilne pjene) U primjeni gustoće od 40-200kg/m 3 Debljine od 5-50mm Saće (Al, Nomex Nomex – arami aramid, d, ABS, ABS, Polikarbona Polikarbonat, t, PP, PE) Al – najbolja specifična čcrstoća, opasnost od galvanske galvanske korozije Nomex – otpo otpornost rnost na požare požare (avio (avioni) ni) Plastomeri Plasto meri – mogućn mogućnost ost recikl recikliranja iranja Drvo (Balza, cedar)
Kompozitni materijali
23
Predviñanje svojstava Vlak (vlačna čvrstoća ojačala) Tlak (adhezija, krutost matrice)
Smik (matrica prenosi naprezanje kroz kompozit, adhezija, krutost matrice) Savijanje (kombinacija vlak, tlak, smik)
Kompozitni materijali
Zakon miješanja: ρ ρ ρ ρ c = ρ ρ ρ ρ v ⋅ V v + ρ ρ ρ ρ m ⋅ V m
Opterećenje paralelno sa vlaknima (iso-strain):
E c = E v ⋅V v + E m ⋅V m Opterećenje okomito na vlakna (iso-stress):
E c =
E m ⋅ E f E f ⋅V m + E m ⋅V f Kompozitni materijali
24
Poliesterska smola ojačana je sa staklenim vlaknima čiji je volumni udio 60%. Izračunajte Izraču najte modul elastičnost elastičnostii kompozita kompozita u smjeru vlakana. Em = 6,9 x 103MPa Est.vl. =72,4 x 103MPa (rezultat: Ec. =46,2 x 103MPa)
Kompozitni materijali
Proizvodnja kompozitnih dijelova – Ručno polaganje – Obl Obliko ikovan vanje je naštrc naštrcavan avanjem jem – Pu Pult ltru rudi dira ranj nje e – Ubr Ubrizg izgavan avanje je smole smole u kalup (RTM (RTM - res resin in tra transfe nsferr mouldin moulding) g) – Nama Namatan tanje je (fil (filamen amentt win windin ding) g) – Pr Pre epre reg g
25
Ručno polaganje Vlakna povezana u tkanja različitog oblika stavljaju se u kalup. Na njih se nanosi smola koja se impregnira u ojačanja pomoću valjaka ili kistova. Do skrućivanja dolazi pri atmosferskim atm osferskim uvjetima.
Prednosti: vrlo jednostavan jednostavan postupak postupak koji se primjenjuje primjenjuje već dulje vrijeme, malen trošak izrade alata, veliki izbor vrste materijala i dobavljača, udio vlakana je veći i vlakna su dulja nego u slučaju polaganja naštrcavanjem.
Nedostaci: kvaliteta postupka u velikoj mjeri ovisi o umješnosti radnika. Teško proizvesti proizvesti kompozite s malim udjelom smole smole bez pukotina. pukotina. Koriste se smole male viskoznosti što znatno utječe na svojstva.
26
Naštrcavanje Vlakno ulazi u ručni pištolj u kojem se sječe na manje komadiće i dodaje u struju zraka i tekuće smole. Takva se mješavina mješavina naštrcava naštrcava u kalup gdje se i skrućuje u atmosferskim uvjetima. Kao materijal matrice se uglavnom koriste poliesteri, dok se za ojačanje koriste isključivo staklena vlakna.
27
Prednosti: široka primjena primjena postupka postupka već niz godina, godina, vrlo jeftin način taloženja vlakna i smole, mali trošak izrade alata. Nedostaci: sadrže nešto veću količinu smole tako da imaju veću masu, za ojačanja se koriste samo kratka i sječena vlakna, tako da konačni proizvod ima ograničena mehanička svojstva, smola moraju imati malu viskoznost kako bi se mogle naštrcavati, a to najčešće ide na štetu mehaničkih i toplinskih svojstava,
Kalupi za ručno polaganje / naštrcavanje
28
Pultrudiranje
Osnovne karakteristike : Ujednačen presjek Kontinuirana dužina Anizotropnost Mogući komplicirani oblici profila Hibridna ojačala
Pultrudiranje Prednosti: brz, ekonomičan postupak homogen materijal i svojstva komplicirani profili
Nedostaci: anizotropnost visoka cijena alata
29
pultrudirani profili od polimernih kompozita u graditeljs graditeljstvu tvu
30
Ubrizgavanj Ubriz gavanjee smole smole u kalup kalup (Resin transfe transferr mouldi moulding ng - RTM) Predobl Pred oblik ik od vl vlaka akana na se pos posta tavl vlja ja u kalu kalup p (mo (mogu gu se stv stvor orititii raz različ ličititii obl oblici ici koj kojii se drže drž e vez vezivo ivom). m). Kalup Ka lup za zatv tvar ara a te se u nj njega ega ub ubri rizg zgav ava a smo smola la (m (mož ože e se kor koris istitititi i va vakuu kuum) m).. Nakon Na kon št što o je kalu kalup p po popun punjen jen za zatv tvar araju aju se mjes mjesta ta na ko kojim jima a je ubriz ubrizga gana na smo smola la i dola dolazi zi do skr skrući ućivan vanja ja na pov poviše išenim nim ili sobn sobnim im te tempe mperat ratura urama. ma. Mogu Mo gu se koris koristitititi go goto tovo vo sve vr vrst ste e ma matr tric ica a i vlakan vlakana. a.
Prednosti: proizvodnja kompozita s visokim udjelom vlakana i s niskim udjelom pukotina u materijalu, budući da je smola zatvorena u kalup, ne predstavlja opasnost za okolinu, puno bolji izgled površine. Nedostaci: skup i težak alat, proizvodnja je ograničena na manje komade, mogu se pojaviti mjesta na proizvodu koja nisu popunjena smolom, što zahtjeva dodatnu kontrolu i potencijalni otpad.
31
DRUGI PROCESI PROCESI UBRIZGAVANJA UBRIZGAVANJA – SCRIMP, RIFT, RIFT, VARM itd. Tkanja se polažu u kalup a na njih se stavlja površinski pokrov i pletivo. Pomoću vakuum pumpe se uklanja zrak, a zatim slijedi ubrizgavanje smole. Pletivo olakšava protok smole smole i vlanje ojačanja. Matrice: epoksidne epoksidne smole, poliesteri i vinil esteri. Kao ojačanja mogu poslužiti sve vrste vlakana.
Prednosti:
mnogo manji trošak izrade alat, budu ći da kao gornji dio kalupa slu ži pokrov iz kojeg se isisava zrak, moguća je proizvodnja dijelova velikih dimenzija, moguće je i korištenje alata koji se ina če primjenjuju u postupku ru čnog polaganja.
Nedostaci: izvoñenje procesa je relativno složeno, visk oznosti, moraju se koristiti smole male viskoznosti, moguća je pojava lokaliteta u koje nije impregnirana smola (otpad).
32
33
Namatanje (filament winding)
34
Prednosti:
vrlo brza i ekonomi čna metoda, može se regulirati udio smole na vlaknima, troškovi su manji zbog toga što se rabe pojedina čna vlakna, a ne tkanja mogu se dobiti odli čna mehanička svojstva kompozita ako se vlakna poslažu u smjeru djelovanja optere ćenja.
Nedostaci:
oblici proizvoda koji se dobivaju su ograni čeni (konveksni), oblike nije uvijek lagan lagan (npr uzdužno) , smještaj vlakana na razli čite oblike troškovi dijela na koju se namotava mogu biti visoki u slu čaju izrade velikih dijelova, vanjska površina proizvoda nije uvijek estetski prihvatljiva.
Namatanje (filament winding)
35
Namatanje (filament winding)
Spremnik od polimernog kompozita proizveden namatanjem
36
Prepreg Različita Različi ta vla vlakna kna ili tka tkanja nja se pre predim dimpre pregni gniraj raju u sa smol smolom. om. Tako dob dobiven ivenii obli oblici ci se najč najčešć ešće e za zamrz mrzava avaju ju kako bi se mog moglili skla skladiš dištit titii dulj dulje e vri vrijeme jeme.. Smo Smola la koji se koris kor istiti ni nije je po potp tpun uno o u kru kruto tom m st stan anju ju ta tako ko da je pr prep epre reg g na do dodi dirr ma malo lo lje ljepl pljiv jiv.. Nakon Nako n tog toga a se preprez preprezii strojn strojno o pol polažu ažu u kalup, kalup, vakuu vakuumsk mskii se pakira pakiraju ju i zagrijavaju zagri javaju na tempe temperatur raturu u 120-1 120-180°C. 80°C. Uz kemijske kemijske dodatke dodatke moguće moguće je sniziti temepratur temep raturu u skru skrućivan ćivanja ja na 60-100°C. Ako je za stv stvara aranje nje kom kompoz pozita ita potre potreban ban nešt ne što o vi viši ši tltlak ak sv sve e se to st stav avlja lja u aut autokl oklav avu u ko kojom jom je mo mogu guće će po post stić ićii tltlako akove ve do 5 atmosfera. Matrice: Matr ice: epoksid epoksidne ne smole, poliesteri poliesteri,, fenoli i visokotempera visokotemperaturni turni plasto plastomeri meri kao št što o su np npr. r. pol poliiiimid midi.i.
Prednosti:
moguće je vrlo precizno podešavanje udjela vlakana i smole, materijali su potpuno ekološki prihvatljivi, moguće je impregniranje i smola visoke viskoznost čime se značajno utječe na mehanička i toplinska svojstva kompozita, moguća je automatizacija cijelog procesa.
Nedostaci:
troškovi materijala su ve ći, autoklavama koje su prili prilično skupe i ograni čenih su materijal se skru ćuje u autoklavama dimenzija, proces se odvija na povišenim temperaturama tako da i to treba uzeti u obzir prilikom izbora materijala alata.
37
METALNI KOMPOZITI (MMC – Meta Metall Matri Matrixx Com Compos posite ites) s) Matrice: superlegure, legure aluminija, magnezija, titana i bakra čest stic ice e Ojačala: - če - kontinuirana vlakna (ugljik, silicijev karbid, bor, aluminij i tvrdi tvrdi metali) - diskontinuiranih vlakana i viskera (silicijeva karbida, sjeckana vlakna od ugljika i aluminija i čestice aluminija i karbida,dijamanti)
Prednosti:
vrlo visoka čvrstoća i krutost uz vrlo malu gustoću, visoka toplinska i električna vodljivost i niska toplinska rastezljivost, vrlo dobra otpornost na trošenje, vrlo dobra svojstva na visokim temperaturama.
Nedostaci:
komplicirana proizvodnja, vrlo visoka cijena - cijena će padati sa širenjem primjene, nedovoljno podataka o svojstvima materijala, vrstom još uvijek nema dovoljno smjernica za konstruiranje s ovom vrstom materijala, loša recikličnost.
38
Vlakno
Matrica
Volumni Gustoća, udio kg/m3 vlakna, %
Ugljično vlakno Vlakno bora
Al-legura Al-le gura 6061
SiC
Modul E , kN/mm2
R m, N/ N/mm mm2
41
2440
320
620
48
-
207
1515
50
2930
230
1480
Al2O3
Al-legura 380.0
24
-
120
340
Ugljično vlakno
Mg-legura AZ31
38
1830
300
510
“Borsic”
Titan
45
3680
220
1270
Označivanje: A / B / X p – I matrica oja čalo udio vrsta
Al 6061 / Al2O3 / 20p / T6 Al / Nextel Nextel 610 / 45f (Re = 1200 MPa)
39
Kompoziti s Al-matricom -najveći udio na tržištu
Utjecaj čestica TiB2 na mehanička svojstva MATERIJAL
E , GPa
R p0,2 ,MPa
R m ,MPa
A5 ,%
6061+0 %TiB 2
70
79
220
48
6061+6 %TiB 2
90
189
346
27
6061+12 %TiB 2
96
220
390
16
2618+0 %TiB 2
74
101
343
43
2618+8 %TiB 2
89
211
410
18
Kompoziti s Al-matricom Klipnjača napravljena od Al-legure ojačane s Al 2O3 česticama. Ona ima puno bolja mehanička svojstva i otpornost na umor od čelične klipnjače, a uz sve to ima i 42 % manju masu
Profili od Al-legure oja čane s grafitnim vlaknima. Imaju jednaku krutost kao i čelik, a masu manju od aluminija
Ventili automobilskog motora napravljeni od kompozita s Ti-matricom koja je ojačana SiC česticama
40
Zamašnjak napravljen od kompozita s Al-matricom i vlaknastih Al 2O3 ojačanja
Hondin blok motora napravljen napravljen od kompozita s Al-matricom i Saffil kratkih Al2O3 vlakana
Klip od kompozita Al-legura + Saffil vlakna
Dio konstrukcije konstrukcije Space Shuttle-a Shuttle-a napravljen od B/Al kompozita kojim se postigla ušteda u masi od 45 % u odnosu na Al legure
Al/SiC cilindar koji je ugrañen u bolide Formule 1
Umeci mjenja čke kutije koji služe za lokalno ojačanje, a napravljeni su od Mg-legure ojačane ugljičnim vlaknima
41
Space Shutt Shuttle: le: nosači (cijevi) u prostoru za teret 243 cijevi, cijevi, d = 25-92 mm l = 0,6-2,3 m 6061/B/50f - 145 kg manja masa po letjelici letjelici (u usporedbi sa sa Al)
Hubb Hu bble le te teles lesko kop p (4.3 (4.3 cm x 8. 8.6 6 cm x 2 m ): 6061/C/40f 40 % manja masa masa (u odnosu na Al) Al) (dimenzijska stabilnost – α)
42
KERAMIČKI KOMPOZITI (CMC (C MC – Ce Cera rami micc Ma Matr trix ix Co Comp mpos osit ites es)) stabilnost na ekstremno visokim temperatura temperaturama, ma, otpornost na toplinski šok, iznimna otpornost na koroziju, velika tvrdoća, mala masa.
Mana - sklonost krhkom lomu. Rješenje: keramička matrica + keramička ojačanja.
CMC sa Si CMC SiC C mat matri rico com m oj ojač ačan anog og s kontinuir konti nuiranim anim SiC vlak vlaknima nima Gustoća, kg/m3 Tlačna čvrstoća, MPa
2100 450
Vlačna čvrstoća, MPa
262
Smična čvrstoća, MPa
34
Modul elastičnosti, GPa
96
Toplinska vodljivost, 10-6/K
2,7
Toplinska rastezljivost, W/mK
1,32
43
Al2O3 matrica Al2O3 vlakna
Al2O3 matrica Al2O3 matrica
SiC (3µm) če čest stic ice e
C vlakna vlakna + Ni sloj sloj
Rezni alati napravlj napravljeni eni od kompozita kompozita s Al2O3 matricom i SiC viskerima Glave izmjenjivača topline napravljene od kompozita s Al 2O3 matricom koji je oja čan kontinuiranim vlaknima Kočni diskovi Porsche-a 911 Turbo napravljeni od kompozita sa SiC matricom koji je oja čan ugljičnim vlaknima
44
45