Способы получения композиционных материалов

Способы получения композиционных материалов заключается в сочетании в едином материале свойств 2^х или более разнородных материалов, существенно отличающихся по своему составу, геометрической форме и свойствам.

Природные композиционные материалы чаще всего получаются при кристаллизации из расплава матрицы, которая захватывает пузырьки воздуха, жидкости или твердые фазы.

Искусственные композиционные материалы могут получать следующими методами:

1. Химический метод получения композиционных материалов (получают вяжущие, пеностекло и т.д.):

а) стеклообразованием;

б) кристаллизацией;

в) гальваностегией (покрыванием) и т.д.

2. Металлургический метод получения композиционных материалов. С его помощью получают все металлы.

3. С помощью перемешивания (бетон, раствор, стеклопластик, пластмассы и т.д.).

От чего зависят свойства композиционных материалов

1. От структуры и свойств матрицы, если матрица имеет плотную структуру и высокую прочность, то и композиционный материал будет обладать высокими прочностными свойствами и высоким коэффициентом конструктивного качества.

2. От агрегатного состояния второй фазы композиционного материала. Если вторая фаза находится в твердом состоянии, то композиционный материал будет обладать более высокими прочностными и деформационными свойствами. Если вторая фаза находится в жидком состоянии, то прочностные свойства композиционного материала будут снижаться, но будет повышаться электропроводность. Если вторая фаза будет находиться в газообразном состоянии, то при этом будет снижаться средняя плотность композиционного материала и его прочность, но будет повышаться теплоизолирующая способность.

3. От дисперсности (размер частиц) второй и третьей фаз. Чем тоньше дисперсность, тем меньше неоднородность, тем выше прочность композиционного материала.

4. Свойства композиционных материалов зависят от силы взаимодействия матрицы с поверхностью второй и третьей фаз. Если матрица химически взаимодействует со второй и третьей фазами, то в этом случае свойства композиционных материалов будут повышаться. Если матрица будет соединяться со второй фазой только физическими силами, то прочность композиционных материалов будут снижаться.

Материалы, используемые для получения композиционных материалов

В качестве матрицы для получения композиционных материалов могут использоваться минеральные и органические вяжущие, керамика, горные породы и т.д. В качестве второй и третьей фазы могут использоваться воздух, волокна стекла, ткани, фольга, песок и т.д.

Бетоны

Бетоны являются наиболее распространенными и наиболее изученными композиционными материалами, которые используются в различных отраслях строительства. На бетоне можно проследить и изучить все основные закономерности присущие композиционным материалам.

В настоящее время наиболее распространенными являются следующие классификации бетонов.

1. В зависимости от средней плотности все бетоны подразделяют:

а) особо плотные, т.е бетоны которые имеют ρ_ср > 2500 кг/м³;

б) тяжелые, бетоны, котоые имеют ρ_ср =1800─2500 кг/м³;

в) легкие ρ_ср = 500─1800 кг/м³;

г) особолегкие ρ_ср < 500 кг/м³.

2. В зависимости от используемого вяжущего:

а) цементные бетоны (портландцемент, быстротвердеющий цемент, сульфатостойкий портландцемент, гидрофобный, пластифицированный, глиноземистый, расширяющийся, напрягающий, пуццолановый, шлаковый и другие цементы);

б) силикатные бетоны (известково-кремнезёмистые);

в) смешанные бетоны (цементно-известковые, известково-шлаковые);

г) асфальтовые бетоны (битумы в качестве вяжущего);

д) полимерные бетоны (полимерные материалы или их добавки);

е)специальные бетоны, применяемые при наличии особых требований (жаростойкий, химически стойкий, для защиты от радиации и т. д.).

3. В зависимости от назначения:

а) конструкционные бетоны, т.е. бетоны, применяемые для изготовления несущих строительных конструкций;

б) гидротехнические бетоны, т.е. бетоны, которые применяются для строительства гидротехнических сооружений (каналы, дамбы, оросительные системы, берегоукрепительные сооружения, мосты и т.д.);

в) кислотостойкие бетоны, т.е. бетоны, которые хорошо эксплуатируются при воздействии концентрированных минеральных кислот, например в химической промышленности;

г) жаростойкие бетоны, т.е. бетоны, которые выдерживают длительное воздействие высоких температур (> 500 ºС);

д) бетоны для защиты от радиоактивного излучения;

е) дорожные (асфальтовые);

ж) специальные.

Исходя из классификации бетонов, можно сделать вывод, что бетон может эксплуатироваться только в строго заданных условиях эксплуатации (в запроектированных условиях). Поэтому при проектировании бетона необходимо особое внимание уделить выбору исходных материалов для изготовления бетона, который будет эксплуатироваться в определенных условиях.