Презентация "Конструкционные материалы применяемые в космической промышленности и народном хозяйстве"

• Конструкционные материалы применяемые в космической промышленности и народном хозяйстве

• Целью моей работы является изучение новых композиционных материалов используемых в космической индустрии и других отраслях народного хозяйства и выявить экономическую эффективность их применения.

Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия.

• Композиционный материал – конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы в виде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала.

• Комбинируя объемное содержание компонентов, можно получать композиционные материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.

Композиционные материалы состоят из металлической матрицы (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы). Металлическая матрица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое.

• Типы композиционных материалов.
• 1. Композиционные материалы с металлической матрицей.

• 2. Композиционные материалы с неметаллической матрицей.

Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов, их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними.

• Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

• 2.1. Волокнистые композиционные материалы.
• Часто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон.

Использование в качестве упрочняющих фаз стабильных тугоплавких соединений (оксиды тория, гафния, иттрия, сложные соединения оксидов и редкоземельных металлов), не растворяющихся в матричном металле, позволяет сохранить высокую прочность материала. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.

• 2.2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы.
• В отличие от волокнистых композиционных материалов в дисперсно-упрочненных композици-онных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций.

Стекловолокниты – это композиция, состоящая из синтетической смолы, являющейся связующим, и стекло-волокнистого наполнителя. В качестве наполнителя применяют непрерывное или короткое стекловолокно.

• 2.3. Стекловолокниты.

Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции, состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей в виде углеродных волокон (карбоволокон).

• 2.4. Карбоволокниты.

Коксованные материалы получают из обычных полимерных карбоволокнитов, подвергнутых пиролизу в инертной или восстановительной атмосфере.

• 2.5. Карбоволокниты с углеродной матрицей.

Бороволокниты представляют собой композиции из полимерного связующего и упрочнителя – борных волокон.

• 2.6. Бороволокниты.

Органоволокниты представляют собой композиционные материалы, состоящие из полимерного связующего и упрочнителей (наполнителей) в виде синтетических волокон.

• 2.7. Органоволокниты.

Области применения композиционных материалов не ограничены. Они применяются в авиации для высоконагруженных деталей самолетов (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей и т. д.) и двигателей (лопаток компрессора и турбины и т. д.), в космической технике для узлов силовых конструкций аппаратов, подвергающихся нагреву, для элементов жесткости, панелей, в автомобилестроении для облегчения кузовов, рессор, рам, панелей кузовов, бамперов и т. д., в горной промышленности (буровой инструмент, детали комбайнов и т. д.), в гражданском строительстве (пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных сооружений и т. д.) и в других областях народного хозяйства.

• Область применения композиционных материалов.

• Карбоволокниты с углеродной матрицей заменяют различные типы графитов. Они применяются для тепловой защиты, дисков авиационных тормозов, химически стойкой аппаратуры.

• Композиционные материалы с неметаллической матрицей, а именно полимерные карбоволокниты используют в судо- и автомобилестроении (кузовагоночных машин, шасси, гребные винты); из них изготовляют подшипники, панели отопления, спортивный инвентарь, части ЭВМ.

• Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космической технике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов и трансмиссионные валы вертолетов и т. д.).

Стеклопластики применяют как конструкционный и теплозащитный материал при производстве корпусов лодок, катеров, судов и ракетных двигателей, кузовов автомобилей, цистерн, рефрижераторов, радиопрозрачных обтекателей, лопастей вертолётов, коррозионностойкого оборудования и трубопроводов, небольших зданий, бассейнов для плавания и др., а также стеклопластик используется как электроизоляционный материал в электро- и радиотехнике. Из углепластика делают носовые обтекатели ракет, детали скоростных самолетов, подвергающиеся максимальным аэродинамическим нагрузкам, сопла ракетных двигателей и прочее.

• Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электрорадио промышленности, авиационной и космической технике, автостроении; из них изготовляют трубы, емкости для реактивов, покрытия корпусов судов и другое.

• Для производства бамперов, панелей приборов, обивки дверей и других деталей используют такие материалы, как древесно-наполненный полипропилен, модифицированный полипропилен и другие.

В качестве рекламы композиционных материалов в США был изготовлен самолет «Вояджер»,практически полностью изготовленный из армированных пластиков. Этот самолет облетел вокруг Земли без посадки. Применение композиционных материалов обеспечивает новый качественный скачек в увеличении мощности двигателей, энергетических и транспортных установок, уменьшении массы машин и приборов. Среди новых материалов, активно завоевывающих автомобилестроение, следует назвать пеноалюминий - чрезвычайно легкий, жесткий, с высоким энергопоглощением при столкновении. Сегодня он уже применяется и в отечественном самолетостроении. Металлические пенистые структуры обладают и высокими характеристиками, обеспечивающими шумоизоляцию и термостойкость. Правда, пока стоимость деталей из такого материала выше, чем у стальных, примерно на 20%.

• Использование алюминиевых листов со вспененным алюминием в промежутках делает кузов автомобиля на 50% легче и в 10 раз прочнее кузова из стали.

Замены металлических узлов и деталей на пластиковые композиционные материалы позволили уменьшить стоимость их производства. В результате уже на нынешнем этапе создаются условия для снижения себестоимости автомобиля на 20 - 30%.

• Эффективность применения композиционных материалов подтверждена на многих примерах. Скажем, облицовка корпуса двигателя и коробки передач грузового автомобиля из стеклонаполненного полиуретана массой 7, 5 кг изготавливается всего за 189 секунд. А днище кузова, ранее включавшее сто деталей и узлов, заменено одним полиуретановым модулем со снижением массы на 30%.

• В ракетостроении применение зеркал антенных конструкций из углепластика при массе до 15 кг обеспечит разрушающую нагрузку 900 кгс при сроке службы не менее 20 лет. Сотовые материалы (трехслойные) из углепластика в несущих элементах конструкций в сравнении с однослойными (монолитными) при заданных условиях эксплуатации и увеличении нагрузок при заданной массе элемента обеспечат: снижение массы элемента конструкции на 40...50 % и повышение его жесткости на 60...80 %; повышение надежности на 20...25 % и увеличение гарантийного срока на 60...70 % .

• Когда говорят о практической пользе космонавтики, чаще всего вспоминают о спутниках связи, погоды - то есть только о непосредственном применении космической техники. Между тем материаловедческие вопросы дают не меньше неожиданных на первый взгляд ответвлений, позволяющих с успехом применять передовые космические материалы в народном хозяйстве.