Structuri metalice compozite

Structuri metalice compozite

Compozitele sunt definite ca materiale multifazice in care fazele sunt separate printr-o interfata distincta. Materialele sunt legate pentru a se obtine o combinatie de proprietati care nu exista in materialele individuale. Se poate obtine in acest mod o combinatie de proprietati superioare ca: duritate, rigiditate, greutate specifica, rezistenta la coroziune.

Sub aspect structural compozitele sunt alcatuite din doua faze, legate interatomic intre ele:

matricea sau faza continua;

insertia care constituie ranfortul sau faza dispersata si este inglobata in prima.

In cazul compozitelor cu matrice metalica, acestea pot avea insertia formata din particule, fibre si lamele. Proprietatile materialelor compozite sunt determinate de structura lor si de legaturile intime (la nivel atomic sau molecular) dintre matrice si insertie.

1 Compozite cu matrice metalica si insertia din particule disperse

Asemenea materiale compozite se obtin prin tehnica inglobarii in masa matricei metalice, aflata intr-o stare tixotropica, a unor particule metalice sau nemetalice. Gradul de asimilare al particulelor si intensitatea legaturilor particula - matrice depinde de capacitatea de umectare a particulelor de catre metalul lichid.

Structura acestor compozite (fig. 2.25.) consta dintr-o masa metalica solidificata (matrice) in care sunt prezente - in proportii diferite (sub 10%) - particulele de masa dispersa.

In tabelul 2.6. se prezinta natura fazelor pentru compozitele cu particule disperse.

Tabelul 2.6. Materialele compozite cu matrice metalica si insertie cu particule

2 Compozite cu matrice metalica si insertie din fibre

Din punct de vedere structural aceasta grupa de materiale compozite se caracterizeaza prin compatibilitatea cuplului fibra - matrice sau compatibilitatea fizico - chimica a legaturii fibra - matrice.

Intr-un compozit cu o legatura puternica la interfata fibra - matrice, ansamblul se comporta solidar la sarcina aplicata, existand un transfer al sarcinii de la matrice la fibra. Definind gradul de transfer al sarcinii ca raportul intre modulul de elasticitate al fibrei E_f si al matricei E_m, iar gradul de durificare al compozitului ca fiind raportul s_{f /} s_m intre solicitarea mecanica a fibrelor si a matricei, se constata ca proportionalitatea intre aceste marimi depinde de volumul relativ al fibrelor si al matricei (V_f / V_m) din compozit:

Relatia de mai sus este reprezentata grafic in fig.2.26 sub forma diagramei Krock si semnifica urmatoarele aspecte:

imbinarea de materiale cu un grad de durificare s_f s_m subunitar nu poate forma un compozit eficient ;

imbinarea de materiale cu un grad de transfer de sarcini E_f / E_m subunitar de asemenea nu poate realiza un compozit superior ;

pentru realizarea gradului de durificare propus, proportia necesara de fibre in compozit trebuie sa fie cu atat mai mare cu cat gradul de transfer al sarcinii este mai mic.

In concluzie, numai materialele cu un raport al proprietatilor mecanice care le situeaza in afara zonelor punctate din diagrama Krock, pot forma compozite corecte. Structura de baza a unui material compozit cu fibre de carbon in matrice de nichel este prezentata in fig. 2.27.

O structura interesanta si foarte eficace de compozite cu fibre se realizeaza prin solidificarea unidirectionala a aliajelor de compozitie eutectica. In cazul aliajelor eutectice cu microstructura regulata, faza minoritara a eutecticului creste sub forma de fibre in directia gradientului termic; lichidul dintre fibre depune cealalta faza (matricea), care incorporeaza automat fibrele. Se obtine astfel un compozit perfect cu fibre nealterate la interfata fibre - matrice. Micrografia structurala pentru un asemenea compozit este prezentata in fig. 2.28.