Materialele compozite sunt amestecuri de materiale asociate pentru a îndeplini o anumită caracteristică. Combinaţia poate cuprinde materiale de acelaşi tip, de exemplu două metale care au în stare solidă structuri net diferite sau materiale diferite ca de exemplu sticlă şi plastic.
Principalele clase de materiale care se utilizează la obţinerea de compozite sunt:
- metalele,
- polimerii şi elastomerii,
- sticlele şi ceramicile.
Obţinerea acestor materiale a fost dictată de considerente practice deoarece, prin reunirea mai multor componente se pot atinge asociaţii unice de proprietăţi, de exemplu rigiditate mare şi densitate mică. Proprietăţile materialelor compozite pot fi reglate pentru orice valoare, într-un domeniu larg, prin ajustarea compoziţiei lor. De cele mai multe ori proprietăţile materialelor compozite sunt superioare proprietăţilor componentelor individuale ca urmare a fenomenului de sinergie.
Majoritatea compozitelor sunt formate dintr-o fază continuă, majoritară, numită matrice şi o fază minoritară. Faza minoritară poate avea geometrie tridimensională (pulberi, particule poliedrice sau corpuri rotunde), bidimensională (lamele, laminate) sau unidimensională (fire, fibre sau filamente). Materialele de formă tridimensională au primit denumirea de umpluturi disperse iar laminatele şi fibrele denumirea de agenţi de ranforsare.
O fibră se defineşte ca fiind un material sub formă de filament(e), cu o lungime mai mare decât 100 mm şi un raport de formă, lungime / diametru, mai mare de 10. Ele pot fi amorfe, monocristaline sau policristaline. În funcţie de lungimea lor fibrele pot fi scurte, numite şi fibre discontinue cu raportul de formă de la 10 la 10 000 sau lungi (fibre continue), cu raportul de formă peste 10 000.
O categorie aparte de agenţi de ranforsare sunt particulele monocristaline, cu diametre sub 1mm şi raport de formă de 10…20, numite microfibre (whiskers). Datorită dimensiunilor lor reduse acestea posedă un grad înalt de perfecţiune structurală şi chimică, valori foarte ridicate pentru rezistenţă, modul elastic şi alungire la rupere. Tot datorită dimensiunilor acestea pot prezenta un potenţial pericol pentru sănătate, în procesele de fabricaţie, deoarece sunt uşor de inhalat.
Clasificarea compozitelor în funcţie de natura lor se face având în vedere materialul matricei. Există compozite polimerice, compozite metalice, compozite ceramice.
Corelarea proprietăţilor unei compozite cu structura ei (matricea, natura şi tipul umpluturii) fac obiectul de studiu al micromecanicii.
Performanţele materialelor compozite asociate cu costurile nu foarte ridicate implicate de producerea lor şi cu gradul mult redus de poluare pe care îl induc datorită posibilităţilor de reciclare, fac din ele, cu certitudine, materialele viitorului, studiate, dezvoltate şi îmbunătăţite în prezent.
În Fig. 3.2 este prezentat schematic aspectul unei compozite ranforsate cu fibre:
|
|
Fig. 3.2. Secţiune transversală printr-un material compozit fibros, metal - SiC |
În decursul obţinerii la fel ca şi în timpul utilizării lor, materialele compozite pot fi supuse operaţiilor de distrugere: (micro)fisurare, delaminare, rupere. Cea mai sensibilă regiune de unde se iniţiază aceste fenomene este interfaţa matrice / material de umplutură de aceea pentru a preîntâmpina apariţia fenomenelor nedorite ca şi pentru a controla într-un grad mai mare proprietăţile materialului se practică acoperirea materialului de umplutură cu un film cu caracteristici cunoscute.
