Постинг
16.01.2010 17:35 -
Явлението "Внедряване в Природата". Продължение 4
Автор: vestnitcibogomil
Категория: Технологии
Прочетен: 2305 Коментари: 0 Гласове:
Последна промяна: 16.01.2010 20:03
Прочетен: 2305 Коментари: 0 Гласове:
1
Последна промяна: 16.01.2010 20:03
Композиционни материали
Металните композиционни материали представляват съчетание на метал с различни компоненти: метали, интерметални съединения или втори фази, разположени по особен начин вътре в металната матрица, фиг.19.(фаза - хомогенна част в една хетерогенна система със собствени граници). Същността на композиционните материали и тяхната технология се състои във възможностите да се изменят свойствата на материалите, чрез "внедряване" в тях на определено необходимо количество твърди частици, еластични влакна или слоеве, разпределени и ориентирани по определен начин в матрицата, фиг.19. Керамиката и полимерите сами или в съчетание с метали покриват пълния спектър от свойства на всички композиционни материали. С цел да се изясни явлението "внедряване" ще бъдат нагледно описани само металните композити и композитите с метална матрица.
В зависимост от морфологията на съставящите фази, те се делят на дисперсионно уякчаващи се композити и композити формирани с частици, влакнести композити и слоести композити, фиг.19.
Дисперсионно уякчаващите композити и композитите с армирани частици съдържат "внедрена" втора фаза във вид на малки частици, безпорядъчно разпределени в матрицата, фиг.19а (размер на частиците < 1 μμ) . Матрицата е основен елемент, финодисперсната "внедрена" втора фаза създава препятствия при движение на дислокациите, подобно на внедряването на С и N - в твърдия разтвор или под формата на химически свързване, като фази на внедряване в железните сплави. Затова металната матрица следва да се уякчава или армира с частици в съотвествие с тяхната ефективност в качеството им на бариери при движение на дислокациите. Всичко това е свързано с повишаване на механичните показатели и с намаляване на деформацията на матрицата.
В слоестите или ламеларни композитни материали, вторите компоненти и фази са двумерни, фиг.19в. Те също могат да бъдат непрекъснато или дискретно разположени и ориентирани в матрицата. Тези различни типове микроструктури могат да получат субмикроскопически, микроскопически и макроскопически размери на съставящите.
В съответствие с размерите на втората "внедрена"" фаза, композитните материали се делят на: -субмикрокомпозитни материали (размер на частици, дебелина на влакна >1μμ). Например дисперсионно уякчените сплави и влакнестите композити с много тънки влакна.[6,33,34]. - микрокомпозитни материали (размер на частиците, дебелина на влакното или слоя < 1μμ). Например материалите армирани с частици, влакна или слоеве с насочено кристализирали евтектики и др., фиг.22.- -макрокомпозитни материали (макроскопически размери на компонентите > 1000 μμ) Например медни и алуминиеви сплави, уякчени с волфрамови или стоманени жички. Съвременните разработени композиционни материали (КМ); могат да се квалифицират по няколко признака. - по материалите на матрицата - метални КМ, полимерни ПКМ, с неорганични КМ, съдържащи две или три и повече различни по състав и природа матрични материали се наричат полиметрични. - по материали на матрицата и армиращите елементи: стъклопласти, металопласти, органопласти, стькловлакнести, металовлакнести, органовлакнести, боропласти, въглепласти, азбопласти и.н. Композиционните материали, съдържащи два или повече различни по състав или природа типове армиращи елементи се наричат полиармирани, комбинирани В съотвествие с геометрията на армиращите елементи: -Прахови или грануловидни - условно тук спадат псевдосплавите и други композити от различни прахове. -пластинчати - слоести. Например набор от редуващи се тънки слоеве от стомана, алуминий, титан и др. В съотвествие с класификацията по структура и разположение на компонентите, композиционните материали се делят на: скелетни, матрични, слоести и с комбинирана структура. Всички тези материали имат своеобразни аналози в сплавите. Например топлоустойчивите супер сплави, съдържащи отделената втора фаза, зараждаща се върху дислокациите и на границата на зърната. По принцип ефектът на уякчаване на материалите с помощта на влакна и пластинки е аналогичен на естественото уякчаване на сплавите за сметка на процесите на дисперсионно твърдеене. Аналогията в уякчаването е в размерите на частиците - от много дребни в ангщрьомен мащаб в сплавите, до 1мм. и повече при композитите. Своеобразни композиционни материали се срещат и в Геологията Земята (вероятно и в другите космически тела - планети) . Цялостната многообразна област на композиционните материали, фактически може да се разглежда като една грамадна верига, едно от проявяващите се вьв всички форми на движение на материята явление, едното от звената на които са фазите на внедряване в сплавите. В композиционните материали разделените пространствено фази само частично се използуват за образуване на здрави връзки на внедрените компоненти с окръжаващата ги матрица. Втората функция обща за всички такива компоненти на внедряване независимо от това с каква форма са:/ влакнеста, пластинчата или глобуларна/ се състои в това, че те уякчават материала, препятствайки разпространението на пукнатини вътре в матрицата и служат като препятствия за разпространение на пукнатини или като частици на внедряване могат да послужат эа други пукнатини имащи пряко отношение към разглежданите, т.е празнини в които протича закрепване на първоначалните пукнатини или по терминологията, фази на "внедряване" "ваканции". В значителна степен технологическите свойства на композитите естествено зависят от съответствието на свойствата на компонентите (например от периода на кристалната решетка и др).
Композитни материали се срещат и в живите организми. Например в състава на сплетената влакнесто съединителна тъкан влизат колагенни и еластични влакна, които са разположени на гъсто, фиг.20. Костната тъкан се състои от клетки и основно вещество, което съдържа малки кухинки, фиг.2. В тях лежат клетките, които свързват чрез тънки израстъци, поместени в тесните каналчета, съединяващи кухините, фиг.21.
В общи линии самото захващане на костите и тъканите представлява композит, който издържа на големи динамични натоварвания. Подобна аналогия а сплавите представлява желязохромовата евтекхика, състояща се от аустенит и карбиди от типа
Композитни материали се срещат и в живите организми. Например в състава на сппетената влакнесто съединителна тъкан влизат колагенни и еластични влакна, които са разположени на гъсто, фиг.20. Костната тъкан се състои от клетки и основно вещество, което съдържа малки кухинки, фиг.2. В тях лежат клетките, които свързват чрез тънки израстъци, поместени в тесните каналчета, съединяващи кухините, фиг.21. В общи линии самото захващане на костите и тъканите представлява композит, който издържа на големи динамични натоварвания. Подобна аналогия а сплавите представлява желязохромовата евтекхика, състояща се от аустенит и карбиди от типа Ме7С3, фиг.22. Й така всички структури на внедряване от неорганичния и органичния свят си приличат по някои общи признаци, а имено че става „внедряване" на частици в микро и макрообеми. На фиг 23 и 24, като заключение и връзка са показани елементарните структурни решетки на железните сплави, в които става „внедряване" на атомите С, Н, N и др. Това са „октаедричните” и "тетраедрични” пори.Якостта на много съвременни композитни материали е напълно сравнима с тази на биологичните тъкани,като кости или дървесина. Биологичните тъкани не са нищо друго освен хетерогенни конструкционнии жилави компоненти, яки или неяки, макар и крехки някои. Обединени заедно те се оказват многократно пъти по-яки, отколкото всяка една взета заедно, поотделно. (Известно е какви натоварвания понасят мускулите на спортистите, особено тези на щангистите - мускулите и костите също са своеобразни композити). Всички разгледани материали, в които се проявява явлението "внедряване" се характеризират с някои общи свойства. Всички те в една или друга степен са анизотропни. Внедряването на „частици" (елементарни частици, електрони, атоми, съединения, молекули, вещество в микро и макрообеми) води до уякчаване заздравяване, до подобряване на свойствата, но и до едно особено състояние на напрегнатост и нестабилност /метастабилност/, дължащо се на напреженията от внедрените частици. При определени условия, на базата на това нестабилно състояние могат да започнат най-различни процеси, целящи намаление (релаксация) достигане на равновесно състояние за тези условия: Такива са процесите на отделяне (разпадане, превръщане) на елементарни частици, електрони, атоми, молекули, съединения, вещество в микро и макрообеми (в Земята, планетите; Космоса-Вселената). Тези процеси биха могли да доведат дори до отделяне на светлина и енергия. Те могат да станат причина за различни процеси - разпадане на вещество, поява на болести, различни катастрофи от Земен и космически произход и т.н. Ако се направи опит за фундаментално-философско обобщение на явлението "внедряване" би могло да се установи, че наред със своите положителни ефекти (уякчаване, заздравяване, подобряване на свойства, установяване на Прогрес), при определени условия то би могло да доведе до отрицателни ефекти: (разпадане, болести, мутации, катастрофи и т.н. ) Такива положителни резултати от явлението „внедряване" във фундаментално-философски обобщен аспект са: научно техническият прогрес от прилагането на различните новости в икономиката и селското стопанствотрансрорта и др... Отрицателните ефекти от това явление са екологичните проблеми, които са резултат от нарушаване на Равновесието в Природата и създаване на напрежения-метастабилно състояние, причина заразлични процеси. Глобалните екологични проблеми и съпътствуващите ги процеси биха могли да доведат до екологична катастрофа на цялата планета Земя. Самовнедрявайки се в обществения и социален живот напреженията биха могли до доведат до създаване на обществени и социални напрежения, причина за нестабилно състояние - процеси: страх, недоволства, борби, размирици, войни и т.н. Такива процеси, като резултат от явлението "внедряване" се извършват и в Космоса - Вселената. Между впрочем, процесите на движение в Микрокосмоса, т.е. в металите и сплавите по универсалния, според автора, Дислокациенен механизъм, също водят до отделяне на топлина, до големи разрушения, промишлени аварии дължащи се на разрушаване на метални съоръжения и т.н. В геоложки мащаб движението по дислокационният механизъм води до грандиозни тектонски процеси. Следователно, във фундаментално-философски план, нормално е да се очакват и предполагат принципно подобни процеси и във Вселенен, космогоничен мащаб. Допуска се и натрупване на космическо вещество, около структурните дефекти – несъвършенства „космически дислокации", „граници на космически формирования-звездни и планетни системи, Галактики и др. Свързано е със създаване на напрежение, стремеж към релаксация, различни реакции и т.н.
| фиг.19. Микроструктури на композитни материали (КМ) - схематично изображение: а)КМ състоящ се от: матрица 1; 2. Армиращ прахообразен материал, Sp-разстояние м/у армиращите частици, б) КМ на база на послойно изграждане от нишко образни армиращи елементи d1-диаметър на арм. елементи в) KM на базата на послойно изграждане. |
| фиг.20. Гьсто оплетена влакнеста съединителна тъкан на дермата [25-27,30,40] Представени са само снопчета от колагенни влакна: I- напречно прорязани II- надлъжно прорязани. Сноп -Х80. |
| фиг.21. Кос шлиф от мацерирана плътна костна субстанция, Х80. Канапите са черни. Кухините с каналчета-та за костни клетки също черни: 1. Общи пластинки, 2. фолкманов канал. 3. Хаверсови канали 4. Системи от Х. пластинки, 5. Межд. пластинки |
В слоестите или ламеларни композитни материали, вторите компоненти и фази са двумерни, фиг.19в. Те също могат да бъдат непрекъснато или дискретно разположени и ориентирани в матрицата. Тези различни типове микроструктури могат да получат субмикроскопически, микроскопически и макроскопически размери на съставящите.
В съответствие с размерите на втората "внедрена"" фаза, композитните материали се делят на: -субмикрокомпозитни материали (размер на частици, дебелина на влакна >1μμ). Например дисперсионно уякчените сплави и влакнестите композити с много тънки влакна.[6,33,34]. - микрокомпозитни материали (размер на частиците, дебелина на влакното или слоя < 1μμ). Например материалите армирани с частици, влакна или слоеве с насочено кристализирали евтектики и др., фиг.22.- -макрокомпозитни материали (макроскопически размери на компонентите > 1000 μμ) Например медни и алуминиеви сплави, уякчени с волфрамови или стоманени жички. Съвременните разработени композиционни материали (КМ); могат да се квалифицират по няколко признака. - по материалите на матрицата - метални КМ, полимерни ПКМ, с неорганични КМ, съдържащи две или три и повече различни по състав и природа матрични материали се наричат полиметрични. - по материали на матрицата и армиращите елементи: стъклопласти, металопласти, органопласти, стькловлакнести, металовлакнести, органовлакнести, боропласти, въглепласти, азбопласти и.н. Композиционните материали, съдържащи два или повече различни по състав или природа типове армиращи елементи се наричат полиармирани, комбинирани В съотвествие с геометрията на армиращите елементи: -Прахови или грануловидни - условно тук спадат псевдосплавите и други композити от различни прахове. -пластинчати - слоести. Например набор от редуващи се тънки слоеве от стомана, алуминий, титан и др. В съотвествие с класификацията по структура и разположение на компонентите, композиционните материали се делят на: скелетни, матрични, слоести и с комбинирана структура. Всички тези материали имат своеобразни аналози в сплавите. Например топлоустойчивите супер сплави, съдържащи отделената втора фаза, зараждаща се върху дислокациите и на границата на зърната. По принцип ефектът на уякчаване на материалите с помощта на влакна и пластинки е аналогичен на естественото уякчаване на сплавите за сметка на процесите на дисперсионно твърдеене. Аналогията в уякчаването е в размерите на частиците - от много дребни в ангщрьомен мащаб в сплавите, до 1мм. и повече при композитите. Своеобразни композиционни материали се срещат и в Геологията Земята (вероятно и в другите космически тела - планети) . Цялостната многообразна област на композиционните материали, фактически може да се разглежда като една грамадна верига, едно от проявяващите се вьв всички форми на движение на материята явление, едното от звената на които са фазите на внедряване в сплавите. В композиционните материали разделените пространствено фази само частично се използуват за образуване на здрави връзки на внедрените компоненти с окръжаващата ги матрица. Втората функция обща за всички такива компоненти на внедряване независимо от това с каква форма са:/ влакнеста, пластинчата или глобуларна/ се състои в това, че те уякчават материала, препятствайки разпространението на пукнатини вътре в матрицата и служат като препятствия за разпространение на пукнатини или като частици на внедряване могат да послужат эа други пукнатини имащи пряко отношение към разглежданите, т.е празнини в които протича закрепване на първоначалните пукнатини или по терминологията, фази на "внедряване" "ваканции". В значителна степен технологическите свойства на композитите естествено зависят от съответствието на свойствата на компонентите (например от периода на кристалната решетка и др).
Композитни материали се срещат и в живите организми. Например в състава на сплетената влакнесто съединителна тъкан влизат колагенни и еластични влакна, които са разположени на гъсто, фиг.20. Костната тъкан се състои от клетки и основно вещество, което съдържа малки кухинки, фиг.2. В тях лежат клетките, които свързват чрез тънки израстъци, поместени в тесните каналчета, съединяващи кухините, фиг.21.
|
фиг.23.Кубическа стенноцентрирана решетка в сплавите (СЦК) а) елементарна клетка б) плътноопакована плоскост {111} в) октаедрични пори-о г) тетраедрични пори-о •- атоми на метала. |
|
фиг.24. Кубическа обемно центрирана решетка (сплави) ОЦК а) елементарна клетка, б) плътноопакованаплоскост{110}; в) октаедрични пори-о; г) тетраедрични пори-о; •- атоми на метала г) тетраедрични пори-о •- атоми на метала. |
Композитни материали се срещат и в живите организми. Например в състава на сппетената влакнесто съединителна тъкан влизат колагенни и еластични влакна, които са разположени на гъсто, фиг.20. Костната тъкан се състои от клетки и основно вещество, което съдържа малки кухинки, фиг.2. В тях лежат клетките, които свързват чрез тънки израстъци, поместени в тесните каналчета, съединяващи кухините, фиг.21. В общи линии самото захващане на костите и тъканите представлява композит, който издържа на големи динамични натоварвания. Подобна аналогия а сплавите представлява желязохромовата евтекхика, състояща се от аустенит и карбиди от типа Ме7С3, фиг.22. Й така всички структури на внедряване от неорганичния и органичния свят си приличат по някои общи признаци, а имено че става „внедряване" на частици в микро и макрообеми. На фиг 23 и 24, като заключение и връзка са показани елементарните структурни решетки на железните сплави, в които става „внедряване" на атомите С, Н, N и др. Това са „октаедричните” и "тетраедрични” пори.Якостта на много съвременни композитни материали е напълно сравнима с тази на биологичните тъкани,като кости или дървесина. Биологичните тъкани не са нищо друго освен хетерогенни конструкционнии жилави компоненти, яки или неяки, макар и крехки някои. Обединени заедно те се оказват многократно пъти по-яки, отколкото всяка една взета заедно, поотделно. (Известно е какви натоварвания понасят мускулите на спортистите, особено тези на щангистите - мускулите и костите също са своеобразни композити). Всички разгледани материали, в които се проявява явлението "внедряване" се характеризират с някои общи свойства. Всички те в една или друга степен са анизотропни. Внедряването на „частици" (елементарни частици, електрони, атоми, съединения, молекули, вещество в микро и макрообеми) води до уякчаване заздравяване, до подобряване на свойствата, но и до едно особено състояние на напрегнатост и нестабилност /метастабилност/, дължащо се на напреженията от внедрените частици. При определени условия, на базата на това нестабилно състояние могат да започнат най-различни процеси, целящи намаление (релаксация) достигане на равновесно състояние за тези условия: Такива са процесите на отделяне (разпадане, превръщане) на елементарни частици, електрони, атоми, молекули, съединения, вещество в микро и макрообеми (в Земята, планетите; Космоса-Вселената). Тези процеси биха могли да доведат дори до отделяне на светлина и енергия. Те могат да станат причина за различни процеси - разпадане на вещество, поява на болести, различни катастрофи от Земен и космически произход и т.н. Ако се направи опит за фундаментално-философско обобщение на явлението "внедряване" би могло да се установи, че наред със своите положителни ефекти (уякчаване, заздравяване, подобряване на свойства, установяване на Прогрес), при определени условия то би могло да доведе до отрицателни ефекти: (разпадане, болести, мутации, катастрофи и т.н. ) Такива положителни резултати от явлението „внедряване" във фундаментално-философски обобщен аспект са: научно техническият прогрес от прилагането на различните новости в икономиката и селското стопанствотрансрорта и др... Отрицателните ефекти от това явление са екологичните проблеми, които са резултат от нарушаване на Равновесието в Природата и създаване на напрежения-метастабилно състояние, причина заразлични процеси. Глобалните екологични проблеми и съпътствуващите ги процеси биха могли да доведат до екологична катастрофа на цялата планета Земя. Самовнедрявайки се в обществения и социален живот напреженията биха могли до доведат до създаване на обществени и социални напрежения, причина за нестабилно състояние - процеси: страх, недоволства, борби, размирици, войни и т.н. Такива процеси, като резултат от явлението "внедряване" се извършват и в Космоса - Вселената. Между впрочем, процесите на движение в Микрокосмоса, т.е. в металите и сплавите по универсалния, според автора, Дислокациенен механизъм, също водят до отделяне на топлина, до големи разрушения, промишлени аварии дължащи се на разрушаване на метални съоръжения и т.н. В геоложки мащаб движението по дислокационният механизъм води до грандиозни тектонски процеси. Следователно, във фундаментално-философски план, нормално е да се очакват и предполагат принципно подобни процеси и във Вселенен, космогоничен мащаб. Допуска се и натрупване на космическо вещество, около структурните дефекти – несъвършенства „космически дислокации", „граници на космически формирования-звездни и планетни системи, Галактики и др. Свързано е със създаване на напрежение, стремеж към релаксация, различни реакции и т.н.
Следващ постинг
Предишен постинг
Няма коментари
Търсене
За този блог
Гласове: 144
