|
Часть
2
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART03.HTM
Какие вещества следует нам выбирать для волокон
?
С точки зрения дислокационной подвижности мы должны требовать
всего или ничего
.
Если дислокации по
-
настоящему подвижны
,
мы можем получить обычный пластичный материал
,
и
нам нет
смысла связываться с волокнами
.
Но если уж мы принялись за волокна
,
то нам нужно исключить какое бы то ни
было движение дислокаций
.
Пользы от такого движения не будет никакой
,
а вреда может быть много
-
оно разупрочнит
волокна
.
Поэтому бериллий и окись магния здесь не подойдут
.
Большинство остальных веществ
,
приведенных в табл
3
имеют направленные ковалентные связи
,
при нормальных
температурах дислокации в них остаются неподвижными
.
Как раз это
-
то нам и нужно
.
Но почти во всех других
отношениях эти вещества представляют собой
,
мягко выражаясь
,
крепкий орешек для материаловедов
.
Их получение
связано
,
вообще говоря
,
со значительными трудностями и возможно лишь при высоких температурах
.
Даже если они
сами по себе и нетоксичны
,
то содержат одну
,
две или более добавок
,
которые могут сделать их токсичными
.
Наконец
,
некоторые из соединений
,
которые необходимы при получении этих веществ
,
почти наверняка будут разрушать стенки
технологических аппаратов
.
В
главе
3
подчеркивалось
,
что задача теории прочности не столько в том
,
чтобы объяснить
,
почему материалы прочны
,
сколько в выяснении причин их разрушения
.
Все тела прочны
“
от природы
”,
если они не ослаблены дефектами
;
но дело в
том
,
что дефекты почти всегда присущи твердым телам
.
Напомним
,
что в случае хрупких тел
,
в которых дислокации
неподвижны
,
ослабляющими дефектами являются небольшие геометрические искажения
,
на которых возникает
концентрация напряжений
.
В тех случаях
,
когда внутри кристалла все обстоит более или менее благополучно
,
опасность
могут представлять поверхностные дефекты
.
Большинство ковалентных керамических материалов
,
приведенных в
табл
. 3,
существует в виде порошка или неправильной формы кусков
.
Дело теперь за тем
,
чтобы получить эти вещества в
форме нитей
,
однородных внутри и гладких снаружи
.
Как раз над этим и работают последнее время многие лаборатории в разных странах
,
теперь мы знаем довольно много
путей
,
которые ведут к получению прочных жестких волокон
,
но ни один из них не легок и не очень дешев
.
Достаточно
упомянуть
,
что для получения таких волокон требуется температура в пределах от
1400
до
3500° C.
Сейчас волокна
обычно обрабатываются при высокой температуре в течение часов и даже дней
.
Сделать печь
,
которая работала бы при
этих температурах в коррозионных условиях и позволяла бы поддерживать приемлемую химическую чистоту в
реакционной камере
,-
очень серьезная техническая задача
.
Такие
“
сверхволокна
”
обычно делятся на два больших класса
-
непрерывные волокна и усы
.
Непрерывные волокна
имеют
,
конечно
,
большую длину
;
часто их можно наматывать на бобину
,
как нейлон или стекловолокно
.
Они могут иметь
любую толщину
,
но чаще всего она лежит в пределах от
5
до
100
мкм
.
Обращаться с ними можно
,
как со стекловолокном
,
но более толстые волокна жестче на изгиб
,
и работать с ними
,
понятно
,
труднее
.
Толщина усов обычно
1
мкм
,
а длина
порядка миллиметра
,
хотя некоторые усы вырастают длиною до нескольких сантиметров
.
Модули упругости большинства этих волокон лежат где
-
то в области между
3,5
Ч
10
4
и
7,0
Ч
10
4
кГ
/
мм
2
,
а поскольку их
плотность колеблется примерно от
2
до
4,
то удельные модули вполне оправдывают ожидания в десять раз превышая
соответствующие константы обычных технических материалов
.
Прочность всех непрерывных волокон довольно высока
,
но в настоящее время ее нельзя назвать исключительно высокой
.
Обычно она лежит между
175
и
350
кГ
/
мм
2
-
эти
величины близки к прочности обычных стекловолокон и отражают чрезвычайные трудности изготовления длинных
волокон
,
свободных от микродефектов
.
Усы часто намного прочнее
,
их средняя прочность может достигать
700-1000
кГ
/
мм
2
,
то есть они могут быть раза в три прочнее большинства непрерывных волокон
.
Сравнивать преимущества и недостатки обоих типов волокон довольно трудно
.
К тому же эти сравнения могут быстро
устареть
.
В некоторых случаях требуется очень тщательно уложить армирующие волокна в одном направлении
,
иногда
этого добиваются путем намотки непрерывных волокон и пропитки их связующей смолой
,
то есть делают своего рода
кокон
.
Часто так делают сосуды давления и трубы
.
Это
,
казалось бы
,
преимущество непрерывных волокон
,
но вот
недавно был разработан способ
,
по которому короткие волокна
(
например
,
усы
)
сортируются
,
разбраковываются
,
а затем
во влажном состоянии перерабатываются в непрерывную пряжу
,
вроде хлопчатобумажной
,
с которой потом можно
обращаться так же
,
как с непрерывными волокнами
.
В ряде случаев из усов получают суспензию в какой
-
нибудь
жидкости
,
которую можно легко формовать
,
как бумажную массу
.
Выбор волокон зависит в некоторой степени от типа матрицы
,
которую решено использовать
.
Пластики и
смолы имеют
малый удельный вес и с ними легко работать
,
их нетрудно формовать
,
они вообще обладают многими преимуществами
.
С другой стороны
,
их прочность и модуль упругости малы
,
поэтому они не очень хорошо передают нагрузку от одного
волокна к другому
,
то есть их нельзя пожалуй
,
считать хорошими связующими материалами
.
По этой причине в тех
случаях
,
когда в качестве матрицы используется
смола
,
применяются длинные непрерывные волокна
.
Смола позволяет
очень эффективно использовать свойства непрерывных волокон и не годится в качестве матрицы для коротких волокон
-
например
,
усов
.
Металлические матрицы заведомо лучше
смол ведут себя
,
начиная примерно со
150° C.
Они и нагрузку от волокна к
волокну передают лучше смолы и потому более подходящи для связывания усов
:
позволяют лучше использовать
прочность и жесткость усов
.
Однако армировать металлическую матрицу труднее
,
поскольку температура и давление
формования здесь высоки
.
Сегодня можно предположить
,
что в будущем волокнистые материалы на основе смол найдут
VIVOS VOCO:
Дж
.
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -
Do'stlaringiz bilan baham: |
