KURZUS: Anyagismeret

MODUL: Szerkezeti anyagok

25. lecke: Nem fémes szerkezeti anyagok, kompozitok

|  | A kompozit fogalma A kompozitok részei A kompozitok fajtái Szemcsés kompozitok fajtái, jellemző felhasználási területük A szálas kompozitok jellemzői, fajtái, jellemző felhasználási lehetőségek A réteges kompozitok fajtái, tulajdonságai, felhasználási lehetőségek A felületi réteges kompozitok fajtái, jellemzőik, felhasználási lehetőségeik
|  | A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti:
|  | megadni a kompozitok jellemző tulajdonságait, részeit, definiálni a kompozit fogalmát kiválasztani az alkalmazási területnek megfelelő kompozitokat
|  | A kompozitok vagy társított anyagok olyan szerkezeti anyagok, amelyeket két vagy több különböző anyag pl. fém- kerámia, kerámia - műanyag, kerámia - kerámia, fém - műanyag, műanyag - üveg stb. egyesítésével állítanak elő.
|  | A kompozitok alapvetően két, ill. három részre bonthatók:
|  | a mátrixra (alapanyag) és az abba beépülő második fázisra illetve a két anyag találkozási felületére.
1. ábra. A kompozit "részei"
|  | A kompozitok előállításánál a két anyag előnyös tulajdonságait kombináljuk.
|  | A kompozitok szerkezetüket tekintve lehetnek:
|  | részecskékből összetett (diszperzió) szálas (rövid vagy hosszúszálas) rétegelt felületi réteges (bevonatos)
|  | Részecskékből összetett, szemcsés kompozitok
|  | A mátrixanyagba, 1 μ m-tól a mm-ig részecskék vannak beágyazva.
|  | Ilyen pl. a beton, a keményfémek (WC, TiC részecskék vannak a fém Co-ba beágyazva.), a fémkerámiák (cermet = ceramic + metals) oxidkerámiák pl. Al2O3 vagy ZrO2 van fémes mátrixba pl. Fe, Cr, Co, Mo ágyazva.
2. ábra. Részecske erősítésű kompozit
3. ábra. Keményfém mikroszkópos képe
4. ábra. Cermet mikroszkópos képe
|  | Szálas kompozitok
|  | Ilyenek: az üvegszál erősítésű műanyagok, a polimerszál erősítésű műanyagok, a szénszál erősítésű műanyagok. A mátrix általában valamilyen duroplaszt. De lehetnek pl. Ni szálal erősített kerámiák A szálak irányításával az anyag izotróppá tehető. Igen fontos anyag a vasbeton.
5. ábra. Szálas kompozitok
a) folytonos egyirányú
b) véletlenszerűen orientált
c) egymásra merőleges
d) rétegenként más-más irányú szálak
|  | Alkalmazhatnak szöveteket is.
6. ábra. Szálas kompozitok, szövésminták
a) biaxiális
b) triaxiális
c) három dimenziós szövés
7. ábra. A kompozitokban alkalmazható szálak és azok szilárdsága
|  | A szálerősítésű kompozitok közül az üvegszálerősítésű rövidszálas kompozitok fő alkalmazási területe a járműgyártás pl. karosszéria panelek gyártása. A hosszúszálú kompozitok jelentős hányadát a karbon- és kevlárszál erősítésű epoxik és poliészterek képezik, amelyekkel különösen a vízi- és a légijárműveknél lehet igen kedvező "összsúly/rakománysúly" arányt elérni.
8. ábra. Kompozitok egy repülőgép szerkezetében
9. ábra. Szálerősítéses kompozit karosszériák
| 1/3
Előny a kis súly (fele a fémének), nagy keménység, kb. 300 000 km-ig (Porsche 911 Turbóban) |  |
10. ábra. Szénszál erősítésű szilíciumkarbid féktárcsa
|  | Réteges kompozitok
|  | A szerkezeti anyagok síkok mentén kapcsolódnak egymáshoz, és előállítsuk legtöbbször alakítással történik.
|  | Pl.a szendvicsszerkezetű nagyszilárdságú alumínium vagy titánlemezek közötti teret méhsejtszerűen elhelyezett polimerekkel kitöltött repülőgép burkolóelemek, ajtók, az alumíniummal bevont papír, a lakkal bevont alumínium stb.
11. ábra. Réteges kompozit
12. ábra. Több lapból álló kompozit alkatrész gyártása
Alumínium-aramid rétegelt anyag vázlata. Egyik lehetséges felhasználása az űrrepűlés. |  |
13. ábra. Aral, réteges kompozit
14. ábra. Többszörösen összetett, könnyű kompozit mint síléc anyag
15. ábra. Snowboard
|  | Bevonatos kompozitok
|  | A bevonatos kompozitokat kopásálló, hőálló, korrózióálló, elektromos-, illetve hőszigetelő vagy dekoratív (meghatározott fényű vagy fényvisszaverő) felületi réteggel vonják be.
16. ábra. Felületi réteges kompozit
|  | Példák a bevonatos kompozitokra:
|  | A PTFE (teflon) nagy ára miatt csak bevonóanyagként használják a konyhai edények vagy a borotvapengék, csapágyak esetében. A PVC bevonatú acélhuzalok légköri korróziónak ellenálló kerítés anyagok, vagy elektromos vezetékek. A horgany általános bevonófém korrózió elleni védelemre lemezek vagy kötőelemek esetében. Dekoratív célokat szolgál a felületek krómozása Az acél és öntöttvas edények felületét zománcozzák A gyorsacél és kerámia szerszámok felületét vegyületkerámia pl. TiN vagy TiC stb. réteggel vonják be ezzel növelve az éltartósságot Kerámia mázzal bevont járólapok, csempék
17. ábra. Felületi réteges kompozit
18. ábra. TiN és TiCN (sötét) bevont lapkák

|  | Ellenőrző kérdések
| Jelölje be az egy helyes megoldást!
| 1. A kompozitok részei az alábbiak:
| Alapanyag, az ún. mátrix és a második fázis.
| A második fázis és a két anyag találkozási felülete.
| A mátrix, a második fázis és a két anyag találkozási felülete.
| A két anyag találkozási felülete.
| 2. Válassza ki a felsorolt anyagok közül a szemcsés kompozitokat!
| Papír üdítős doboz.
| Zománcozott edény.
| Beton.
| Csónak test.
| 3. Válassza ki a felsorolt anyagok közül a szálas kompozitokat!
| Papír üdítős doboz.
| Zománcozott edény.
| Beton.
| Csónak test.
| 4. Válassza ki a felsorolt anyagok közül a réteges kompozitokat!
| Papír üdítős doboz.
| Zománcozott edény.
| Beton.
| Csónak test.
| 5. Válassza ki a felsorolt anyagok közül a felületi réteges kompozitokat!
| Papír üdítős doboz.
| Zománcozott edény.
| Beton.
| Csónak test.
| 6. Milyen kompozitot választana az alábbiak közül gépjármű karosszéria gyártáshoz?
| Üvegszálerősítéses műgyanta.
| Üvegszálerősítéses hőre lágyuló műanyag.
| Üvegszálerősítéses elasztomer.
| Üvegszálerősítéses bakelit.