 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
162
(композитов), т. е. материалов, состоящих из компонентов с различными свойствами. В таких
материалах содержится основа, в которой распределены усиливающие элементы: волокна,
частицы и т. п. Композиты могут включать стекло, металл, дерево, искусственные вещества, в том
числе и пластмассы. Большое число возможных комбинаций компонентов позволяет получить
разнообразные композиционные материалы.
Идея изготовления композитов известна давно. Еще в 600 г. до н. э. в Вавилоне была построена
башня высотой 90 м из глиняных блоков, в которые была вмешана козья шерсть. Подобная идея
заложена в основу получения современных бетона, древесных длит и других материалов. При
оптимальном комбинировании веществ с разными свойствами существенно повышается
прочность композиционного материала.
Целенаправленное исследование свойств композиционных материалов началось в 60-е годы XX
в., когда новые неорганические волокнистые материалы из бора, карбида кремния, графита,
оксида алюминия и т.п. начали сочетать с органическими или металлическими веществами.
Некоторые волокнистые материалы имеют структуру нитевидных кристаллов, одна из
разновидностей которых показана на рис. 6.15. Композиционные материалы с волокнистой
структурой обладают удивительной прочностью. Например, канат из борсодержащих волокон
толщиной 3 см может выдержать полностью нагруженный четырехмоторный реактивный
самолет. Графитовые волокна при 1500° С прочнее стальных при комнатной температуре.
Волокнистые материалы из бора, графита и монокристаллического сапфира (А2О3) используются
преимущественно в космической технике.
При комбинировании поли- и монокристаллических нитей с полимерными матрицами
(полиэфирами, фенольными и эпоксидными смолами) получаются материалы, которые по
прочности не уступают стали, но легче ее в 4–5 раз. Благодаря введению металлических матриц из
никеля, кобальта, железа, алюминия, хрома и их сплавов повышаются прочность, эластичность и
вязкость композитов. Например, алюминий, усиленный боридным волокном, при температуре
500° С имеет такую же прочность, как сталь при комнатной температуре. Композиционный
материал из монокристаллических нитей с разнообразными матрицами имеет предел прочности на
разрыв более 700 Н/мм².
Материалом будущего станет такой, который будет не только сверхпрочным, но и стойким при
длительном воздействии агрессивной среды.
Материалы, содержащие редкие металлы
Названия «редкие металлы», «редкие элементы», «редкоземельные элементы» не совсем
удачны – их содержание в земной коре в среднем сопоставимо или даже выше, чем большинства
широко используемых металлов. Например, таких редких металлов, как скандий, церий, лантан,
литий, иттрий, ниобий, галлии, в земной коре содержится примерно столько же, сколько хрома,
цинка, никеля, меди, свинца. А стронция, циркония, рубидия – гораздо больше.
Полвека назад считали, что редкие элементы
не
способны концентрироваться в рудах
промышленных месторождений. Сейчас известно, что некоторые редкие элементы по
концентрации в рудах не уступают и даже превосходят цветные и другие металлы. Редкие
металлы находятся в острие пирамиды распространенности химических элементов
поверхностного слоя земной коры (рис. 6.16).