Kompozitni materijali s metalnom matricom. Kompozitni materijali na bazi metalne matrice. Laminirana ojačana plastika

Ova vrsta kompozitnih materijala uključuje materijale kao što je SAP (sinterirani aluminijski prah), koji su aluminij ojačan raspršenim česticama aluminijevog oksida. Aluminijski prah se dobiva raspršivanjem rastaljenog metala, nakon čega slijedi mljevenje u kuglastim mlinovima na veličinu od oko 1 mikrona u prisutnosti kisika. S povećanjem vremena mljevenja prah postaje finiji i povećava se njegov sadržaj aluminijevog oksida. Daljnja tehnologija proizvodnje proizvoda i poluproizvoda iz SAP-a uključuje hladno prešanje, predsinteriranje, toplo prešanje, valjanje ili ekstruziju sinterirane aluminijske gredice u obliku gotovih proizvoda koji se mogu podvrgnuti dodatnoj toplinskoj obradi.

Legure tipa SAP koriste se u zrakoplovnoj tehnici za izradu dijelova visoke specifične čvrstoće i otpornosti na koroziju, koji rade na temperaturama do 300–500 °C. Koriste se za izradu klipnjača, lopatica kompresora, ljuski gorivih elemenata i cijevi izmjenjivača topline.

Ojačanje aluminija i njegovih legura čeličnom žicom povećava njihovu čvrstoću, povećava modul elastičnosti, otpornost na zamor i proširuje temperaturni raspon vijeka trajanja materijala.

Ojačanje kratkim vlaknima provodi se metodama metalurgije praha, koje se sastoje od prešanja nakon čega slijedi hidroekstruzija ili valjanje praznina. Kod armiranja sastava tipa sendvič koji se sastoje od izmjeničnih slojeva aluminijske folije i vlakana s kontinuiranim vlaknima, koriste se valjanje, vruće prešanje, zavarivanje eksplozijom i zavarivanje difuzijom.

Vrlo obećavajući materijal je sastav "aluminij - berilijeva žica", koji ostvaruje visoka fizikalna i mehanička svojstva berilijeve armature, a prije svega, njegovu nisku gustoću i visoku specifičnu krutost. Kompozicije s berilijevom žicom dobivaju se difuzijskim zavarivanjem paketa izmjeničnih slojeva berilijeve žice i listova matrice. Za izradu dijelova tijela rakete i spremnika za gorivo koriste se legure aluminija ojačane čeličnom i berilijskom žicama.

U sastavu aluminij-ugljičnih vlakana, kombinacija armature niske gustoće i matrice omogućuje stvaranje kompozitnih materijala visoke specifične čvrstoće i krutosti. Nedostatak karbonskih vlakana je njihova krhkost i velika reaktivnost. Sastav aluminij-ugljik dobiva se impregniranjem karbonskih vlakana metodama tekućeg metala ili metalurgije praha. Tehnološki, najlakši način za to je provlačenje snopova karbonskih vlakana kroz rastaljeni aluminij.

Kompozit aluminij-ugljik koristi se u izradi spremnika goriva modernih borbenih zrakoplova. Zbog visoke specifične čvrstoće i krutosti materijala, težina spremnika goriva smanjena je za
trideset posto. Ovaj se materijal također koristi za izradu turbinskih lopatica za zrakoplovne plinskoturbinske motore.

OPĆA ZNAČAJKA I KLASIFIKACIJA

Tradicionalno korišteni metalni i nemetalni materijali uvelike su dosegli svoje granice strukturne čvrstoće. Istodobno, razvoj moderne tehnologije zahtijeva stvaranje materijala koji pouzdano rade u složenoj kombinaciji polja sila i temperature, kada su izloženi agresivnom okruženju, zračenju, visokom vakuumu i visokim pritiscima. Često zahtjevi za materijalima mogu biti kontradiktorni. Ovaj problem može se riješiti korištenjem kompozitnih materijala.

Kompozitni materijal(CM) ili kompozit je trodimenzionalni heterogeni sustav koji se sastoji od međusobno netopljivih komponenti koje se jako razlikuju po svojstvima, čija struktura omogućuje iskorištavanje prednosti svake od njih.

Čovjek je posudio princip izgradnje CM-a iz prirode. Tipični kompozitni materijali su debla, stabljike biljaka, ljudske i životinjske kosti.

CM vam omogućuju zadanu kombinaciju heterogenih svojstava: visoku specifičnu čvrstoću i krutost, otpornost na toplinu, otpornost na habanje, svojstva zaštite od topline, itd. Raspon svojstava CM ne može se postići korištenjem konvencionalnih materijala. Njihova uporaba omogućuje stvaranje prethodno nedostupnih, temeljno novih dizajna.

Zahvaljujući CM-u, postao je moguć novi kvalitativni skok u povećanju snage motora, smanjenju težine strojeva i konstrukcija te povećanju učinkovitosti težine vozila i zrakoplovnih vozila.

Važne karakteristike materijala koji rade u ovim uvjetima su specifična čvrstoća σ u /ρ i specifična krutost E/ρ, gdje je σ in privremeni otpor, E- modul normalne elastičnosti, ρ – gustoća materijala.

Legure visoke čvrstoće u pravilu imaju nisku duktilnost, visoku osjetljivost na koncentratore naprezanja i relativno nisku otpornost na razvoj pukotina od zamora. Iako kompozitni materijali također mogu imati nisku duktilnost, mnogo su manje osjetljivi na porast naprezanja i otporniji su na lom uslijed zamora. To se objašnjava različitim mehanizmima nastanka pukotina u čelicima i legurama visoke čvrstoće. U čelicima visoke čvrstoće, pukotina, nakon što je dosegla kritičnu veličinu, kasnije se razvija progresivnom brzinom.

U kompozitnim materijalima djeluje drugačiji mehanizam. Pukotina, koja se kreće u matrici, nailazi na prepreku na sučelju matrice i vlakna. Vlakna sprječavaju razvoj pukotina, a njihova prisutnost u plastičnoj matrici dovodi do povećanja otpornosti na lom.

Dakle, kompozitni sustav kombinira dva suprotna svojstva neophodna za konstrukcijske materijale - visoku čvrstoću zbog vlakana velike čvrstoće i dovoljnu žilavost loma zahvaljujući plastičnoj matrici i mehanizmu disipacije energije loma.

CM se sastoje od relativno plastičnog osnovnog materijala matrice i tvrđih i izdržljivijih komponenti, koje su punila. Svojstva CM ovise o svojstvima podloge, punila i čvrstoće veze između njih.

Matrica povezuje sastav u monolit, daje mu oblik i služi za prijenos vanjskih opterećenja na armaturu punila. Ovisno o osnovnom materijalu, razlikuju se CM s metalnom matricom, odnosno metalnim kompozitnim materijalima (MCM), s polimerom - polimernim kompozitnim materijalima (PCM) i s keramikom - keramičkim kompozitnim materijalima (CCM).

Vodeću ulogu u jačanju CM imaju punila, često tzv ojačivači. Imaju visoku čvrstoću, tvrdoću i modul elastičnosti. Ovisno o vrsti punila za ojačavanje, CM se dijele na disperzija ojačana,vlaknasti I slojevito(Slika 28.2).

Riža. 28.2. Sheme strukture kompozitnih materijala: A) ojačana disperzija; b) vlaknasti; V) slojevito

Male, ravnomjerno raspoređene vatrostalne čestice karbida, oksida, nitrida itd. umjetno se uvode u disperzijsko ojačane CM, koje ne stupaju u interakciju s matricom i ne otapaju se u njoj do temperature taljenja faza. Što su čestice punila manje i što je manji razmak između njih, to je CM jači. Za razliku od vlaknastih, u CM-ovima ojačanim disperzijom glavni nosivi element je matrica. Ansambl raspršenih čestica punila učvršćuje materijal opirući se kretanju dislokacija pod opterećenjem, što otežava plastičnu deformaciju. Učinkovita otpornost na kretanje dislokacija stvara se do temperature taljenja matrice, zbog čega se CM-ovi ojačani disperzijom odlikuju visokom toplinskom otpornošću i otpornošću na puzanje.

Ojačanje u vlaknastim kompozitnim materijalima mogu biti vlakna različitih oblika: niti, trake, mreže različitih tkanja. Ojačanje vlaknastog CM-a može se izvesti prema jednoosnoj, dvoosnoj i troosnoj shemi (Sl. 28.3, A).

Snaga i krutost takvih materijala određena je svojstvima armaturnih vlakana koja nose glavno opterećenje. Armatura daje veći porast čvrstoće, ali je disperzijsko ojačanje tehnološki lakše izvesti.

Slojeviti kompozitni materijali (Sl. 28.3, b) sastoje se od naizmjeničnih slojeva punila i materijala matrice ("sendvič" tipa). Slojevi punila u takvim CM mogu imati različite orijentacije. Moguće je naizmjenično koristiti slojeve punila od različitih materijala s različitim mehaničkim svojstvima. Za slojevite sastave obično se koriste nemetalni materijali.

Riža. 28.3. Sheme ojačanja vlaknima ( A) i slojevito ( b) kompozitni materijali

DISPERZNO RESTRUCIRANI KOMPOZITNI MATERIJALI

Tijekom disperzijskog ojačavanja, čestice blokiraju klizne procese u matrici. Učinkovitost stvrdnjavanja, uz minimalnu interakciju s matricom, ovisi o vrsti čestica, njihovoj volumnoj koncentraciji, kao i jednoličnosti raspodjele u matrici. Koriste se dispergirane čestice vatrostalnih faza kao što su Al 2 O 3, SiO 2, BN, SiC, koje imaju malu gustoću i visok modul elastičnosti. CM se obično proizvode metalurgijom praha, čija je važna prednost izotropija svojstava u različitim smjerovima.

U industriji se CM-ovi ojačani disperzijom obično koriste na bazi aluminija i, rjeđe, nikla. Tipični predstavnici ove vrste kompozitnih materijala su materijali poput SAP-a (sinterirani aluminijski prah), koji se sastoje od aluminijske matrice ojačane raspršenim česticama aluminijevog oksida. Aluminijski prah se dobiva raspršivanjem rastaljenog metala, nakon čega slijedi mljevenje u kuglastim mlinovima do veličine od oko 1 mikrona u prisutnosti kisika. S povećanjem vremena mljevenja prah postaje finiji i povećava se njegov sadržaj aluminijevog oksida. Daljnja tehnologija proizvodnje proizvoda i poluproizvoda iz SAP-a uključuje hladno prešanje, predsinteriranje, toplo prešanje, valjanje ili ekstruziju sinterirane aluminijske gredice u obliku gotovih proizvoda koji se mogu podvrgnuti dodatnoj toplinskoj obradi.

Legure tipa SAP zadovoljavajuće su deformirane u vrućem stanju, a legure sa 6–9% Al 2 O 3 - čak i na sobnoj temperaturi. Iz njih se hladnim izvlačenjem mogu proizvesti folije debljine do 0,03 mm. Ovi materijali se lako režu i imaju visoku otpornost na koroziju.

SAP vrste koje se koriste u Rusiji sadrže 6-23% Al 2 O 3 . Postoje SAP-1 sa sadržajem 6-9, SAP-2 sa 9-13, SAP-3 sa 13-18% Al 2 O 3. Povećanjem volumne koncentracije aluminijevog oksida povećava se čvrstoća kompozitnih materijala. Na sobnoj temperaturi karakteristike čvrstoće SAP-1 su sljedeće: σ in = 280 MPa, σ 0,2 = 220 MPa; SAP-3 su sljedeći: σ in = 420 MPa, σ 0,2 = 340 MPa.

Materijali kao što je SAP imaju visoku toplinsku otpornost i bolji su od svih kovanih aluminijskih legura. Čak i pri temperaturi od 500 °C njihov σ iznosi najmanje 60–110 MPa. Otpornost na toplinu objašnjava se inhibicijskim učinkom raspršenih čestica na proces rekristalizacije. Karakteristike čvrstoće legura tipa SAP vrlo su stabilne. Dugoročna ispitivanja čvrstoće legura tipa SAP-3 u trajanju od 2 godine praktički nisu utjecala na razinu svojstava kako na sobnoj temperaturi tako i pri zagrijavanju do 500 °C. Na 400 °C, čvrstoća SAP-a je 5 puta veća od čvrstoće starenja aluminijskih legura.

Legure tipa SAP koriste se u zrakoplovnom inženjerstvu za izradu dijelova visoke specifične čvrstoće i otpornosti na koroziju, koji rade na temperaturama do 300–500 °C. Koriste se za izradu klipnjača, lopatica kompresora, ljuski gorivih elemenata i cijevi izmjenjivača topline.

CM se proizvodi metalurgijom praha koristeći dispergirane čestice silicijevog karbida SiC. Kemijski spoj SiC ima niz pozitivnih svojstava: visoko talište (više od 2650 °C), visoku čvrstoću (oko 2000 MPa) i modul elastičnosti (> 450 GPa), nisku gustoću (3200 kg/m3) i dobru otpornost na koroziju . Industrija je ovladala proizvodnjom abrazivnih silicijevih prahova.

Prahovi aluminijske legure i SiC se miješaju, prethodno zbijaju pod niskim tlakom, zatim vruće prešaju u čeličnim posudama u vakuumu na temperaturi taljenja matrične legure, tj. u stanju kruto-tekuće. Dobiveni obradak se podvrgava sekundarnoj deformaciji kako bi se dobili poluproizvodi potrebnog oblika i veličine: limovi, šipke, profili itd.

Kompozitni materijali s metalnom matricom. Za rad na višim temperaturama koriste se metalne matrice.

Metalni CM imaju brojne prednosti u odnosu na polimerne. Uz višu radnu temperaturu karakterizira ih bolja izotropija i veća stabilnost svojstava tijekom rada te veća otpornost na eroziju.

Plastičnost metalnih matrica daje potrebnu viskoznost strukturi. To doprinosi brzom izjednačavanju lokalnih mehaničkih opterećenja.

Važna prednost metalnih CM-ova je veća obradivost proizvodnog procesa, kalupljenja, toplinske obrade te formiranja spojeva i premaza.

Prednost kompozitnih materijala na bazi metala su veće vrijednosti karakteristika ovisno o svojstvima matrice. To su prije svega privremeni otpor i vlačni modul elastičnosti u smjeru okomitom na os armaturnih vlakana, čvrstoća na pritisak i savijanje, duktilnost i žilavost na lom. Osim toga, kompozitni materijali s metalnom matricom zadržavaju svoje karakteristike čvrstoće na višim temperaturama od materijala s nemetalnom matricom. Otporniji su na vlagu, nisu zapaljivi i imaju visoku električnu vodljivost metalnih CM-ova, dobro ih štite od elektromagnetskog zračenja, munje i smanjuju opasnost od statičkog elektriciteta. Visoka toplinska vodljivost metalnih CM štiti od lokalnog pregrijavanja, što je posebno važno za proizvode kao što su vrhovi raketa i prednji rubovi krila.

Najperspektivniji materijali za matrice metalnih kompozitnih materijala su metali niske gustoće (A1, Mg, Ti) i legure na njihovoj osnovi, kao i nikal, koji se trenutno široko koristi kao glavna komponenta legura otpornih na toplinu.

Kompoziti se dobivaju različitim metodama. To uključuje impregnaciju snopa vlakana tekućim talinama aluminija i magnezija, plazma raspršivanje i korištenje metoda vrućeg prešanja, ponekad nakon čega slijedi hidroekstruzija ili valjanje sirovina. Kod armiranja sastava tipa sendvič koji se sastoje od izmjeničnih slojeva aluminijske folije i vlakana s kontinuiranim vlaknima, koriste se valjanje, vruće prešanje, zavarivanje eksplozijom i zavarivanje difuzijom. Iz tekuće metalne faze dobiva se odljevak šipki i cijevi ojačanih vlaknima visoke čvrstoće. Snop vlakana kontinuirano prolazi kroz kupelj taline i pod pritiskom impregnira tekućim aluminijem ili magnezijem. Pri izlasku iz kupelji za impregnaciju, vlakna se spajaju i prolaze kroz predionicu kako bi se formirala šipka ili cijev. Ova metoda osigurava maksimalnu ispunjenost kompozita vlaknima (do 85%), njihovu ravnomjernu raspodjelu po presjeku i kontinuitet procesa.

Aluminijski matrični materijali. Materijali aluminijske matrice uglavnom su ojačani čeličnom žicom (SWI), borovim vlaknima (BFA) i ugljičnim vlaknima (CF). Kao matrica koriste se i tehnički aluminij (na primjer, AD1) i legure (AMg6, V95, D20 itd.).

Korištenje legure (na primjer, B95) kao matrice, ojačane toplinskom obradom (kaljenje i starenje), daje dodatni učinak jačanja sastava. Međutim, u smjeru osi vlakana on je mali, dok u poprečnom smjeru, gdje su svojstva određena uglavnom svojstvima matrice, doseže 50%.

Najjeftiniji, najučinkovitiji i pristupačniji armaturni materijal je čelična žica visoke čvrstoće. Dakle, armiranje tehničkog aluminija čeličnom žicom VNS9 promjera 0,15 mm (σ in = 3600 MPa) povećava njegovu čvrstoću za 10-12 puta s volumnim udjelom vlakana od 25% i 14-15 puta s povećanjem sadržaja na 40%, nakon čega privremena otpornost doseže 1000-1200 odnosno 1450 MPa. Ako se za armiranje koristi žica manjeg promjera, odnosno veće čvrstoće (σ in = 4200 MPa), privremena otpornost kompozitnog materijala će se povećati na 1750 MPa. Tako aluminij ojačan čeličnom žicom (25-40%) po svojim osnovnim svojstvima znatno premašuje čak i aluminijske legure visoke čvrstoće i doseže razinu odgovarajućih svojstava titanovih legura. U ovom slučaju, gustoća sastava je u rasponu od 3900-4800 kg/m 3 .

Ojačavanje aluminija i njegovih legura skupljim vlaknima B, C, A1 2 O e poskupljuje kompozitne materijale, ali istodobno se učinkovitije poboljšavaju neka svojstva: na primjer, kada se ojačavaju borovim vlaknima, povećava se modul elastičnosti 3 -4 puta, karbonska vlakna pomažu smanjiti gustoću. Bor malo omekšava s povećanjem temperature, tako da sastavi ojačani borovim vlaknima zadržavaju visoku čvrstoću do 400-500 ° C. Materijal koji sadrži 50 vol.% kontinuiranih borovih vlakana visoke čvrstoće i visokog modula (VKA-1) pronašao je industrijsku primjena. U pogledu modula elastičnosti i privremene otpornosti u temperaturnom rasponu od 20-500°C, nadilazi sve standardne legure aluminija, uključujući i legure visoke čvrstoće (B95), i legure posebno dizajnirane za rad na visokim temperaturama (AK4-1), što je jasno prikazano na sl. 13.35. Visoka sposobnost prigušivanja materijala osigurava otpornost na vibracije konstrukcija izrađenih od njega. Gustoća legure je 2650 kg/m 3, a specifična čvrstoća 45 km. To je znatno više nego kod čelika visoke čvrstoće i legura titana.

Proračuni su pokazali da zamjena legure B95 legurom titana u proizvodnji krila zrakoplova s elementima za pojačanje iz VKA-1 povećava njegovu krutost za 45% i omogućuje uštedu težine od oko 42%.

Kompoziti ojačani ugljičnim vlaknima (CFRP) na bazi aluminija jeftiniji su i lakši od kompozita s borovim vlaknima. I iako su inferiorni u odnosu na potonje u snazi, imaju sličnu specifičnu snagu (42 km). Međutim, proizvodnja kompozitnih materijala s ugljičnim ojačačem povezana je s velikim tehnološkim poteškoćama zbog interakcije ugljika s metalnim matricama pri zagrijavanju, što uzrokuje smanjenje čvrstoće materijala. Kako bi se uklonio ovaj nedostatak, koriste se posebni premazi od karbonskih vlakana.

Materijali s magnezijskom matricom. Materijali s magnezijevom matricom (MCM) odlikuju se nižom gustoćom (1800-2200 kg/m3) nego s aluminijem, uz približno jednako visoku čvrstoću od 1000-1200 MPa i stoga veću specifičnu čvrstoću. Deformabilne legure magnezija (MA2 i druge), ojačane borovim vlaknima (50 vol.%), imaju specifičnu čvrstoću > 50 km. Dobra kompatibilnost magnezija i njegovih legura s borovim vlaknima, s jedne strane, omogućuje izradu dijelova metodom impregnacije praktički bez naknadne mehaničke obrade, as druge strane, osigurava dug vijek trajanja dijelova na povišenim temperaturama. temperature. Specifična čvrstoća ovih materijala povećava se upotrebom lakih legura legiranih litijem kao matrice, kao i upotrebom lakših karbonskih vlakana. Ali, kao što je ranije rečeno, uvođenje ugljičnih vlakana komplicira tehnologiju već niskotehnoloških legura. Kao što je poznato, magnezij i njegove legure imaju nisku tehnološku plastičnost i sklonost stvaranju labavog oksidnog filma.

Kompozitni materijali na bazi titana. Pri izradi kompozitnih materijala na bazi titana nastaju poteškoće zbog potrebe zagrijavanja do visokih temperatura. Na visokim temperaturama titanska matrica postaje vrlo aktivna; stječe sposobnost upijanja plinova i interakcije s mnogim ojačivačima: borom, silicijevim karbidom, aluminijevim oksidom itd. Kao rezultat toga nastaju reakcijske zone i smanjuje se čvrstoća i samih vlakana i kompozitnih materijala u cjelini. Osim toga, visoke temperature dovode do rekristalizacije i omekšavanja mnogih armaturnih materijala, što smanjuje učinak ojačanja armature. Stoga se za ojačavanje materijala s titanskom matricom koriste žice od berilija i keramička vlakna od vatrostalnih oksida (Al 2 0 3), karbida (SiC), kao i vatrostalnih metala s visokim modulom elastičnosti i visokom temperaturom rekristalizacije (Mo, W ) su korišteni. Štoviše, svrha armature uglavnom nije povećati ionako visoku specifičnu čvrstoću, već povećati modul elastičnosti i povećati radne temperature. Mehanička svojstva legure titana VT6 (6% A1, 4% V, ostatak A1), ojačane vlaknima Mo, Be i SiC, prikazani su u tablici. 13.9. Kako se vidi iz. Tablica, specifična krutost se najučinkovitije povećava kada je ojačana vlaknima silicijevog karbida.

Ojačanje legure VT6 molibdenskom žicom pomaže u održavanju visokih vrijednosti modula elastičnosti do 800 "C. Njegova vrijednost na ovoj temperaturi odgovara 124 GPa, tj. smanjuje se za 33%, dok se privremena vlačna čvrstoća smanjuje na 420 MPa , tj. više od 3 puta.

Kompozitni materijali na bazi nikla. CM otporni na toplinu izrađeni su na bazi legura nikla i kobalta, ojačani keramikom (SiC, Si 3 Ni 4, Al 2 O 3) i ugljičnim vlaknima. Glavni zadatak u stvaranju kompozitnih materijala na bazi nikla (NBC) je povećanje radnih temperatura iznad 1000 °C. A jedno od najboljih metalnih ojačanja koje može pružiti dobru čvrstoću na tako visokim temperaturama je volframova žica. Uvođenje volframove žice u količini od 40 do 70 vol.% u leguru nikal-kroma daje čvrstoću na 1100 ° C tijekom 100 sati, odnosno 130 i 250 MPa, dok je najbolja neojačana legura nikla, dizajnirana za rad u sličnim uvjetima, ima čvrstoću od 75 MPa. Korištenje žice od legura volframa s renijem ili hafnijem za ojačanje povećava ovu brojku za 30-50%.

Kompozitni materijali koriste se u mnogim industrijama, a prvenstveno u zrakoplovstvu, raketnoj i svemirskoj tehnici, gdje je posebno važno smanjenje težine konstrukcija uz povećanje čvrstoće i krutosti. Zbog svoje visoke karakteristike specifične čvrstoće i krutosti, koriste se u proizvodnji, na primjer, horizontalnih stabilizatora i flapsova zrakoplova, lopatica rotora i kontejnera helikoptera, tijela i komora za izgaranje mlaznih motora itd. Upotreba kompozitnih materijala u strukturama zrakoplova smanjio je njihovu težinu za 30-40%, povećao nosivost bez smanjenja brzine i doleta.

Trenutno se kompozitni materijali koriste u konstrukciji energetskih turbina (rad turbine i lopatice mlaznica), automobilskoj industriji (karoserije automobila i hladnjaka, dijelovi motora), strojogradnji (kućišta i dijelovi strojeva), kemijskoj industriji (autoklavi, spremnici, spremnici), brodogradnja (trupovi čamaca, čamci, propeleri) itd.

Posebna svojstva kompozitnih materijala omogućuju njihovu upotrebu kao elektroizolacijskih materijala (organska vlakna), radio-prozirnih obloga (staklena vlakna), kliznih ležajeva (ugljična vlakna) i drugih dijelova.

Kompozitni materijali s keramičkom matricom. Za najviše radne temperature kao matrični materijal koristi se keramika. Kao keramičke matrice koriste se silikatni (SiO 2), aluminosilikatni (Al 2 O 3 - SiO 2), aluminoborosilikatni (Al 2 O 3 - B 2 O 3 - SiO 2) materijali, vatrostalni aluminijevi oksidi (Al 2 O 3), cirkonij. (ZrO 2), berilij (BeO), silicij nitrid (Si 3 N 4), titan boridi (TiB 2) i cirkonij (ZrB 2), silicij karbidi (SiC) i titan (TiC). Kompoziti s keramičkom matricom imaju visoka tališta, otpornost na oksidaciju, toplinske udare i vibracije te tlačnu čvrstoću. Keramički CM na bazi karbida i oksida s dodacima metalnog praha (< 50об. %) называются kermete . Osim praha, metalna žica od volframa, molibdena, niobija, čelika otpornog na toplinu, kao i nemetalna vlakna (keramička i ugljična) koriste se za ojačanje keramičkih CM. Korištenje metalne žice stvara plastični okvir koji štiti CM od uništenja kada krhka keramička matrica pukne. Nedostatak keramičkih CM-ova ojačanih metalnim vlaknima je njihova niska toplinska otpornost. CM s matricom od vatrostalnih oksida (mogu se koristiti do 1000 °C), borida i nitrida (do 2000 °C) i karbida (preko 2000 °C) imaju visoku otpornost na toplinu. Kada su keramički CM ojačani vlaknima silicijevog karbida, postiže se visoka čvrstoća veze između njih i matrice, u kombinaciji s otpornošću na oksidaciju pri visokim temperaturama, što im omogućuje upotrebu za proizvodnju teško opterećenih dijelova (visoke temperature ležajevi, brtve, radne lopatice plinskoturbinskih motora itd.). Glavni nedostatak keramike - nedostatak duktilnosti - donekle se kompenzira armirajućim vlaknima koja sprječavaju širenje pukotina u keramici.

Ugljik-ugljik kompozit . Korištenje amorfnog ugljika kao matričnog materijala, te kristalnih karbonskih (grafitnih) vlakana kao materijala za ojačanje, omogućilo je stvaranje kompozita koji može izdržati zagrijavanje do 2500 °C. Takav kompozit ugljik-ugljik obećava za astronautiku i transatmosfersko zrakoplovstvo. Nedostatak ugljične matrice je moguća oksidacija i ablacija. Kako bi se spriječile ove pojave, kompozit je presvučen tankim slojem silicij karbida.

Karbonska matrica, slična ugljičnim vlaknima po fizičkim i kemijskim svojstvima, osigurava toplinsku stabilnost CCCM-a

Najčešće korištene metode za proizvodnju ugljik-ugljik kompozita su:

1. karbonizacija polimerne matrice prethodno oblikovane preforme karbonskih vlakana toplinskom obradom na visokim temperaturama u neoksidirajućoj okolini;

2. taloženje iz plinske faze pirolitičkog ugljika, nastaju tijekom toplinske razgradnje ugljikovodika u porama podloge od karbonskih vlakana.

Obje ove metode imaju svoje prednosti i nedostatke. Prilikom stvaranja UKCM-a često se kombiniraju kako bi kompozit dobio potrebna svojstva.

Karbonizacija polimerne matrice. Proces karbonizacije je toplinska obrada proizvoda od karbonskih vlakana na temperaturu od 1073 K u neoksidirajućem okruženju (inertni plin, sloj ugljena itd.). Svrha toplinske obrade je pretvaranje veziva u koks. Tijekom procesa karbonizacije dolazi do toplinske destrukcije matrice, praćene gubitkom mase, skupljanjem, stvaranjem velikog broja pora i, kao rezultat toga, smanjenjem fizičkih i mehaničkih svojstava kompozita.

Karbonizacija se najčešće provodi u otpornim retortnim pećima. Retorta izrađena od legure otporne na toplinu štiti proizvod od oksidacije atmosferskim kisikom, a grijaće elemente i izolaciju od kontakta s hlapljivim korozivnim produktima pirolize veziva i osigurava ravnomjerno zagrijavanje reakcijskog volumena peći.

Mehanizam i kinetika karbonizacije određeni su omjerom brzina disocijacije kemijskih veza i rekombinacije nastalih radikala. Proces je popraćen uklanjanjem isparljivih smolastih spojeva i plinovitih produkata i stvaranjem krutog koksa, obogaćenog atomima ugljika. Stoga je u procesu karbonizacije ključna točka izbor temperaturnih i vremenskih uvjeta, koji trebaju osigurati maksimalno stvaranje koksnog taloga iz veziva, budući da mehanička čvrstoća karboniziranog kompozita ovisi, između ostalog, o količini koksa. formirana.

Što su veće dimenzije proizvoda, to bi proces karbonizacije trebao biti duži. Brzina porasta temperature tijekom karbonizacije je od nekoliko stupnjeva do nekoliko desetaka stupnjeva na sat, trajanje procesa karbonizacije je 300 sati ili više. Karbonizacija obično završava u temperaturnom području od 1073-1773 K, što odgovara temperaturnom području prijelaza ugljika u grafit.

Svojstva CCCM-a uvelike ovise o vrsti početnog veziva, a to su sintetičke organske smole koje proizvode visoku količinu koksnog ostatka. Najčešće se u tu svrhu koriste fenol-formaldehidne smole zbog njihove proizvodnosti, niske cijene, a koks koji nastaje u ovom procesu je vrlo izdržljiv.

Fenol-formaldehidne smole imaju određene nedostatke. Zbog polikondenzacijske prirode njihovog stvrdnjavanja i otpuštanja hlapljivih spojeva, teško je dobiti homogenu gustu strukturu. Stupanj skupljanja tijekom karbonizacije fenol-formaldehidnih veziva veći je nego kod drugih vrsta veziva koji se koriste u proizvodnji CCCM-a, što dovodi do pojave unutarnjih naprezanja u karboniziranom kompozitu i smanjenja njegovih fizikalno-mehaničkih svojstava.

Furanska veziva proizvode gušći koks. Njihovo skupljanje tijekom karbonizacije je manje, a čvrstoća koksa veća od fenolformaldehidnih smola. Stoga se, unatoč složenijem ciklusu otvrdnjavanja, u proizvodnji CCCM koriste i veziva na bazi furfurala, furfuriliden acetona i furil alkohola.

Ugljeni i naftni smoli vrlo su obećavajući za dobivanje ugljikove matrice zbog visokog sadržaja ugljika (do 92-95%) i visokog koksnog broja. Prednosti smola u odnosu na ostala veziva su dostupnost i niska cijena, eliminacija otapala iz tehnološkog procesa, dobra grafitabilnost koksa i njegova velika gustoća. Nedostaci smola uključuju stvaranje značajne poroznosti, deformaciju proizvoda i prisutnost kancerogenih spojeva u njihovom sastavu, što zahtijeva dodatne sigurnosne mjere.

Zbog otpuštanja hlapljivih spojeva tijekom toplinske razgradnje smole, u karboniziranoj plastici se pojavljuje značajna poroznost, što smanjuje fizikalna i mehanička svojstva CCCM-a. Stoga faza karbonizacije karbonskih vlakana dovršava proces dobivanja samo poroznih materijala koji ne zahtijevaju visoku čvrstoću, na primjer, CCCM niske gustoće za potrebe toplinske izolacije. Tipično, kako bi se uklonila poroznost i povećala gustoća, karbonizirani materijal se ponovno impregnira vezivom i karbonizira (ovaj ciklus se može ponoviti nekoliko puta). Ponovljena impregnacija se provodi u autoklavima u režimu "vakuum-tlak", tj. prvo se obradak zagrijava u vakuumu, nakon čega se dovodi vezivo i stvara se višak tlaka do 0,6-1,0 MPa. Tijekom impregnacije koriste se otopine i taline veziva, a poroznost kompozita se svakim ciklusom smanjuje, pa je potrebno koristiti veziva smanjene viskoznosti. Stupanj zbijenosti kod reimpregnacije ovisi o vrsti veziva, koksnom broju, poroznosti proizvoda i stupnju ispunjenosti pora. Kako se gustoća povećava tijekom ponovljene impregnacije, povećava se i čvrstoća materijala. Koristeći ovu metodu, moguće je dobiti CCCM s gustoćom do 1800 kg / m 3 i više. Metoda karbonizacije ugljičnih vlakana je relativno jednostavna, ne zahtijeva složenu opremu i osigurava dobru obnovljivost svojstava materijala dobivenih proizvoda. Međutim, potreba za ponovljenim operacijama zbijanja značajno produljuje i poskupljuje dobivanje proizvoda iz CCCM-a, što je ozbiljan nedostatak ove metode.

Po primitku UKCM od strane metoda taloženja pirolitičkog ugljika iz plinske faze plin ugljikovodika (metan, benzen, acetilen itd.) ili mješavina ugljikovodika i plina razrjeđivača (inertni plin ili vodik) difundira kroz porozni okvir od karbonskih vlakana, gdje pod utjecajem visoke temperature dolazi do razgradnje ugljikovodika na zagrijanu površinu vlakna. Taloženi pirougljik postupno stvara spojne mostove između vlakana. Kinetika taloženja i struktura dobivenog pirolitičkog ugljika ovise o mnogim čimbenicima: temperaturi, brzini protoka plina, tlaku, reakcijskom volumenu itd. Svojstva dobivenih kompozita također su određena vrstom i sadržajem vlakana, te shema armature.

Proces taloženja provodi se u vakuumu ili pod tlakom u indukcijskim pećima, kao iu otpornim pećima.

Razvijeno je nekoliko tehnoloških metoda za proizvodnju pirolitičke ugljične matrice.

Izotermnom metodom obradak se nalazi u jednolično zagrijanoj komori. Ravnomjerno zagrijavanje u indukcijskoj peći osigurava se uz pomoć elementa za generiranje goriva - suceptora od grafita. Plin ugljikovodika dovodi se kroz dno peći i difundira kroz reakcijski volumen i radni komad; plinoviti produkti reakcije uklanjaju se kroz ispust u poklopcu peći.

Proces se obično provodi pri temperaturi od 1173-1423 K i tlaku od 130-2000 kPa. Pad temperature dovodi do smanjenja brzine taloženja i prekomjernog produljenja trajanja procesa. Povećanje temperature ubrzava taloženje pirolitičkog ugljika, ali plin nema vremena difundirati u volumen izratka i dolazi do površinskog raslojavanja pirolitičkog ugljika. Proces traje stotine sati.

Izotermna metoda obično se koristi za izradu dijelova s tankim stijenkama, budući da su u ovom slučaju pore koje se nalaze blizu površine proizvoda pretežno ispunjene.

Koristi se za volumetrijsku zasićenost pora i izradu proizvoda debelih stijenki. neizotermna metoda, koji se sastoji u stvaranju temperaturnog gradijenta u obratku stavljanjem na zagrijani trn ili jezgru ili izravnim zagrijavanjem strujom. Ugljikovodik se dovodi sa strane koja ima nižu temperaturu. Tlak u peći obično je jednak atmosferskom tlaku. Kao rezultat toga, taloženje pirolitičkog ugljika događa se u najtoplijoj zoni. Učinak hlađenja plina koji teče preko površine velikom brzinom primarni je način postizanja temperaturnog gradijenta.

Povećanje gustoće i toplinske vodljivosti kompozita dovodi do pomicanja fronte temperature taloženja, što u konačnici osigurava volumetrijsku zbijenost materijala i proizvodnju proizvoda visoke gustoće (1700-1800 kg/m3).

Izotermna metoda za proizvodnju CCCM s pirokarbonskom matricom karakteriziraju sljedeće prednosti: dobra ponovljivost svojstava; jednostavnost tehničkog dizajna; visoka gustoća i dobra grafitabilnost matrice; mogućnost obrade nekoliko proizvoda istovremeno.

Nedostaci uključuju: nisku stopu taloženja; površinsko taloženje pirolitičkog ugljika; slabo popunjavanje velikih pora.

Neizotermna metoda ima sljedeće prednosti: visoka brzina taloženja; mogućnost popunjavanja velikih pora; volumetrijsko zbijanje proizvoda.

Njegovi nedostaci su sljedeći: složen dizajn hardvera; obrađuje se samo jedan proizvod; nedovoljna gustoća i grafitabilnost matrice; stvaranje mikropukotina.

3.4.4. Visokotemperaturna toplinska obrada (grafitizacija) CCCM. Struktura karbonizirane plastike i kompozita s pirokarbonskom matricom nakon zbijanja iz plinske faze je nesavršena. Međuslojna udaljenost d002, koja karakterizira stupanj uređenosti ugljikove matrice, relativno je velika - preko 3,44·10 4 μm, a veličine kristala su relativno male - obično ne više od 5·10 -3 μm, što je tipično za dvodimenzionalni poredak osnovnih slojeva ugljika. Osim toga, tijekom procesa proizvodnje u njima mogu nastati unutarnji naprezanja, što može dovesti do deformacija i izobličenja strukture proizvoda kada se ti materijali koriste na temperaturama iznad temperature karbonizacije ili taloženja pirolitičkog ugljika. Stoga, ako je potrebno dobiti toplinski stabilniji materijal, on se podvrgava visokotemperaturnoj obradi. Konačna temperatura toplinske obrade određena je radnim uvjetima, ali je ograničena sublimacijom materijala, koja se intenzivno događa na temperaturama iznad 3273 K. Toplinska obrada se provodi u indukcijskim ili otpornim pećima u neoksidirajućoj okolini (grafitno zatrpavanje, vakuum, inertni plin). Promjena svojstava materijala ugljik-ugljik tijekom visokotemperaturne toplinske obrade određena je mnogim čimbenicima: vrstom punila i matrice, konačnom temperaturom i trajanjem toplinske obrade, vrstom medija i njegovim tlakom i drugim čimbenicima. Pri visokim temperaturama prevladavaju se energetske barijere u ugljičnom materijalu, sprječavajući kretanje višenuklearnih spojeva, njihovo pričvršćivanje i međusobno preusmjeravanje uz veći stupanj zbijanja.

Ti procesi traju kratko, a stupanj pretvorbe uglavnom je određen temperaturom. Stoga je trajanje procesa visokotemperaturne toplinske obrade mnogo kraće nego kod karbonizacije ili taloženja pirokarbona i obično iznosi nekoliko sati. Tijekom visokotemperaturne toplinske obrade karbonizirane plastike dolazi do nepovratnih deformacija proizvoda i postupnog "zacjeljivanja" nedostataka. Za dobro grafitizirane materijale na bazi smola na temperaturama iznad 2473 K opaža se intenzivan rast trodimenzionalno uređenih kristalita ugljika sve do prijelaza u grafitnu strukturu. Istodobno, u karboniziranoj plastici koja se temelji na slabo grafitiziranim polimernim vezivima, strukturni defekti postoje do 3273 K i materijal ostaje u negrafitiziranom strukturnom obliku.

Kompozitni materijali sastoje se od metalne matrice (obično Al, Mg, Ni i njihove legure), ojačane vlaknima visoke čvrstoće (vlaknasti materijali) ili fino dispergiranih vatrostalnih čestica koje se ne otapaju u osnovnom metalu (materijali ojačani disperzijom). Metalna matrica povezuje vlakna (raspršene čestice) u jedinstvenu cjelinu. Vlakna (raspršene čestice) plus vezivo (matrica) koji čine jedan ili drugi sastav nazivaju se kompozitni materijali.

Kompozitni materijali s nemetalnom matricom

Kompozitni materijali s nemetalnom matricom našli su široku primjenu. Kao nemetalne matrice koriste se polimerni, karbonski i keramički materijali. Polimerne matrice koje se najviše koriste su epoksi, fenol-formaldehid i poliamid.

Koksirane ili pirokarbonske ugljikove matrice dobivaju se iz sintetskih polimera podvrgnutih pirolizi. Matrica veže sastav, dajući mu oblik. Ojačivači su vlakna: staklena, ugljična, borova, organska, na bazi kristala brkova (oksidi, karbidi, boridi, nitridi i drugi), kao i metal (žice), koji imaju visoku čvrstoću i krutost.

Svojstva kompozitnih materijala ovise o sastavu komponenata, njihovoj kombinaciji, količinskom omjeru i čvrstoći veze između njih.

Materijali za ojačanje mogu biti u obliku vlakana, niti, niti, traka, višeslojnih tkanina.

Sadržaj učvršćivača u orijentiranim materijalima je 60-80 vol.%, u neorijentiranim materijalima (s diskretnim vlaknima i brkovima) - 20-30 vol.%. Što je veća čvrstoća i modul elastičnosti vlakana, veća je čvrstoća i krutost kompozitnog materijala. Svojstva matrice određuju čvrstoću na smicanje i pritisak sastava te otpornost na slom uslijed zamora.

S obzirom na vrstu ojačanja, kompozitni materijali se dijele na staklena vlakna, ugljična vlakna s ugljičnim vlaknima, borova vlakna i organovlakna.

U slojevitim materijalima, vlakna, niti, trake impregnirane vezivom polažu se paralelno jedna s drugom u ravnini polaganja. Ravni slojevi se sastavljaju u ploče. Svojstva su anizotropna. Da bi materijal funkcionirao u proizvodu, važno je uzeti u obzir smjer djelovanja opterećenja. Moguće je stvoriti materijale s izotropnim i anizotropnim svojstvima. Vlakna možete postaviti pod različitim kutovima, mijenjajući svojstva kompozitnih materijala. Krutost materijala na savijanje i torziju ovisi o redoslijedu kojim su slojevi položeni po debljini paketa.

Koriste se ojačanja od tri, četiri ili više niti.

Najraširenija struktura je struktura od tri međusobno okomite niti. Armature mogu biti smještene u aksijalnom, radijalnom i obodnom smjeru.

Trodimenzionalni materijali mogu biti bilo koje debljine u obliku blokova ili cilindara. Glomazne tkanine povećavaju otpornost na ljuštenje i otpornost na smicanje u usporedbi s laminiranim tkaninama. Razlaganjem armature po dijagonalama kocke konstruira se sustav od četiri niti. Struktura od četiri niti je ravnotežna i ima povećanu posmičnu krutost u glavnim ravninama.

Međutim, stvaranje četverosmjernih materijala je teže nego stvaranje trosmjernih materijala.

Ova vrsta kompozitnih materijala uključuje materijale kao što je SAP (sinterirani aluminijski prah), koji su aluminij ojačan raspršenim česticama aluminijevog oksida. Aluminijski prah se dobiva raspršivanjem rastaljenog metala, nakon čega slijedi mljevenje u kuglastim mlinovima do veličine od oko 1 mikrona u prisutnosti kisika. S povećanjem vremena mljevenja prah postaje finiji i povećava se njegov sadržaj aluminijevog oksida. Daljnja tehnologija proizvodnje proizvoda i poluproizvoda iz SAP-a uključuje hladno prešanje, predsinteriranje, toplo prešanje, valjanje ili ekstruziju sinterirane aluminijske gredice u obliku gotovih proizvoda koji se mogu podvrgnuti dodatnoj toplinskoj obradi.

Legure tipa SAP koriste se u zrakoplovnoj tehnici za izradu dijelova visoke specifične čvrstoće i otpornosti na koroziju, koji rade na temperaturama do 300 - 500 °C. Koriste se za izradu klipnjača, lopatica kompresora, ljuski gorivih elemenata i cijevi izmjenjivača topline.

Ojačanje aluminija i njegovih legura čeličnom žicom povećava njihovu čvrstoću, povećava modul elastičnosti, otpornost na zamor i proširuje temperaturni raspon vijeka trajanja materijala.

Vrlo obećavajući materijal je sastav aluminij-berilijeve žice, koji ostvaruje visoka fizikalna i mehanička svojstva berilijeve armature i, prije svega, njenu nisku gustoću i visoku specifičnu krutost. Kompozicije s berilijevom žicom dobivaju se difuzijskim zavarivanjem paketa izmjeničnih slojeva berilijeve žice i listova matrice. Za izradu dijelova tijela rakete i spremnika za gorivo koriste se legure aluminija ojačane čeličnom i berilijskom žicama.

U sastavu "aluminij - karbonska vlakna", kombinacija armature niske gustoće i matrice omogućuje stvaranje kompozitnih materijala visoke specifične čvrstoće i krutosti. Nedostatak karbonskih vlakana je njihova krhkost i velika reaktivnost. Sastav aluminij-ugljik dobiva se impregniranjem ugljičnih vlakana tekućim metalom ili korištenjem metoda metalurgije praha. Tehnološki, najlakši način za to je provlačenje snopova karbonskih vlakana kroz rastaljeni aluminij.

Aluminij-ugljični kompoziti koriste se u strukturama spremnika goriva modernih borbenih zrakoplova. Zbog visoke specifične čvrstoće i krutosti materijala, težina spremnika goriva smanjena je za 30%. Ovaj se materijal također koristi za izradu turbinskih lopatica za zrakoplovne plinskoturbinske motore.

Kompozitni materijali s nemetalnom matricom

Kompozitni materijali s nemetalnom matricom našli su široku primjenu u industriji. Kao nemetalne matrice koriste se polimerni, karbonski i keramički materijali. Polimerne matrice koje se najviše koriste su epoksi, fenol-formaldehid i poliamid. Ugljene matrice su koksirane ili dobivene od sintetskih polimera podvrgnutih pirolizi (razgradnja, dezintegracija). Matrica veže sastav, dajući mu oblik. Ojačivači su vlakna: staklena, ugljična, borova, organska, na bazi kristala brkova (oksidi, karbidi, boridi, nitridi, itd.), Kao i metal (žice), koji imaju visoku čvrstoću i krutost.

Svojstva kompozitnih materijala ovise o sastavu komponenata, njihovoj kombinaciji, količinskom omjeru i čvrstoći veze između njih.

Sadržaj učvršćivača u orijentiranim materijalima je 60 - 80 vol. %, u neorijentiranim (s diskretnim vlaknima i brkovima) - 20 - 30 vol. %. Što je veća čvrstoća i modul elastičnosti vlakana, veća je čvrstoća i krutost kompozitnog materijala. Svojstva matrice određuju čvrstoću na smicanje i pritisak sastava te otpornost na slom uslijed zamora.

S obzirom na vrstu ojačanja, kompozitni materijali se dijele na staklena vlakna, ugljična vlakna s ugljičnim vlaknima, borova vlakna i organovlakna.

U slojevitim materijalima, vlakna, niti, trake impregnirane vezivom polažu se paralelno jedna s drugom u ravnini polaganja. Planarni slojevi se sastavljaju u ploče. Svojstva su anizotropna. Da bi materijal funkcionirao u proizvodu, važno je uzeti u obzir smjer djelovanja opterećenja. Možete stvoriti materijale s izotropnim i anizotropnim svojstvima. Vlakna možete postaviti pod različitim kutovima, mijenjajući svojstva kompozitnih materijala. Krutost materijala na savijanje i torziju ovisi o redoslijedu kojim su slojevi položeni po debljini paketa.

Koriste se ojačanja od tri, četiri ili više niti (slika 7). Najraširenija struktura je struktura od tri međusobno okomite niti. Armature mogu biti smještene u aksijalnom, radijalnom i obodnom smjeru.

Trodimenzionalni materijali mogu biti bilo koje debljine u obliku blokova ili cilindara. Glomazne tkanine povećavaju otpornost na ljuštenje i otpornost na smicanje u usporedbi s laminiranim tkaninama. Postavljanjem armature po dijagonalama kocke konstruira se sustav od četiri niti. Struktura od četiri niti je ravnotežna i ima povećanu posmičnu krutost u glavnim ravninama. Međutim, stvaranje četverosmjernih materijala je teže nego stvaranje trosmjernih materijala.

Riža. 7. Shema armiranja kompozitnih materijala: 1- pravokutno, 2- šesterokutno, 3- koso, 4- zakrivljenim vlaknima, 5 – sustav od n niti.

Najučinkovitiji sa stajališta uporabe u najtežim uvjetima suhog trenja su antifrikcijski materijali na bazi politetrafluoroetilena (PTFE).

PTFE karakterizira prilično visok statički koeficijent trenja, međutim, tijekom trenja klizanja na površini PTFE-a nastaje vrlo tanak sloj visoko orijentiranog polimera koji pomaže izjednačavanju statičkih i dinamičkih koeficijenata trenja i glatkom kretanju pri klizanju . Kada se smjer klizanja promijeni, prisutnost usmjerenog površinskog filma uzrokuje privremeno povećanje koeficijenta trenja, čija se vrijednost ponovno smanjuje kako se površinski sloj preusmjerava. Ovakvo ponašanje PTFE-a pri trenju dovelo je do njegove široke upotrebe u industriji, gdje se PTFE bez punila uglavnom koristi za proizvodnju ležajeva. U mnogim slučajevima, nepodmazani ležajevi moraju raditi pri višim stopama trenja. Istodobno, neispunjeni PTFE karakteriziraju visoke vrijednosti koeficijenta trenja i stope trošenja. Kompozitni materijali, najčešće na bazi PTFE-a, našli su široku primjenu kao materijali za nepodmazane ležajeve koji rade u takvim uvjetima.

Najjednostavniji način smanjenja relativno visoke stope trošenja PTFE tijekom suhog trenja je uvođenje praškastih punila. Istodobno se povećava otpornost na puzanje tijekom kompresije i uočava se značajan porast otpornosti na trošenje tijekom suhog trenja. Uvođenje optimalne količine punila omogućuje povećanje otpornosti na habanje do 10 4 puta.

Polimeri i kompozitni materijali koji se temelje na njima imaju jedinstven skup fizičkih i mehaničkih svojstava, zahvaljujući kojima se uspješno natječu s tradicionalnim konstrukcijskim čelicima i legurama, au nekim slučajevima, bez uporabe polimernih materijala nemoguće je osigurati tražene funkcionalne karakteristike i performanse specijalnih proizvoda i strojeva. Visoka obradivost i niska energetska intenzivnost tehnologija za preradu plastike u proizvode, u kombinaciji s gore navedenim prednostima PCM-a, čine ih vrlo obećavajućim materijalima za dijelove strojeva za različite namjene.