Introduo aos compsitos

Um material compsito uma macroscpica combinao de dois ou mais materiais distintos, tendo uma relao evidente entre eles. Compsitos so usados no s por suas propriedades estruturais, mas tambm por suas caracteristicas eltricas, trmicas, aplicaes tribolgicas e ambientais. Modernos materiais compsitos so geralmente otimizados para alcanar um equilbrio particular de propriedades de um determinado intervalo de aplicaes. Dada a vasta gama de materiais que podem ser considerados como compsitos e da ampla gama de utilizaes para as quais materiais compsitos pode ser concebido, difcil chegar a um acordo sobre uma definio til, nica e simples. No entanto, como uma definio prtica, materiais compsitos pode ser restringido para enfatizar esses materiais que contm um componente matriz contnua que une e d forma a um componente de reforo mais forte, mais aguerrida. O resultando material compsito tem um saldo de propriedades estruturais que superior a qualquer material constituinte sozinho. A melhoria estrutural propriedades geralmente resultam de um compartilhamento de carga mecanismo. Apesar de compsitos otimizadas para outras propriedades funcionais (alm de alta eficincia estrutural) pode ser produzido a partir de completamente diferentes combinaes de constituintes que se encaixam nessa definio estrutural, tem sido descoberto que compsitos estruturais desenvolvidos para aplicaes tambm fornecer desempenho atraente nessas outras reas funcionais tambm. Como resultado, esta definio simples para compsitos estruturais fornece uma definio til para a maioria dos atuais compostos funcionais.

Assim, compostos normalmente tm uma fibra ou partcula fase que mais duro e mais forte do que o fase matriz contnua. Varios tipos de reforos muitas vezes tambm tm boas condutividade trmicas e eltrica, um coeficiente de trmica expanso (CTE), que menos do que a matriz, e/ou boa resistncia ao desgaste. H, no entanto, excees que ainda podem ser considerados compsitos, polmeros como a borracha modificado, onde a fase descontnua mais compatvel e mais dctil que o polmero, resultando em melhoria tenacidade. Da mesma forma, os fios de ao tm sido utilizados para reforar ferro fundido cinzento em caminho eo reboque tambores de freio. Compsitos so comumente classificados em dois nveis distintos. O primeiro nvel de classificao normalmente feitas com respeito ao componente da matriz. As principais classes composto orgnico incluem compsitos de matriz (MAC), metal-matriz compsitos (MMCs), e cermica-matriz de compsitos (CMCs). O termo "compostos orgnicos de matriz" geralmente aceite que incluem duas classes de compostos: polmeros compsitos de matriz (PMCs) e carbono-compsitos de matriz (Comumente referido como compsitos de carbonocarbono). De carbono-matriz de compsitos so tipicamente formado a partir de PMCs, incluindo as etapas extra de carbonizao e densificao do polmero original matriz. Na pesquisa e desenvolvimento comunidade, intermetlicos-compsitos de matriz (IMCs) s vezes so listados como uma classificao que diferente de MMCs. No entanto, significativa aplicaes comerciais de IMCs ainda no existem, e em um sentido prtico fazer estes materiais no fornecer um conjunto de propriedades radicalmente diferentes em relao ao MMCs. Em cada um desses sistemas, o matriz tipicamente uma fase contnua ao longo o componente. O segundo nvel de classificao se refere reforo forma de partculas, reforos, whisker reforos, a fibra contnua laminada compsitos, tecidos e compsitos (Malha tranada e arquiteturas de fibra esto includos nesta categoria), conforme ilustrado na figura. 1 (Ref. 1). A fim de proporcionar um aumento til em propriedades, geralmente no deve ser um substancial frao de volume (10% ou mais) do reforo. Um reforo considerado uma "partcula" se todas as suas dimenses so aproximadamente iguais. Assim, partculas compsitos reforados incluem aqueles reforados por esferas, barras, flocos, e muitas outras formas de eixos mais ou menos igual. Reforos bigode, com uma proporo tipicamente entre cerca de 20 a 100, so muitas vezes considerado juntamente com partculas em MMCs. Juntos, esses so classificados como "descontnuo" reforos, porque o reforo fase descontnua para o menor volume fraes normalmente utilizados em MMCs. H tambm materiais, geralmente polmeros, que contm partculas que se estendem ao invs de reforar

o material. Estes so geralmente referidos como "cheio" sistemas. Porque as partculas de enchimento so includos para a finalidade de reduo de custos, em vez de reforo, estes compostos no so geralmente considerados compostos de partculas. No entanto, em alguns casos, o preenchimento tambm vai reforar o material da matriz. O mesmo pode ser verdadepara as partculas adicionadas para fins no-estruturais, tais como resistncia ao fogo, o controle de encolhimento e aumento da condutividade trmica ou eltrica.

Contnua compsitos reforados por fibras contm reforos ter comprimentos muito maior que suas dimenses de seco transversal. Tal composto considerado um descontnua fibra ou composto de fibra curta se suas propriedades variam de acordo com o comprimento das fibras. Por outro lado, quando o comprimento da fibra tal que qualquer outra aumento no comprimento no, por exemplo, ainda aumentar o mdulo de elasticidade ou fora da composto, o composto considerado fibra contnua reforada. Fibra mais contnua (Ou filamento contnuo) compsitos, de fato, contm fibras que so comparveis ao comprimento de as dimenses gerais da parte de composio. Como mostrado na figura. 1, cada camada ou "camadas" de uma contnua compsito de fibra normalmente tem uma fibra especfica orientao de direo. Essas camadas podem ser empilhadas de forma que cada camada tem uma fibra especificada orientao, dando assim a toda laminada stack ("laminado") altamente tailorable propriedades em geral. Para complicar a definio de um composto como tendo ambos os contnuos e descontnuos fases o fato de que, em um compsito laminado, nenhuma destas fases pode ser considerado como verdadeiramente contnua em trs dimenses. Muitas aplicaes exigem isotropia em um avio, e este alcanado atravs do controle da orientao da fibra dentro de um compsito laminado. Hbrida organicmetal laminados tambm so utilizados, onde, para exemplo, as camadas de vidro/ epxi so combinados com alumniofolhas da liga. Estes fornecem laminados desgaste elhorada, impacto e resistncia exploso, e resistncia ao fogo.

A ltima categoria da arquitetura de fibra que formado por tecelagem, tranado, ou tric a fibra feixes ou "reboca" para criar fibras entrelaadasque muitas vezes tm orientaes ligeiramente ou totalmente em uma orientao ortogonal ao primrio estrutural avio. Esta abordagem adoptada por uma variedade de razes, incluindo a capacidade de ter estruturais, propriedades trmicas, eltricas ou no terceiro ou "out-of-plane" dimenso. outra oftencited razo para usar essas arquiteturas queas fibras "unwetted" ou pr -formas de fibra seca (antes qualquer matriz adicionado) so mais fceis de manusear, menor custo, e em conformidade com altamente curvado formas mais prontamente do que o altamente alinhadas, contnua forma de fibra. Alm dessas categorias gerais, possvel a criao de arquiteturas de fibra que so combinaes de duas ou mais dessas categorias. Por exemplo, possvel criar laminado estruturas de ambos os tecidos de malha e contnua camadas de fibras. A flexibilidade do projeto oferecido pelo compsitos verdadeiramente infinito!

Uma Breve Histria do Materiais Compsitos

Orgnico-compsitos de matriz, ou OMCs, originado atravs de esforos na comunidade aeroespacial durante a Segunda Guerra Mundial para produzir materiais com a fora especfica e valores de rigidez que foram significativamente maiores do que estruturais existentes materiais. Alm disso aeroespacial, estruturais existentes ligas, tais como aqueles baseados em alumnio, estavam sujeitos corroso e fadiga, e OMCs desde uma abordagem para superar estas questes. At o final da guerra, vidro fiberreinforced plsticos tinha sido usado com sucesso em filamento enrolado Motores de foguete e demonstrou em vrias outras aplicaes de aeronaves prottipo estrutural. Estes materiais foram colocados em maior uso nos anos 1950 e proporcionou melhorias importantes em resposta estrutural e corroso resistncia. Aplicaes comerciais em consumidor equipamentos esportivos na dcada de 1960 desde um mercado maior, o que melhorou design e produo capacidades, a familiaridade do consumidor estabelecidos e confiana, e custos reduzidos. Gastos de defesa durante a Guerra fria assegurou recursos suficientes para pesquisa e desenvolvimento de novo, de alta tecnologia de materiais, e um mercado para sua aplicao. a significativa nmero de novos avies militares, e os um grande nmero de sistemas encomendados, desde uma ambiente ideal para o desenvolvimento e insero de alto desempenho OMCs. a energia crise durante a dcada de 1970 proporcionou um importante incentivo para a introduo de OMCs em comercial aeronaves, bem como a experincia bem sucedida em aeronaves militares foi um fator importante em sua aceitao na indstria comercial. Dramtico melhorias na eficincia estrutural tornou-se possvel durante este perodo, atravs da introduo de fibras de

carbono de alto desempenho. Melhorado capacidades de fabricao e design metodologias forneceram a base para significativas aumento do uso de MAC para militares e aeronaves comerciais e estruturas de naves espaciais. Nos ltimos 30 anos, ganharam uma OMCs frao de massa cada vez maior de avies e naves espaciais estruturas. Isto demonstrado pelo fato de que a aplicao do vintage dos anos 1970 para OMCs avies de caa era tipicamente confinados a tailskins e outras secundrias ou "no crtica" estruturas de vo. Por exemplo, apenas 2% do F-15 E / F foi composto de OMCs. Durante o subseqente anos de governo, significativa e os investimentos privados foram feitos em direo ao desenvolvimento, pesquisa, fabricao, teste e vo de servio demonstrao de materiais compsitos e estruturas. Programas paralelos foram tambm em curso para o uso de compsitos em militares e civis terra e veculos naval. Por exemplo, o desenvolvimento de estruturas de fibra de vidro para barcos e aplicaes martimas outro foi extremamente bem sucedido e agora responde por uma parcela significativa do volume de produo composto. Durante estes anos de confiana, no uso de materiais compsitos aumentou dramaticamente. Este tambm foi um perodo de grande inovao na fabricao, montagem, e desenvolvimento de mtodos de reparo.As vantagens demonstrado por compsitos, alm de alta rigidez, alta resistncia, e de baixa densidade, incluem resistncia corroso, longa vidas de fadiga, propriedades tailorable (incluindo expanso trmica, crticas s estruturas de satlite), ea capacidade para formar formas complexas. (Esta vantagem foi demonstrada na capacidade para criar observveis low, ou stealth, estruturas a sistemas militares.) Um exemplo recente MAC

aplicao a prxima gerao EUA ttico caas, o F-22. Mais de 24% do F-22 estrutura OMCs. O bombardeiro B-2, mostraram na fig. 2, construdo usando uma ainda maior porcentagem de materiais compostos, como so helicptero atual e projetos de elevao vertical. Por exemplo, o tiltrotor V-22 Osprey mais de 41% de materiais compostos. A temperatura superior uso de PMCs tem tambm aumentou de forma dramtica: epxis iniciais foram considerado utilizvel (por longos perodos) at 121 C (250 F). Atual gerao de polmeros, como bismaleimides, aumentaram esse limite para cerca de 204 C (400 F), eo uso de poliimida-compsitos de matriz alargou a sua gama a 288 C (550 F).

Uma vez considerados materiais de alta qualidade apenas para ser usado se seu alto custo poderia ser justificada pela aumento do desempenho, podem agora OMCs vezes "Comprar seu caminho para" novas aplicaes. isto devido no s a uma queda dramtica em materiais custos, mas tambm em avanos na capacidade de fabricar grandes, partes complexas que requerem muito menos mo de obra para montar manualmente. Um exemplo recente desta a adio de compostos grandes estruturas na cauda e trem de pouso em vagens o C-17 avies de carga. Claramente, as aplicaes, confiana, tecnologia e outras consideraes de alto desempenho OMCs se expandiram dramaticamente desde a dcada de 1980. Talvez o exemplo mais dramtico disso o crescente uso de alto desempenho OMCs na mercado de commodities de infra-estrutura.

Metal Matrix-Composites. O primeiro foco esforos para desenvolver MMCs originado em os anos 1950 e incio dos anos 1960. O principal motivao foi estender dramaticamente o eficincia estrutural de materiais metlicos, enquanto manter as suas vantagens, incluindo alta inrcia qumica, resistncia ao cisalhamento elevado, e reteno de boa propriedade em altas temperaturas. Primeiros trabalhos sobre p de alumnio sinterizado foi um precursor reforado de forma descontnua MMCs. O desenvolvimento de alta resistncia monofilamentos de primeira boro e silcio, em seguida, carbide (SiC) habilitado esforos significativos em fibra MMCs reforados ao longo da dcada de 1960 e incio de 1970. Questes associadas com o processamento, interaes danos fibra e fibra-matriz foram estabelecidos e superar a produzir materiais teis. Embora estes foram muito caro e tinha reprodutibilidade marginal, aplicaes importantes foram estabelecidas, incluindo 243 componentes estruturais do espao orbiters shuttle. Recesso no incio de 1970 produzidas pesquisas significativas e de desenvolvimento cortes no financiamento, levando ao fim desta fase MMC de descoberta e desenvolvimento.

No final de 1970, os esforos foram renovadas em descontinuamente MMCs reforados com SiC reforos suia. O alto custo do bigodes (Ref 2) e dificuldade em evitar whisker danos durante a consolidao levou conceito de reforos de partculas (Ref 3). Os materiais resultantes forneceu quase equivalente resistncia e rigidez, mas com muito menor custo e fcil processamento. Um renascimento em ambos os descontnuo e reforado com fibra de MMCs continuou atravs da dcada de 1980. Grandes esforos includas partculas reforado, reforado com bigode, e tow-base MMCs de alumnio, magnsio, ferro e cobre para aplicaes na gesto automotivo, trmico, tribologia, e aeroespacial. Alm disso, MMCs monofilamento reforado com titnio foram desenvolvido para alta temperatura aeronutica sistemas, incluindo as estruturas de alta mach estruturas e componentes crticos para a rotao motores de turbina a gs avanadas. Melhorias significativas na qualidade do desempenho e materiais foram acompanhadas por um nmero crescente de principalmente pequenas empresas que se especializaram na produo de componentes MMC para o alvo mercados. Um por um, aplicaes MMC entrou servio durante este perodo. No entanto, essas inseres no foram bem sucedidos, muitas vezes amplamente divulgados, e assim o impacto total da MMC tecnologia no foi muito apreciado. No incio de 1990, a U. S. Air Force Ttulo III programa proporcionou um investimento significativo para estabelecer uma base tecnolgica para o MMC indstria aeroespacial nos Estados Unidos. Este programa produziu vrios militares marco e comerciais aplicaes aeroespaciais de forma descontnua alumnio reforado (DRA), que so descritas em detalhe na Seo de "Aplicaes e Experincia", neste volume. Alm desses sucessos dramticos, novas inseres MMC no transporte terrestre, industrial e gerenciamento trmico / indstrias de embalagens eletrnicos excedeu em muito o crescimento na indstria aeroespacial. Assim, o insero de novos materiais militares e comerciais aeronave tem realmente ficou para trs o setor industrial, invertendo a tendncia anterior de anos para a insero de novos materiais. O MMC mercado para gerenciamento trmico e empacotamento eletrnico s foi cinco vezes

maior do que o mercado aeroespacial em 1999, e esta lacuna dever aumentar nos prximos cinco anos, devido ao crescimento agressivo no transporte terrestre e gerenciamento trmico mercados (Ref 4). Cermica Matrix Composites. Cermicos de matriz desenvolvimento composto continuou a foco na realizao de til estruturais e ambientais propriedades ao mais alto de funcionamento temperaturas. O alto risco associado a este tarefa prenuncia o nmero relativamente pequeno de produtos comerciais. No entanto desenvolvimento, de CMCs para outros usos tambm tem sido perseguidos, e significativa produtos comerciais existem agora. Estes so descritos no artigo "Aplicaes de Cermica-Matrix Composites" neste Volume. Consideraes Gerais sobre Uso Caractersticas Gerais. , Em primeiro lugar compsitos so materiais de engenharia que tm foi projetado para fornecer significativamente maior rigidez especfica e fora especfica (rigidez ou a fora dividida pela densidade do material), isto , maior eficincia relativa-estrutural previamente disponveis materiais estruturais. Em materiais compsitos materiais, fora e rigidez so fornecidos pela a alta resistncia, alto mdulo reforos. A magnitude real da fora de composio e rigidez pode ser controlada atravs de uma significativa gama, controlando a frao volumtrica de reforos e selecionando reforos com os nveis desejados de resistncia e rigidez. Em compsitos reforados por fibras, a fora ea rigidez pode ser ainda mais controladas, especificando a orientao das fibras. Os mais altos nveis de propriedades so alcanados quando todas as fibras so alinhadas ao longo da direo de carga principal dentro do composto. No entanto, este mesmo tempo produz um material com a menor propriedades especficas para cargas perpendiculares direo da fibra. Estas propriedades devem ser altamente anisotrpica considerados no uso do material. claro, arquiteturas laminado vrios podem ser produzidos para fornecer isotropia dentro de um avio, e este muitas vezes feito com OMCs.A Figura 3 mostra a fora especfica e especfica rigidez de uma vasta gama de engenharia materiais estruturais. A maior eficincia estrutural obtida com grafite em fibras uniaxialmente epxi reforada matriz (grafite 0? na fig. 3), e isto fornece parte da motivao para o uso generalizado desses materiais. No entanto, este material tambm oferece o menor eficincia estrutural para cargas que so normaisao eixo da fibra

(Grafite 90?). Existem duas abordagens comuns para lidar com as propriedades em baixa a condio fora do eixo. A primeira a utilizao do axialmente material reforado em componentes com carga axial em grande parte, de modo que o fora do eixo tenses sobre o composto so mnimas, eo material usado de forma mais eficiente. A segunda abordagem de cross-ply o reforo para que uma frao das fibras so alinhadas ao longo do fora do eixo cargas. Ambas as abordagens so totalmente bem sucedida e tm sido amplamente utilizados, ultrapassando assim as propriedades pobres transversal OMCs. Um grande lidar de flexibilidade existe no lay-up de um composto, de modo que a frao de fibras em qualquer dado direo pode ser definido em proporo carga que deve ser apoiada. No plano isotropia necessria em algumas aplicaes, ento uma quase-isotrpico (Q / I) laminado de grafite / epxi produzida. Este mais freqentemente realizado por orientar a laminao plies em igual nmero de 0?, 90?,? 45?, e -45? plies, embora existam outras empilhamento seqncias que ir resultar em in-plane isotropia. A rigidez especfica de quasi-isotrpico laminado OMCs significativamente maior do que estrutural metais. A maior fora especfica de desses materiais superior a todos os componentes estruturais comuns metais, com exceo de uma especialidade poucos b-de ligas de titnio e ultra-fora aos. Reforado com fibra de metais fornecer axial e propriedades transversais que se situam entre os extremos do grafite axial e transversal / epxi OMCs. No entanto, a base tecnolgica para fiberreinforced MMCs menos maduro. Dificuldades de processamento atualmente limitam a capacidade de formar complexos formas de SiC reforada com monofilamentos ligas de titnio. Alm disso, cross-dobraram arquiteturas que no tenham sido demonstrado com sucesso em qualquer comercial reforado com fibra de MMC. Enquanto o alto custo dos materiais constituintes dramaticamente limita o apelo de MMCs reforados com monofilamentos, ligas de alumnio reforado com um reforo alumina tow-base so comercialmente disponveis e podem ser significativamente mais barato de grafite / epxi OMCs. Como resultado, estas so encontrando aplicaes em indstrias que so tipicamente muito custo-sensveis. Reforado com fibra de MMCs esto entrando agora em aplicaes limitadas reas onde o comportamento metallike importante, incluindo capacidade de carga elevada, boa resistncia ao desgaste, alta condutividade eltrica e elevadas operao de temperatura. Alguns desses

aplicaes so discutidos na seo "Applications e Experincia ", neste volume. Partcula reforado metais fornecer essencialmente propriedades isotrpicas que esto no geral mesmo intervalo como grafite / epxi quasi-isotrpico de material (Fig. 3). Alumnio reforado de forma descontnua actualmente de longe o mais utilizado MMC. Para fraes volume de reforo? 25%, DRA tem eficincia estrutural que se sobrepe a de quase-isotrpico OMCs e tem fratura boa tenacidade e ductilidade, de modo que um nmero de importantes aplicaes estruturais foram estabelecidas. (Veja os artigos "Aplicaes Aeronutica of Metal Matrix-Composites "e "Aplicaes Automotivas of Metal MatrixCompsitos ", neste volume.) As propriedades de fratura para fraes de maior volume so mais baixos, mas estes materiais so amplamente utilizados para o desgaste resistente aplicaes e para o gerenciamento trmico e empacotamento eletrnico. O custo relativamente baixo e facilidade de fabricao faz um DRA materiais acessveis, onde alta eficincia estrutural necessria. Titnio descontinuamente reforada (DRTi) menos maduro do que DRA, mas j tem vrias aplicaes importantes estabelecidos, incluindo vlvulas de admisso e escape em motores de automveis de produo. (Veja o artigo "Aplicaes Automotivas of Metal MatrixCompsitos ", neste volume). Atual materiais DRTi fraes tm reforo volume de ? Melhorias de 20%, e significativas so esperadas para fraes de maior volume de reforo. Materiais atuais DRTi proporcionar um equilbrio de fora especfica e rigidez especfica que superior ao de qualquer material de engenharia isotrpico, incluindo quase-isotrpico OMCs. Quase todos os materiais high-strength/high-stiffness falhar devido propagao de falhas. A fibra de tal material inerentemente mais forte do que a granel, porque o tamanho de uma falha limitada pelo pequeno dimetro da fibra. Alm disso, se volumes iguais de material fibroso e grosso so comparados, verifica-se que, mesmo se uma falha o fracasso produzir em uma fibra, ela no ir propagar a falhar o conjunto inteiro de fibras, como que aconteceria no material a granel. Quando isso material tambm leve, h uma tremenda vantagem potencial na fora especfica e / ou rigidez especficas sobre os materiais convencionais. Estas propriedades desejveis de fibra pode ser convertidos para aplicao prtica quando as fibras so incorporados em uma matriz que os une,

transferncias de carga para e entre as fibras, e protege-los de ambientes e manuseio. Alm disso, compsitos reforados por fibras so ideais para situaes de carga anisotrpica onde o peso fundamental. Os pontos fortes altas e mdulos desses compostos podem ser adaptados para a direo de alta carga (s), com pouco material desperdiada no reforo desnecessrio. Para ser til para as estruturas, os materiais devem oferecer mais do que apenas a fora e rigidez. Dano tolerncia, resistncia fadiga, resistncia ambiental, e outras propriedades secundrias tambm so necessrios para que o composto pode realizar a sua funo estrutural primria. Funcionais adicionais propriedades para que um composto pode ser desenvolvidos incluem condutividade trmica ou eltrica de alta (Ou, inversamente, eltrica e / ou trmica isolamento), boa resistncia ao desgaste, controlado CTE, e / ou resistncia ambiental. Embora compsitos com constituintes significativamente diferentes pode ser concebido para otimizar a qualquer uma destas propriedades funcionais, o orgnico tpico e sistemas metlicos composto descrito anteriormente fornecer uma gama til dessas propriedades funcionais. Especificamente, alm de alta resistncia e rigidez, os reforos comumente usados em OMCs e MMCs geralmente tm baixo CTE, alta dureza, condutividade eltrica e trmica boa, e inrcia qumica boa. Como resultado, os compsitos estruturais de uso comum tambm pode ser adaptado para fornecer outras funcionais teis propriedades com apenas pequenas alteraes. O equilbrio de propriedades obtidas nestes compsitos normalmente no podem ser obtidos em qualquer outro materiais monolticos. Exemplos destes funcional aplicaes so fornecidos na Seo de "Aplicaes e Experincia", neste volume. Seleo de Materiais e uso. A seleo de um material ideal para uma aplicao destinada uma tarefa difcil e multidisciplinar que exige cuidadosa compreenso e anlise de um grande de muitas variveis. Introdutrio simples observaes apresentadas anteriormente sobre os dois figuras primrias de mrito para aplicaes estruturais fornecer um ponto de partida til para delimitadora este problema multivarivel, mas no abordam a dificuldade associada ao trade-offs entre caractersticas concorrentes deve ser feita. As informaes e abordagens necessrias para ajudar com essas decises so cobertas com algum detalhe ao longo deste volume, de modo que o objetivo deste breve introduo apresentar consideraes gerais

e abordagens que podem ajudar de forma rpida obrigado o problema a um dcil e bem definida conjunto de questes. Como ponto de partida, os requisitos da aplicao e as restries devem ser claramente entendida. Isto permite que a definio do projeto preliminar critrios. Uma abordagem para a comparao dos resposta em toda a gama de materiais candidatos cuidadosamente selecionados para os pares de figuras relevantes de mrito para alcanar estes projeto preliminar critrios foi recentemente fornecido (Ref 5). Para apoiar esta abordagem, representao grfica de uma grande quantidade de propriedades dos materiais tem sido realizados e concludos, estes so frequentemente comumente referido como "parcelas Ashby." Figura 3 fornece um exemplo simples de uma tal representao, porque a rigidez especfica e especfica fora so as figuras de mrito de resistir a uma axial deflexo ou para apoiar uma determinada carga, respectivamente, a massa mnima. Comparaes pairwise de figuras de mrito para muitos outros objetivos de projeto fornecer uma metodologia flexvel e completo para rapidamente delimitadora um material difcil problema de seleo. Informaes adicionais sobre o uso de parcelas Ashby fornecido no artigo Material " Grficos seleo "na Seleo de Materiais e Design, Volume 20 de ASM Handbook. Materiais como explicitamente engenharia, compsitos no uso real integrar especificao dos materiais e design de componentes. Por exemplo, o nmero e orientao de lonas tipicamente explicitamente considerados durante o design de componentes produzidos de OMCs. Ao adaptar a arquitectura local geometria do componente e antecipado salienta, o designer capaz de tirar melhor vantagem das propriedades materiais e produzir o componente em uma massa mnima. Na verdade, o custo da matria-prima relativamente alta e alta lay-up custo de OMCs levou a uma alta unitizada abordagem de design e manufatura. Isto tem reduziu drasticamente o custo de produo por reduzindo o desperdcio de material e eliminando alta custos de trabalho associados com fabricao extras e juntando-se passos. Menos peas tambm levar a reinventrio produzidos e os custos indiretos. A alta eficincia estrutural e tailorability de OMCs permitiu que essa integrao importante no projeto e especificao de materiais, e este projeto unificado e abordagem de fabricao em grande parte compensados os altos custos percebidos de alta performance OMCs. Enquanto as abordagens semelhantes no podem atualmente ser alcanado com reforado com fibra de MMCs,

o conceito de reforo seletivo em regies de alta tenso tem sido considerado e provvel para encontrar aplicao no futuro prximo. Viso Geral da Tecnologia Com algumas poucas excees, apenas "alta performance" compsitos so considerados neste Volume. Estes so compostos que possuem superiores desempenho em relao s estruturais convencionais metais. Assim, o foco para OMCs est em contnua compsitos reforados por fibras, embora os princpios so muitas vezes aplicvel a outros tipos de compsitos tambm. Contnuo compsitos reforados por fibras so geralmente referidos simplesmente como compsitos reforados por fibras, e, em alguns casos, compsitos como fibra ou meramente compsitos. Compsitos com orgnicos (resina) matrizes so enfatizadas ao longo deste volume, porque estes OMCs so de longe os mais comumente usados materiais compsitos estruturais. No entanto, MMCs so agora uma tecnologia estabelecida com forte impacto e aplicaes cada vez maior, e assim MMCs so discutidos explicitamente ao longo deste Volume. Somente discusso muito limitado de CMCs fornecido neste Volume. O seguinte uma introduo composio materiais constituintes, as formas de produtos e invenes processos. O objetivo fornecer um Resumo simples que pode servir como um ponto de de partida para a no-especializado. Informaes mais detalhadas fornecida em cada um desses tpicos em outras partes deste volume. Reforos O principal objetivo do reforo para oferecer nveis superiores de resistncia e rigidez para o composto. Em uma contnua reforado com fibra de compsito, as fibras oferecem praticamente toda a fora e rigidez. Mesmo em particlereinforced compsitos, melhorias significativas so obtidos. Por exemplo, a adio de 20% SiC para 6061 de alumnio proporciona um aumento na fora de mais de 50% e um aumento na rigidez de mais de 40%. Como mencionado anteriormente, reforando tpico materiais (grafite, vidro, SiC, alumina) tambm pode fornecer trmica e eltrica condutividade, expanso trmica controlada, e resistncia ao desgaste, alm das propriedades estruturais. De longe, o reforo mais utilizado formulrio de alto desempenho so OMCs reboca fibra. Estes consistem tipicamente de milhares de finos filamentos organizados em um nico pacote. Uma fibra de reboque podem ser tratadas como uma nica unidade e assim pode ser acondicionada ou tecido usando equipamentos comerciais.

Reboca fibras tambm tm importantes aplicaes na MMCs e CMCs. Monofilamentos de fibra so usado em OMCs, MMCs, e CMCs; eles consistem de uma nica fibra com um dimetro geralmente ? 100 lm (4 mils). Em MMCs, partculas e fibras cortadas esto o reforo mais utilizado morfologia, e estes tambm so aplicadas em OMCs. Bigodes e as plaquetas so usadas em menor grau em OMCs e MMCs. Fibras de vidro. Cientfica inicial e de engenharia compreenso dos reforado com fibra-matriz orgnica compsitos foi baseada em estudos de vidro fiberreinforced compsitos. Ambos os contnuos e descontnuos com fibra de vidro reforado compsitos tm encontrado aplicao extensiva, que vo desde no-estrutural, baixo desempenho usos, tais como painis em aeronaves e aparelhos, para alto desempenho, tais aplicaes como casos de motor de foguete e vasos de presso. As razes para a ampla uso de fibras de vidro em compsitos, tanto em passado e no presente, incluem competitiva preo, disponibilidade, boa manuseabilidade, facilidade de fora de processamento, alto, e outros aceitvel propriedades. Alm disso, o advento da altamente eficiente silano agentes de acoplamento, que so muito compatvel com qualquer polister ou matrizes epxi, proporcionou um forte impulso e muito necessria na traduo de propriedade e na durabilidade ambiental. A fibra de vidro mais comumente utilizado conhecido E como vidro, fibra de vidro tendo um equilbrio til de qumica, mecnica e propriedades eltricas a um custo muito moderado. Fora tpica e nveis de rigidez para os filamentos individuais so cerca de 3.450 resistncia trao MPa (500 ksi) e 75,8 GPa (11? 106 psi) mdulo de Young. Alto desempenho, de custo mais elevado S-2 fibras de vidro tm propriedades de 4830 MPa de trao (700 ksi) fora e um mdulo de 96,5 GPa (14? 106 psi). Para aplicaes especializadas, tais como ablatives, barreiras trmicas, janelas antena, e radomes, fibras de slica de alta e quartzo so tambm utilizada. Fibras de boro foram os primeiros de alto desempenho reforo monofilamentos disponveis para uso em compsitos avanados. Desenvolvido e comercializado pela primeira vez no incio dos anos 1960, esses de alta resistncia, alto mdulo fibras encontradas aplicao em compsitos componentes estruturais da Air U. S. Fora F-15 eo U. S. Marinha aeronaves F-14. Porque essas aeronaves ainda esto em servio e os altos custos de mudana so o boro, inaceitvel fibras esto sendo usados ainda hoje, embora

fibras de carbono esto agora disponveis com equivalente ou propriedades melhor a um preo significativamente mais baixo. Boro epxi compsitos tm sido usados na fibras de artigos esportivos da indstria, e boro tem sido usados em MMCs por causa de sua excelente propriedades mecnicas, estabilidade trmica, e reduziu reatividade com a matriz (em comparao com fibras de carbono). Fibras de boro so produzidos como um fibra de monofilamento bastante grande ou "wire" (100 a 200 lm, ou 4-8 mils, dimetro), qumica deposio de vapor (CVD) de boro em um de tungstnio ou substrato de carbono pirolisados. O resultado fibras tm excelente resistncia (3450 MPa, ou 500 ksi) e rigidez (400 GPa, ou 58? 106 psi). Por causa de sua grande dimetro das fibras, elas formam compsitos com compresso extremamente alta pontos fortes. No entanto, porque tanto o precursor gases eo processo de fabricao so inerentemente caros, fibras de boro no se pode esperar para competir com fibras de carbono com base no custo sozinho. O uso de fibras de boro tem visto um pouco do ressurgimento recentemente no uso de composto reparos correo de danos crack em alumnio estrutura da aeronave. Fibras de carbono. Embora a busca de alto desempenho fibras de reforo foi muito bem sucedido, a demanda inicial limitada fora da indstria aeroespacial militar no permitia a redues de custo que teria resultado de uso mais extensivo. Como resultado, industrial generalizada aplicaes para a variedade de novos materiais progrediu muito lentamente, mas em todas as especialidades aplicaes onde o aumento dos custos poderia ser justificada. Fatores que mudou esta situao foram os uso extensivo de carbono reforado com fibra de compsitos em equipamentos de lazer e do aumento custo da energia no incio de 1970. O promessa de quantidades comerciais de fibra de carbono materiais a partir de um nmero de fontes de atrativos preos criou um ressurgimento do interesse no avanado compsitos na indstria aeroespacial em geral. Atualmente, as fibras de carbono so os melhores conhecido e mais utilizado fibras de reforo em compsitos avanados. Apesar de existirem muitas razes para esta situao, dois fatores predominantes. Primeiro, a tecnologia de fabricao de fibras de carbono, embora complexo, mais passveis de produo em larga escala do que os as de muitas das outras fibras avanadas. Em segundo lugar, fibras de carbono tm de engenharia muito til propriedades que, na sua maior parte, podem ser facilmente traduzidos em fsica composta utilizvel e

propriedades mecnicas. Fibras de carbono esto disponveis a partir de um nmero de fabricantes nacionais e estrangeiros em uma ampla variedade de formas de ter uma gama ainda maior de propriedades mecnicas. Os primeiros comercialmente fibras de carbono disponveis foram produzidos por decomposio trmica de materiais precursor rayon. O processo envolveu altamente controlada etapas de tratamento trmico e de tenso para formar o apropriadamente ordenado estrutura de carbono. Raiom tem sido largamente suplantado como um precursor de poliacrilonitrila (PAN). Precursores de poliacrilonitrila produzir fibras muito mais econmico porque o rendimento de carbono maior e porque PAN-base de fibras no intrinsecamente exigir um finais de alta temperatura "grafitizao" passo. Poliacrilonitrila fibras base tendo intermedirio valores do mdulo de cerca de 240-310 GPa (35 a 45? 106 psi), combinado com pontos fortes que vo de 3515-6380 MPa (510 a 925 ksi), esto agora disponveis no mercado. Porque fibras de carbono mostrar linear tenso-deformao comportamento ao fracasso, o aumento da fora tambm significa um aumento na elongao at a falha. As fibras comerciais, assim, apresentar alongamentos de at 2,2%, o que significa que elas ultrapassem as capacidades de tenso convencional matrizes orgnicas. O dimetro das fibras de carbono tipicamente faixas de 8-10 lm (0,3-0,4 mils). Polyacrilonitrila-base de fibras esto disponveis em vrios "Tamanhos de reboque", significando o nmero de fibras de carbono por conjunto. Atualmente, os tamanhos variam de reboque baixo (1000 fibras por reboque) a um custo elevado (US $ 40 a 70 dlares por libra) a muito alta contagem de reboque (centenas de milhares de fibras por reboque) para menos de 10 dlares por libra. Fibras de carbono tambm so fabricados a partir de precursor campo para aplicaes especiais. Pitchfiber propriedades incluem tipicamente alto mdulo e condutividade trmica, que poder ser exigido em estruturas de satlite. Valores do mdulo em operaes comerciais fibras disponveis alcance de at 825 GPa (120? 106 psi). Fibras de aramida. Aramida um termo genrico para uma classe de poliamida aromtica, introduziu comercialmente durante o incio dos anos 1960. Estes de alto desempenho fibras so todas as variaes de poli -para-fenileno. Uma ampla gama de propriedades esto disponveis. Kevlar 149 (DuPont), por exemplo, tem um mdulo de elasticidade de 180 GPa (26? 106 psi) e resistncia trao de 3450 MPa (500 ksi). O Kevlar mais comumente usados 49 (DuPont) tem um mdulo de elasticidade de 131 GPa (19

? 106 psi) e uma resistncia trao de 3620 MPa (525) ksi). Fibra de aramida incomum em que tecnicamente um polmero termoplstico (como nylon), mas sim que o derretimento quando aquecido, se decompe antes atingindo o seu temperature.With derretimento projetado polimerizao, forma rgida, as molculas rodlike que no podem ser extrados de uma fuso, como fibra txtil molculas pode, mas deve ser girado de uma soluo cristalina lquida em cido sulfrico. O polimerizao e processos de fabricao para fibras de aramida so complexas e exigentes e implicam muitas espcies qumicas agressivas. A alta resistncia da fibra de aramida, combinada com uma fibra mdulo consideravelmente superior Sglass, deu-lhe a aplicao antecipada em filamentwound foguete casos motor, vasos de presso de gs, e levemente carregado estruturas secundrias em fixedwing avies comerciais e helicpteros. O fibra mostra linear de trao comportamento tenso-deformao ao fracasso, mas ao contrrio de fibras inorgnicas, surpreendentemente danos tolerante. No entanto, ele tambm exibe fora muito menor na compresso do que o carbono e outras fibras inorgnicas e adeso relativamente pobre s resinas de matriz. Absoro de umidade pode tambm precisam ser considerados. No entanto, porque das propriedades especficas tais como a sua alta resistncia, baixa densidade e resistncia, significativa mercados existem. Outras fibras orgnicas. Outro comum categoria de fibras so de altssimo peso molecular fibras de polietileno, como Spectra de AlliedSignal Inc. O mdulo de Spectra podem faixa de at 113 GPa (16? 106 psi), com trao pontos fortes de at 3250 MPa (470 ksi). Estas fibras tm qumica alta, impacto e resistncia umidade, bem como de baixa densidade, boa vibrao dieltrico de amortecimento, e baixa constante. Principais aplicaes incluir a armadura balstica, radomes, barcos, e outros produtos de lazer. Silicon Carbide Monofilamentos. Silcio monofilamentos de carboneto de ter sido desenvolvido para reforos em MMCs com base em alumnio e titnio liga e matrizes para CMCs. Fibras que agora esto disponveis comercialmente so todos produzidos por CVD de gro fino b-SiC, que depositado em um ou tungstnio ou um filamento de carbono core. Cada uma das fibras tambm usa um carbonbased revestimento para melhorar a resistncia da fibra pela cura defeitos de superfcie, para melhorar a manuseabilidade e para proteger a fibra a partir da interao com o matriz metlica durante a consolidao e usar. O

monofilamentos faixa de dimetro de 100 a 142 lm (4-5,6 mils). O CTE para todos os SiC monofilamentos de 4,5? 10-6 / C, (2.5? 06/10 /? F) ea densidade de 3,0 g/cm3 (0,11 lb / in.3) para fibras com um ncleo de carbono e 3,4 g/cm3 (0,12 lb/in.3) para fibras depositadas em tungstnio. Atualmente, existem trs fabricantes de SiC monofilamento. Textron Sistemas mercados do SCS-venerveis 6 monofilamento, que tem sido utilizado mais do que qualquer outra monofilamento de SiC. depositado em um ncleo de carbono por um processo de dois passos, que produz uma alterao no tamanho de gro na midradius fibra. A multicamada base de carbono de revestimento consiste em uma gradao intencional em silcio contedo para aumentar a eficcia do revestimento. O dimetro da fibra total de 142 lm (5,6 mils). O mnimo especificado propriedades mdias so 3450 MPa de fora (500 ksi) e 345 GPa (50? 106 psi) rigidez. A mdia tpica propriedades so 4.300 MPa (625 ksi) fora e 390 GPa rigidez (56? 106 psi). H uma grande lidar de dados e experincia por trs dessa fibra, que tenha sido produzido pelo mesmo processo desde 1983. Melhorias no processo levaram a da Textron Sistemas Ultra fibra SCS. Enquanto o ncleo de carbono, revestimento de fibra e dimetro da fibra so idntica SCS-6, o SiC possui uma fina tamanho de gro que seja uniforme em todo o dimetro da fibra. A mdia mnima propriedades especificadas so 5.860 MPa de fora (850 ksi) e 360 GPa (52? 106 psi) rigidez. O tpico valores mdios obtidos so 6,550 MPa fora (950 ksi) e 415 GPa rigidez (60? 106 psi). Dois monofilamentos de SiC esto disponveis no Atlantic Research Corporation (Gainesville, VA). Trimarc-1 de 127 lm (5 mils) de dimetro em um ncleo de tungstnio, com um carbono multicamadas lm revestimento 4-5 (0,16-,20 mils) de espessura. O resistncia da fibra tpica mdia 3.550 MPa (515 ksi), eo mdulo de 420 GPa (61? 106 psi). Trimarc-2 depositado em um ncleo de carbono e de 142 lm (5,6 mils) de dimetro. O tpico fora 3790 MPa (550 ksi), eo tpicas mdulo 400-414 GPa (58 a 60? 106 psi). A Sigma monofilamento SiC produzido por QinetiQ, antes de Avaliao de Defesa e Research Agency (DERA), no Reino Unido. A Sigma DERA 1140? fibra de 100 lm (4 mils) de dimetro, produzido em um de tungstnio core, e tem um revestimento de carbono cerca de 5 lm (0,2 mils) de espessura. A fora tpica entre 3400

a 3500 MPa (490-510 ksi), eo mdulo de 380 GPa (55? 106 psi). Alumina-fibra reforos. Um nmero de alumina (Al2O3) fibras tm sido desenvolvidos e usado para MMCs e CMCs, incluindo cermica reboques e monofilamentos. Atualmente a produo, MMCs usar apenas reboca alumina. O mais material comumente usado a fibra Nextel 610 produzido pela 3M (St. Paul, MN). isso? 99% ? Alumina e tem uma densidade de 3,96 g/cm3. Reboca esto disponveis, que contm 400-2550 filamentos por reboque. O dimetro mdio de filamento 10-12 lm (0,4-0,5 mils). A fibra tpica propriedades so 2.930 MPa (425 ksi) fora e 373 GPa (54? 106 psi) mdulo. O CTE 7,9? 10-6 / C. Reforos de partculas em MMCs tipicamente utilize produtos abrasivos grau gro de cermica. Isto proporciona uma fonte pronta comerciais, ea alta volumes associados com a indstria de abrasivos ajudar a manter um baixo custo. Carboneto de silcio, alumina, eo carboneto de boro (B4C) so mais frequentemente utilizada. Carboneto de titnio (TiC) tambm usado para o ferro e titnio matrizes de liga leve. Enquanto TiB usado como um reforo em forma descontnua reforada ligas de titnio, este reforo tipicamente obtido por uma reao in situ com TiB2. Silcio carboneto oferece a melhor resistncia e rigidez para matrizes de alumnio, mas ligeiramente mais caro de alumina. "Green" SiC oferece melhor fora e em relao a condutividade trmica SiC "negra", e assim usado onde estas propriedades so importantes. Granulometrias tpicos utilizados so entre F-600 (mdia de tamanho entre 8,3 grit to10.3 lm, ou ,33-0,41 mils) e F-1200 (Tamanho mdio grit entre 2,5-3,5 lm, ou 0,11 para 0,14 mils). A alumina ligeiramente mais barato do que SiC, e assim atraente onde o custo crtico, como no setor automotivo. A alumina um pouco mais denso do que SiC e tem uma maior CTE. A alumina quimicamente mais estveis do que SiC em alumnio fundido, e assim freqentemente utilizado no elenco DRA. Partculas de carboneto de silcio ainda so usados para MMCs elenco, e silcio adicionado como uma adio de liga de reduzir a reatividade com o metal derretido. Matrizes O propsito da matriz vincular os reforos juntos em virtude de sua coesa e caractersticas adesivas, para transferncia de carga para e entre os reforos, e para proteger a reforos de ambientes e manuseio.

A matriz tambm proporciona um slido para o composto, que ajuda manuseio durante a fabricao e normalmente exigido em uma pea acabada. Isto particularmente necessrio em descontnuo compsitos reforados, porque os reforos no so de comprimento suficiente para fornecer uma forma handleable. Porque os reforos esto tipicamente mais forte e aguerrida, a matriz muitas vezes o "elo fraco" no composto, a partir de uma estrutura perspectiva. Como uma fase contnua, a matriz portanto, controla as propriedades transversais, resistncia interlaminar, e elevados de temperatura resistncia do compsito. No entanto, a matriz permite que a fora dos reforos a ser utilizado todo o seu potencial, proporcionando efetiva carga de transferncia de foras externas para o reforo. A matriz possui fibras de reforo em a orientao adequada e posio para que elespode transportar as cargas destinadas e distribui a cargas mais ou menos uniformemente entre os reforos. Alm disso, a matriz oferece um inelstica vital resposta de modo que as concentraes de estresse so reduzido drasticamente e as tenses internas so redistribudos de reforos quebrados. Em orgnicos matrizes, esta resposta muitas vezes inelstica obtidos por microfissuras; em metais deformao plstica produz o cumprimento necessrio. Descolamento, muitas vezes adequadamente considerado como um interfacial fenmeno, um importante mecanismo que adiciona a carga de redistribuio e de embotamento concentraes de tenso. A viso ampla de importantes matrizes fornecida posteriormente. Matrizes orgnicas para aplicaes comerciais incluem polister e resinas ster vinlicas; resinas epxi so usados para alguns "high-end" aplicaes. Resinas polister e ster de vinil so o mximo amplamente utilizado de todos os materiais da matriz. Eles so usados principalmente em comerciais, industriais e de transporte aplicaes, incluindo quimicamente resistentes tubulaes e reatores, cabinas de caminho e rgos, eletrodomsticos, banheiras e chuveiros, e capuzes automvel, decks, e portas. O prprio grande nmero de formulaes de resina, a cura agentes, cargas, e outros componentes fornece uma gama enorme de propriedades possvel. O desenvolvimento de silano altamente eficaz agentes de acoplamento para fibras de vidro permitiu a fabricao de vidro reforado com fibra de polister e vinil ster de compsitos que tm excelente mecnica propriedades e ambientais aceitveis durabilidade. Estas caractersticas melhorada tm sido os principais fatores no generalizada

uso desses compostos de hoje. Os problemas de alcanar uma adequada adeso de carbono e fibras de aramida tm desencorajado a desenvolvimento de aplicaes para polister ou vinil compostos de ster que usam essas fibras. Embora existem aplicaes de alto desempenho compsitos de fibra de vidro nas foras armadas e estruturas aeroespaciais, as propriedades relativamente pobre de compsitos avanados de polister e vinil resinas ster quando usado com outras fibras, combinado com a cura relativamente grande encolhimento destas resinas, geralmente restrito compsitos, tais de menor desempenho aplicaes. Outras resinas. Quando os requisitos de propriedade justificar os custos adicionais, epxis e outros resinas, como ser discutido posteriormente, so utilizados em aplicaes comerciais, incluindo de alto desempenho artigos esportivos (como raquetes de tnis e varas de pesca), tubulao para processamento qumico plantas, e placas de circuito impresso. Matrizes orgnicas para aplicaes aeroespaciais incluem epxi, bismaleimida e poliimida resinas. Vrios outros termofixas e termoplsticas resinas esto em desenvolvimento ou utilizao de aplicaes especficas. Resinas epxi so atualmente usados muito mais do que todas as outras matrizes em materiais compostos avanados estruturais para aplicaes aeroespaciais. Embora epxis so sensveis umidade em ambos os sua curado e no curado estados, eles so geralmente superior a polisteres em resistir a umidade e outras influncias ambientais e oferecer menor cura encolhimento e melhores propriedades mecnicas. Mesmo que o alongamento at a falha maior parte epxi curada relativamente baixa, para muitas aplicaes epxis fornecer um quase imbatvel combinao de caractersticas de manuseio, processamento flexibilidade, composta propriedades mecnicas, e custo aceitvel. Modificado "temperado" formulaes de resina epxi (normalmente atravs da adio de aditivos termoplstico ou borracha) tm capacidade de alongamento melhorado. Alm disso, um banco de dados substanciais existe para resinas epxi, porque tanto o U. S. Fora Area e os EUA Marinha tem estado a voar aeronaves com epxi-matrix componentes estruturais desde 1972, e os em servio, experincia com estes componentes tem sido muito satisfatrio. Absoro de umidade diminui a transio vtrea temperatura (Tg) de uma resina epxi. Porque uma perda significativa de propriedades epoxy ocorre

na Tg, a Tg na maioria dos casos descreve o superior usam o limite de temperatura do composto. Para evitar sujeitar as resinas para temperaturas iguais ou superior a este Tg chamado molhado (piso molhado Tg a Tg medido aps a matriz polimrica foi exposta a um ambiente mido especificado e permitido para absorver a umidade, at que atinge o equilbrio), resinas epxi so atualmente limitada a uma temperatura mxima de servio cerca de 120? C (250? F) para altamente carregado, a longo prazo aplicaes e temperaturas ainda mais baixas (80-105 C, ou 180-220? F) para temperado resinas epxi. Embora este limite conservador para algumas aplicaes, a sua imposio em geral evitado srios trmica desempenho dificuldades. Considervel esforo continua a ser gasto para desenvolver resinas epxi que ir executar satisfatoriamente em temperaturas mais altas quando molhado. No entanto, o progresso no aumento da 120? C (250 ? F) limite tem sido lento. Bismaleimida resinas (IMC) possuem muitas das as mesmas caractersticas desejveis como fazer epxis, tais como manuseabilidade justo, relativa facilidade de processamento, e excelentes propriedades de compsitos. Eles so superiores para os sistemas epxi na temperatura mxima utilizao quente / mido, estendendo a temperatura em servio de segurana a 177-230? C (350-450? F). Eles so disponvel a partir de uma srie de fornecedores. Infelizmente, IMC tambm tendem a apresentar as mesmas deficincias (Ou pior) assim como epxis: eles tm um ainda menor elongao at a falha e so bastante quebradios. De tolerncia ao dano geralmente comparvel para resinas epxi comercial aeroespacial. Progresso tem sido feito para formular IMC com melhor propriedades de tenacidade. Polyimide resinas esto disponveis com um mximo quente / mido temperatura em servio de 232? C (450? F) e superior (at 370 C, ou 700? F, para de uso nico curtos perodos). Ao contrrio do anteriormente resinas mencionadas, estes cura por condensao reao que libera compostos volteis durante a cura. Este coloca um problema, porque os volteis liberados produzir vazios no compsito resultante. Substancial esforo tem sido feito para reduzir este problema, e existem atualmente diversos poliimida resinas em que a cura final ocorre por uma adio reao que no libera substncias volteis. Estas resinas ir produzir boa qualidade, lowvoidcontedo peas em compsito. Infelizmente, como IMC, Poliimidas so bastante frgeis. Outras resinas termofixas. A tentativa de produzir melhor resinas termofixas est em curso,

com grandes esforos com foco no desempenho quente / hmido e / ou resistncia ao impacto de resina epxi, IMC, e Poliimidas. Outras resinas esto constantemente em desenvolvimento, e algumas esto em comercial uso para aplicaes especializadas. Fenlicos resinas, por exemplo, tm sido usados h anos em aplicaes que requerem resistncia trmica muito alta e desempenho char e ablativo excelente. Estas resinas tambm tm boa dieltrica propriedades, combinado com dimensional e trmica estabilidade. Infelizmente, eles tambm curar por um reao de condensao, soltando gua como um subproduto e produzir um laminado voidy. No entanto, eles tambm produzem baixa emisso de fumaa e menos txicos subprodutos em cima de combusto e so, portanto, frequentemente usado em aplicaes como o interior de aeronaves painis onde os requisitos de combusto justificar as propriedades menores. steres de cianato tambm so usados como materiais de matriz. Sua baixa absoro de umidade, caractersticas e propriedades eltricas superiores permitir que eles vejam aplicaes em satlites estruturas, radomes, antenas e eletrnicos componentes. Resinas termoplsticas. O objetivo duplo de melhorar ambas as propriedades quente / molhado e resistncia ao impacto de matrizes compostas levou ao desenvolvimento, e uso limitado, de alta temperatura matrizes de resinas termoplsticas. Estes materiais so muito diferente dos termoplsticos commodities (Tais como polietileno, policloreto de vinila, e poliestireno) que so comumente usados como sacos plsticos, tubos de plstico e talheres de plstico. Os termoplsticos apresentam commodity muito pouca resistncia a temperaturas elevadas; de alto desempenho exibem resistncia termoplsticos que pode ser superior de epxi. Termoplstico de matriz materiais so mais resistentes e oferecer o potencial de melhorar a resistncia quente / hmido e de longo prazo de armazenamento em temperatura ambiente. Por causa de sua alta cepas at a falha, eles tambm so as matrizes atualmente disponveis apenas que permitir, pelo menos teoricamente, o novo intermedirio mdulo, de carbono de alta resistncia (e tenso) fibras de usar o seu potencial pleno tenso no compsito. Termoplsticos so geralmente considerados ser semicristalino (significando os tomos do cadeias de polmeros se organizam em matrizes regulares em algum grau) ou significado (amorfo no h ordem local para as cadeias moleculares). Estes materiais incluem resinas como politer etherketone, sulfeto de polifenileno, polieterimida (Todos os que se destinam a manter termoplstico

personagem na composio final), e outros, como polyamideimide, que originalmente moldado como um termoplstico, mas depois postcured na composio final para produzir parcial caractersticas termofixas (e, portanto, melhora resistncia temperatura subsequentes). Termoplstico matrizes no absorver qualquer significativa quantidade de gua, mas a resistncia solvente orgnico uma rea de preocupao para os termoplsticos no cristalino. Matrizes de metal e cermica. Ao contrrio de seus homlogos orgnica, a matriz de liga de metal no MMCs fornece uma importante contribuio para a resistncia do compsito. Isto resulta no s da maior resistncia de ligas metlicas em relao de resinas orgnicas normalmente usados como matrizes, mas tambm do fato de que a maioria das MMCs atualmente ter reforos descontnuos e um muito frao maior volume de matriz. De matriz de metalcompsitos esto atualmente em servio, utilizando matrizes com base em ligas de alumnio, titnio, ferro, cobalto, cobre, prata e berlio. Cobre, prata, e MMCs berlio so usados principalmente para gerenciamento trmico e contatos eltricos; MMCs de ferro so usados para industrial resistente ao desgaste aplicaes, tais como rolos ferramenta e morre, e MMCs de titnio so usadas principalmente para o setor automotivo, aeroespacial, e produtos de lazer. Cobalto MMCs (carbonetos cimentados, ou cermets) so includo aqui como um MMC, embora nem todos concordam sobre essa classificao, enquanto o xido-dispersionstrengthened nquel explicitamente excludos, porque fortalecimento nestas ligas ocorre por um mecanismo de deslocamento em vez de um compartilhamento de carga mecanismo. De longe a mais produzida MMCs so baseadas em matrizes de liga de alumnio, e estes so de uso corrente para automvel e ferrovirio de transporte terrestre, gerenciamento trmico e empacotamento eletrnico, aeroespacial e de lazer aplicaes. Uma vasta gama de fundido e alumnio forjado ligas so usadas como matrizes em MMCs alumnio. A nomenclatura padro, American National Standards Institute (ANSI) H35.5-1997, tem foram estabelecidas para MMCs de alumnio: 2009 / SiC/15p-T4. Os quatro primeiros dgitos (ou trs dgitos para ligas de cast) so a Associao de alumnio designao da liga, que especifica a liga matriz composio. Isso seguido por reforo composio e o reforo frao de volume (em percentagem volume). Um nico carta significa a morfologia reforo

("P" uma partcula, "w" suia, e "f" de fibra). O padro de alumnio temperamento Associao designao usada no final da designao MMC, conforme o caso. As ligas MMCcasting mais utilizados so com base em alumnio-silcio, que so usados para produo de lingotes de fundio. O alumnio-silcio de alta ligas de melhorar a fluidez e minimizar interao qumica com os reforos SiC durante a fuso. Composies de liga comum da matriz so baseados em ligas de fundio de alumnio tais como 359, 360 e 380. As modificaes geralmente incluem maior de silcio e, por vezes maior de magnsio ou cobre, mangans ou menor (Ref. 6). Fundio de infiltrao tambm usa frequentemente ligas de alumnio-silcio, tais como a A356, e esta comum que os materiais utilizados no gerenciamento trmico. No entanto, forjado composies de liga leve, incluindo 2xxx comum e ligas 6xxx, pode tambm ser usada para a fundio de infiltrao. Sem presso para casting, a composio da matriz cuidadosamente controlados para fornecer as reaes desejadas e microestruturas. O silcio normalmente a 10% (Em peso), e 1% Mg (em peso) tambm crtica. Tarugos fundido ou flores para termomecnico subseqentes processamento costumam usar matriz forjado ligas contendo magnsio, como 2024 e 6061. Billet obtidos por metalurgia do p tambm usa convencionais composies de liga forjado, ou pode usar ligas modificadas que foram otimizado para uso em uma matriz de MMC. Dois exemplos so 6.091, que uma verso modificada 6061, e 6092, que uma modificao de 6013. Muitas vezes, a modificao envolve uma pequena reduo na concentrao de adies de liga usada para refinamento de gro, porque as partculas de reforo restringir o crescimento de gros. Alm disso, um mximo nvel especificado para o oxignio para garantir que o p no introduz uma grande frao de xido de partculas. De matriz de metal-compsitos de cobre, berlio, ea prata so utilizados principalmente pela sua excelente propriedades eltricas e trmicas, e reforos so adicionados para o controle de trmica expanso ou melhor resistncia ao desgaste. A matriz geralmente o elemento puro para manter o excelente propriedades trmicas ou eltricas. Tpico reforos, como o molibdnio em cobre e tungstnio, prata e carboneto de tungstnio, cobre, e xido de berlio em berlio, so insolveis na matriz. MMCs titnio forjado uso convencional

matrizes de liga quando o reforo contnua. Para as aplicaes correntes, Ti-6Al-2Sn-4Zr2Mo (Ti-6242) usado. (Veja o artigo "Aeronutica Aplicaes de metal-Matrix Compsitos ", neste volume.) Outros comercial ligas, como Ti-6Al-4V e 21S Timetal, tm sido amplamente utilizado no desenvolvimento e na componente manifestaes. Uma srie de ligas tm sido usado em pesquisa e desenvolvimento de DRTi. A maior aplicao comercial de DRTi por agora para o consumo automotivo e vlvulas de escape. A vlvula de admisso usa Ti-6Al-4V como a matriz, mas a vlvula de escape requer uma temperatura alta liga matriz. A composio utilizada Ti6.5Al-4.6Sn-4.6Zr-1.0Mo-1NB-0.3Si (Ref 7, 8). Cermica compsitos de matriz atualmente em uso geralmente utilizam SiC ou inibido de carbono como a matriz. O papel da matriz fornecer a necessria desgaste e resistncia abraso, ou para proteger a fibra da oxidao e danos. Formas de material Os materiais compsitos so geralmente disponveis em uma gama de formas de produto bruto. Estes formulrios fornecem uma unidade padronizada para baixo custo de produo e so uma entrada conveniente para a fabricao de processos. Alm disso, a padronizao da matria-prima forma de produto permite um melhor controle sobre constituinte composio e distribuio. Uma breve discusso das formas matria-prima utilizada na maioria das vezes na fabricao de compsitos fornecida posteriormente. Orgnico-Matrix Composites. Contnuo fibras de reforo esto disponveis em muitos produtos formas, variando de monofilamentos (para fibras como o boro e SiC) para fibra multifilamento feixes e de fitas unidirecionais a um nico tecidos e tapetes camada de tecido de mltiplas camadas. O matrizes orgnicas so geralmente misturado a partir do componentes individuais se a matriz uma, thermoset ou esto disponveis como folhas, ps ou pellets se a matriz um termoplstico. O reforo fibras e resinas matriz pode ser combinados em diferentes materiais muitos no-final ou formas de produtos que so projetados para posterior uso com processos de fabricao especficos. Em o caso de fibras contnuas, essas combinaes de fitas de fibra unidirecional, reboques, ou tecido tecidos com resina e formado em folhas ampla so chamados de pr-impregnados. (Em alguns casos, a fibra reboques so impregnadas com resina e ferida de volta em carretis, ainda como reboques, para formar "towpregs.") No Nesta fase, pr-impregnados / towpregs ainda so em grande parte no curado. Usando pr-impregnados, em vez de in-line de impregnao

das fibras durante a fabricao composta final processo pode oferecer vantagens significativas. Pr-impregnados pode ter muita preciso controlada de fibra de resina rcios, altamente controlada aderncia e caimento (no caso de matrizes termofixas), fluxo da resina controlados durante o processo de cura, controle e, em alguns processos, melhores condies de ngulo de fibra e de colocao. Materiais pr-impregnados podem ser produzidos e armazenados, normalmente sob refrigerao para matrizes termofixas, e depois utilizados em processos que vo desde a mo lay-up para altamente automatizado enrolamento filamentar, colocando fita adesiva, ou colocao de reboque. Processos como pultruso e trana tambm pode usar formas prepreg vez de in-line de impregnao de resina. Enquanto o ltimo pode ser menor no custo inicial, que pode ser proibitivo para alguns sistemas de resina (como termoplsticos), e parmetros como a fibra de resina relao pode no ser to facilmente controlada, como o caso com um prepreg. Descontnua reforado com fibra de formas produto incluem compostos folha de moldagem, moldagem em massa , compostos de moldagem por injeo, e pr-formas secas fabricados para uso em infuso de resina processos. Muitas outras formas de reforo existem, principalmente em materiais de fibra de vidro. Ambos contnua e esteiras descontnuo, com e sem materiais para encadernao, esto disponveis. claro, compsitos reforados principalmente com descontnua fibras tm menor propriedades mecnicas do que aqueles com fibras contnuas. Isto porque todas as cargas em compsitos de fibra descontnua deve ser feita pela matriz em cisalhamento de comprimento da fibra de comprimento de fibra (lag de cisalhamento). Em Alm do volume de fibra, em fibra descontnua compsitos normalmente um pouco menor do que tpico em compsitos de fibra contnua. Os materiais compsitos so muitas vezes utilizados como facesheets e combinada com materiais de ncleo para formar estruturas sanduche. Formas comuns de materiais de ncleo so espumas (clula aberta e fechada), favo de mel (muitas vezes feitas de fibra de vidro, aramida, ou alumnio) atravs do qual os eixos longitudinais de as clulas so perpendiculares ao plano principal do sanduche estruturais, e cheias de espuma favo de mel. Estruturas sanduche tm muito rigidez estrutural em nveis elevados de flexo, que explorado em aplicaes de flexo e flambagem crtica.

Metal Matrix-Composites. O maior fornecedor de formas de produto primrio MMC Alcan

Engineered Products Cast (ex-Duralcan EUA). Boleto e flores para o processamento forjado e lingotes para refuso de fundio so produzidas por um processo de fundio patenteado. Lotes de 6,8 toneladas so derretidos, e as partculas de cermica esto suspensos no estado fundido por uma mistura de alta energia processo. O MMC fundido ento lanado no flor, tarugos ou lingotes. Estas formas materiais so ento prestados aos clientes que aplicam secundrio formando operaes, tais como extruso, forjamento, rolamento, ou refuso e fundio. A indstria aeroespacial depende MMC boleto produzido por um processo de metalurgia do p. O processo primrio, realizada por DWA alumnio Compsitos, misturas de matriz e reforo p em um misturador de alto cisalhamento, ento outgases e consolida o p em billet. Boleto tamanhos mais de 360 kg (800 lb) so tpicos, e tarugos at 450 kg (1000 lb) esto disponveis. A maior parte do mercado MMC baseia-se sobre os componentes produzidos em near-net de forma outros processos de reformulao do lingote de fundio. Os processos mais comumente utilizados so a infiltrao fundio e fundio por compresso. Em ambos os casos, cuidadosamente produzido porosa pr-formas cermicas so necessrio. Infiltrao de pr-formas de partculas de cermica so produzidos por tanto uma abordagem slurry-casting, por p de prensagem, ou por injeco moldagem. Estas pr-formas proporcionar uma distribuio uniforme do reforo e uma controlada porosidade para a infiltrao. Alm disso, o pr-forma fornece "fora verde" suficiente para resistir presses que s vezes so aplicadas durante a infiltrao. Outro processo importante forma near-net uma propriedade em tcnica de fundio situ usado por DMC2 Componentes Eletrnicos (anteriormente Componentes Lanxide Eletrnico). Como o MMC formado in situ durante a solidificao, especial MMC lingote de fundio ou pr-formados no so necessrios. Fios e formas de fita produto de forma contnua MMCs alumnio reforado agora so comercialmente disponveis. A MMC tem um reforo frao de volume de aproximadamente 55% de alumina (Nextel 610). O fio de longe o mais comum formulrio. Uma variedade de dimetros est disponvel, mas 2,6 milmetros (0,10 polegadas) o dimetro mediano. Estes so produzidos por um processo patenteado pela 3M. Processos de Fabricao Orgnico-Matrix Composites. Uma srie de processos existe para a fabricao de componentes MAC. Compsitos reforados por fibras usadas na maioria dos aplicaes de alto desempenho so laminadas

com unidirecional (ou tecido) em camadas discretas ngulos de um para o outro (como na madeira compensada), permitindo assim altamente adaptados direcional rigidez e propriedades de resistncia. Uma variedade de cabos de fibra processos de colocao esto disponveis para atingir essa desejada combinao de orientaes. Dois processos comuns so lay-up ( mo ou mquina) e enrolamento filamentar / colocao de reboque. Com lay-up material, que est em pr-impregnado ou seca forma de fibras (fibras secas no contm resina, de modo que este forma tipicamente consiste de malha, tranado, ou camadas de tecido) cortado e colocado acima, camada por camada, para produzir um laminado de o nmero desejado de lonas e associados orientaes ply. No filamento enrolamento / colocao de reboque, um feixe de fibras ou fita impregnada com resina e em cima de uma ferida mandril para produzir uma forma: com enrolamento filamentar muitas vezes uma geometria simples, tais como um tubo ou vaso de presso, com colocao de rebocar a formas podem ser mais complexos. Como mencionado antes, a colocao de enrolamento filamentar / reboque pode usar resina lquida molhada ou prepreg. Composto de fibra de colocao de procedimentos de fabricao pode ser trabalhoso, por isso a maioria dos principais compostos fabricantes de componentes esto desenvolvendo e / ou utilizar equipamentos de fabricao automtica. Tal equipamento usado frequentemente para composite componentes que tm uma rea relativamente grande e taxa de produo razovel. Dois mtodos predominam. Uma envolve a colocao de lonas com o fita. Grande fita-laying mquinas so computadores controlados e prtico rob sistemas, e so equipado com um especialmente projetado fita de dispensao cabea. Outro mtodo envolve o recorte de folhas inteiras de ampla unidirecional mercadorias que utilizam laser, jato de gua, ou reciprocatingknife cortadores. Recorte padres ply so transferidos a uma ferramenta e colocou-se mo ou equipamentos automticos especialmente concebidos com pick-up e laydown cabeas. Diretrizes laser gerado pode ser projetado em uma parte para indicar a localizao do a prxima parte a ser colocados. Se o processo de colocao de fibra-envolveu o uso da "seca" de fibras, o prximo passo no processo a infundir esta pr-forma de fibra seca com resina lquida. Um dos processos mais simples de fazer isso moldagem de transferncia de chamada de resina (RTM). Na RTM processo, da pr-forma de fibra seca primeiro colocado em um molde aberto correspondido. O molde fechado e resina injetada em portos no molde. Excesso ar forado a sair outras aberturas no molde. Em vcuo-assistida de moldagem por transferncia de resina a vcuo,

pode ser aplicado para as portas de ventilao para auxiliar na elaborao a resina para a pr-forma de fibra e remoo de qualquer preso ar. H muitas variaes do processo de infuso de resina. Por exemplo, para reduo de custos, moldes pode conter um disco rgido de um s lado lado da ferramenta, onde o lado oposto da ferramenta pode ser apenas um simples saco de vcuo flexvel. Outras variaes conter um espao de ar ou de alta permeabilidade camadas sobre a superfcie planform da pea, a permitir que a resina lquida a fluir rapidamente e mais "Acima" da superfcie, antes que o processo mais lento de difundir atravs da pr-forma (da, usando Neste mtodo, o lquido s para difundir atravs da espessura da pr-forma, no atravs da direo parte largura como em RTM). Em uma variao deste processo (moldagem por compresso de lquido), uma vez que a resina tem fluiu atravs do entreferro ao longo da pr-forma, a ferramenta pode ser ainda fechada criar uma presso adicional para forar a resina para a pr-forma. Provavelmente o mais antigo de todos os mtodos de infuso de resina "wet lay-up", em que as fibras, geralmente txteis, so mergulhados na resina (ou a resina squeegeed no txtil layer) ea camada mida colocada em uma singlesided molde. A colocao de fibra (e infuso de resina, se for o caso) processo acompanhado por algum tipo de processo de cura para endurecer (cross link) o polymermatrix resina. Para uma cura de baixa temperatura ou twopart mix de matriz termofixa, isso pode envolver simplesmente segurando a pea temperatura ambiente at cura concluso. No entanto, para aplicaes que envolvem elevadas temperaturas de servio ou para termoplsticos, deve haver uma temperatura elevada, cura. Filamentos peas podem ser curadas a temperatura elevada em um forno aberto e, em alguns concluir os casos, a consolidao ea superfcie pode ser melhorada atravs da aplicao de um molde externo feminino ou saco de vcuo. Lay-ups so mais comumente consolidada atravs da aplicao de calor e presso em uma autoclave, mas tambm podem ser moldados, pressionado, ou saco de vcuo curado. (Por exemplo, em o processo de RTM, os moldes se pode ser aquecido.) H tambm processos de fabricao especial, como a pultruso, que combinam a colocao de fibra, consolidao, e elevado-temperatura de cura na uma operao contnua. O processo de pultruso um baixo custo, o mtodo de alto volume para produzir peas longas com constante (ou quase constante) fibras de seo transversal contendo alinhados predominantemente ao longo do eixo longitudinal do

parte. O processo de pultruso uma "linha" contnua processo, em que reboca fibra so mecanicamente agarrou e puxou de seus carretis, atravs de um banho de resina, em seguida, atravs de uma matriz aquecida contendo a seo transversal desejada da pea. Outro processo industrial comum a compresso moldagem, tipicamente em que folhas planas de preimpregnated fibras so colocados em uma aquecida aberta molde. As metades do molde so posteriormente fechados e da resina, em seguida curado para formar final. Para selecionar o melhor processo de fabricao de compsitos, o designer geralmente escolhe o processo que ir proporcionar um componente de qualidade aceitvel pelo menor custo. Na avaliao de custos e qualidade, no entanto, o custo de ferramental, taxa de produo, materiais de custo, o acabamento da pea desejada, e muitos outros fatores devem ser considerados. S depois de tudo os fatores pertinentes tenham sido pesadas pode o fabricao de mtodo (ou o material) ser selecionado. Metal Matrix-Composites. Quase o dobro do volume de MMCs so produzidos pela fundio e outras rotas lquido em relao ao estado slido de fabricao, e esta lacuna dever aumentar em nos prximos anos. Esta liderada por aplicaes automotivas, como revestimentos de motor de bloco de cilindros e componentes do freio, e no gerenciamento trmico indstria. Por uma grande margem de alumnio, MMCs so os materiais mais comumente elenco. A grande variedade de tcnicas so agora comercialmente estabelecidas, incluindo derrame de fundio, a infiltrao fundio, e no processamento situ. Fundio normalmente comea com um lingote de fundio material, como descrito anteriormente. Aps a refuso, o compsito fundido deve ser bem agitado para manter os reforos bem distribuda. Ambos SiC e reforos de alumina tm uma densidade ligeiramente maior do que as ligas de alumnio, e assim tendem a resolver. Sedimentao evitado com carboneto de boro reforos em ligas de alumnio, porque as densidades so quase idnticas, mas a maiorcusto destes reforos restringiu sua uso em aplicaes de alto volume. Em alumnio fundido MMCs utilizando reforos SiC, o lquido temperatura do metal deve ser mantida abaixo de cerca de 730 ? C (1346? F) para evitar a formao de alumnio carboneto, Al3C4. Devido maior viscosidade do MMC, este processo normalmente usado para reforo volume de fraes? 20%. A Alcan material foi lanado com sucesso usando um nmero de tcnicas padro, incluindo o verde areia, areia colados, o molde de gesso permanente, molde, de investimento, perdido, espuma e centrfuga fundio (Ref 6). Pequenas modificaes, mas importante

s vezes so necessrios para MMC casting. Por exemplo, a concepo de sistemas de propagao deve especificamente em conta a viscosidade mais elevada derreter, de modo que o aprisionamento de ar evitada. Com projeto adequado, excelentes resultados foram obtidos. Fundio sob presso de MMCs tem sido utilizado comercialmente desde o incio de 1980. Neste processo (Muitas vezes chamado de "squeeze casting"), uma cermica porosa pr-forma introduzida em um permanente cavidade do molde. Um volume fixo de metal fundido liga introduzida e rapidamente pressionado no cermica pr-forma por uma fora mecnica. Depois solidificao, a pea ejetada do molde, eo processo repetido. Porque o processo muito rpido, bem adequado para grandes volumes, tais como os representados pela indstria automotiva. Outra caracterstica levando a boa relao custo-benefcio a reutilizao do permanente molde. Um exemplo notvel de espremer fundido componentes so os pistes reforados seletivamente MMC introduzido pela Toyota Motor Manufacturing em 1983, como a aplicao MMC primeiro comercial na indstria automotiva. Taxas de produo de mais de 100.000 por ms foram alcanados (Ref. 4). Uma srie de abordagens so utilizados para a produo de componentes atravs de fundio de infiltrao. A principal diferena entre estas tcnicas est na quantidade de presso do gs aplicado a fora o metal fundido para a pr-forma cermica porosa. Presses de gs tpicas variam de 5,5 MPa (800 psi) a 10,3 MPa (1500 psi). A hidrosttica presso e taxas moderadas de pressurizao eliminar a necessidade de ferramentas de alta resistncia e minimizar a possibilidade de danificar o pr-forma como o metal fundido infiltrada. O molde no permanente, mas 5-10 partes pode normalmente podem ser produzidos a partir de um nico molde antes substituio. Enquanto excelentes resultados podem ser obtidos, uma cmara de presso com volume adequado e capacidade de aquecimento necessrio. Este processo bem adequado para componentes aeroespaciais, onde a produo de alta qualidade e baixa ou moderada volumes so necessrios, ou para empacotamento eletrnico, onde o tamanho pequeno componente permite at vrias centenas de peas a serem feitas em um nico executar. Um processo sem presso usado para produzir MMCs por se infiltrar em um porosa, cermica nonreactive pr-forma. A liga de alumnio contm magnsio, ea infiltrao realizada em atmosfera de nitrognio. O magnsio reage

com o gs nitrognio para formar Mg3N2, que permite infiltrao espontnea da pr-forma cermica. Como o alumnio fundido arrastado para o pr-forma, os Mg3N2 reduzido para formar alumnio nitreto, eo magnsio liberado soluo slida (Ref 6). Os processos de fabricao estabelecidos para o indstria metalrgica, como extruso, forjamento, e rolando, so normalmente utilizados para particlereinforced MMCs com apenas pequenas modificaes. Extruso de MMCs amplamente utilizado: na indstria automotiva (por exemplo, driveshafts para caminhes e o Chevrolet Corvette), para a indstria aeroespacial componentes (como o guia de sada do ventilador palhetas de Pratt e Whitney gs da srie 4xxx turbina motores), e produtos de recreao (como bicicleta tubulao frame). Tarugo de extruso de at 51 centmetros (20 polegadas) de dimetro foi comercialmente extrudado. Alguns componentes produzidos comercialmente representam a complexidade geomtrica significativa. Excelente tolerncias dimensionais e de superfcie revestimento pode ser alcanado no produto extrudado. Hard-cara revestimentos matriz de extruso so freqentemente usados para prolongar a vida morrer. Componentes comerciais MMC tambm so produzidos rolando e forjamento. RolledMMCproduct inclui placa e folha. Placa usada para aplicaes, tais como discos de embreagem, gerenciamento trmico material de entrada e portas de acesso de combustvel em a indstria aeroespacial. Folha usado principalmente de componentes aeroespaciais, e material sobre 76 cm (30 pol) foi produzido. Rolando pr-formas so produzidos por ambos fundio e p processos de metalurgia. Falsificao de MMCs usado para a fadiga aplicaes crticas, como helicptero rotor mangas lmina. A extruso cilndrica pr-forma bloqueador forjadas e ento fechou-die forjados para a forma final. Excelente dimensional tolerncias so mantidas. Forjar est sendo desenvolvido para o setor automotivo bielas. O microestrutural refinamento fornecido pelo forjamento processo de melhora a resposta fadiga, que um requisito fundamental para esta aplicao. Os processos descritos anteriormente so aqueles mais amplamente utilizado para aplicaes existentes. Muitos outros processos de fabricao esto sendo usados ou que tenham sido estabelecidas para MMCs, incluindo spray de formao, piercing, desenho, e rolando anel. Usinagem e acabamento para MMCs so semelhantes aos utilizados para metais. Por experincia muito maior existe para alumnio MMCs. Moinhos padro, tornos, e numrico computadorizado

mquinas de controle pode ser usado, contanto que os parmetros de corte so adequadamente selecionados. Porque do forte, duro, reforos de cermica em MMCs, instrumento significativo desgaste resultados quando se utiliza simples ferramentas de alta velocidade e at mesmo de ao carbide ferramentas. No entanto, as economias de usinagem idntico ao obtido com ferramentas convencionais pode ser alcanado em MMCs utilizando policristalino diamante (PCD) em uma base de operao da unidade. Desgaste da ferramenta reduzida e melhor qualidade superficial para cortes mais agressivos e mais velocidades, melhorando a velocidade geral de usinagem. Experincia na Alcan tem demonstrado que de granulao grossa PCD (15 a 40 lm, ou 0,6-1,6 mils) fornece o melhor desempenho global e relao custo-eficcia (Ref. 4). Em alguns casos, as operaes em MMCs proporcionar resultados superiores em comparao com metais no armado.

Aplicaes O propsito desta breve introduo fornecer informaes gerais e sobre temas unificadores as diversas aplicaes dos compsitos materiais. Uma viso geral do uso de MAC est em destaque. O progresso dramtico na tecnologia e aplicao de MMCs discutido, e os situao atual das aplicaes CMC fornecido. Devido a sua maturidade recente, a ponto de se tornando uma tecnologia robusta comercial, o seo seguinte sobre as aplicaes MMC um pouco expandida nesta introduo. Detalhado informaes relativas aplicao de materiais compsitos atravs de uma ampla gama de categorias fornecido na seo "Applications e Experincia ", neste volume. Orgnico-Matrix Aplicativos Compostos Com base nas suas propriedades de alta performance, de custo reduzido mtodos de fabricao, e os maior nvel de confiana entre os usurios, o uso de materiais OMC tem se expandido muito desde a meados da dcada de 1980. Estas aplicaes esto bem documentados no "Aplicaes e Experincia" Seo deste volume, bem como em outros fontes (Ref 7). Compsitos de alta performance foram levados para a necessidade de muito alto desempenho estruturas de aeronaves durante os dias de a Guerra Fria. Os militares mercados aeroespacial ainda constituem um dos principais utilizadores do desempenho high-end materiais. Por exemplo, o B-2 bombardeiros, caas F-22, Joint Strike Fighter, F-18E /

F aeronaves, Eurofighter, Gripen e Rafale aeronaves em produo, nos livros, ou em forma de prottipo so todos construdos com alto porcentagens de OMCs. Atual de produo de helicpteros esto agora em grande parte composto. Sobre o comercial lado, OMCs constituem uma parcela significativa do novo Boeing 777 grandes e planejado Airbus jumbo A380, o que supostamente ir conter o primeiro de fibra de carbono da asa secton centro em um avio comercial de grande porte, alm de extensa, MAC uso em superfcies de cauda, divisrias e quilha da fuselagem e piso vigas), bem como intermediriosaeronave de transporte de tamanho e de negcios jatos, e eles so prevalentes em muitos comerciais pequenos e aeronaves homebuilt. Aplicaes espaciais para OMCs floresceram, do satlite estruturas (onde CTE baixo, alm de baixa peso, uma grande vantagem do MAC) para o uso de OMCs em carenagens de reforo, mortalhas, e tanques. A maturidade de alta temperatura MAC estruturas tem proporcionado o uso de OMCs em muitos aplicaes de motores para ar e veculos espaciais. Os esportes e recreao do mercado continua a ser um dos principais consumidores de compostos matrias-primas. Clubes de golfe, bicicletas, pranchas de snowboard, esquis aquticos, raquetes de tnis, tacos de hquei, e assim on-lista de produtos de consumo produzido agora usando OMCs extensa e comum. No lado marinhos, o consumidor uso de OMCs fibra de vidro em baixa a high-end barcos o norma. Navios militares viram vrias aplicaes de OMCs, estruturas e principalmente topside caa-minas. Compsitos de fibra de carbono pode ser visto em alta performance impulsionados por motores, sailpowered, e barcos de propulso humana corrida. Um mercado potencialmente enorme existe para composite materiais na modernizao da infra-estrutura necessidades. Por exemplo, 31% da rodovia pontes nos Estados Unidos so classificados como estruturalmente deficiente. Para abordar esse atividades, muitas esto em curso a nvel nacional, estadual e local nveis para uso de compsitos para reparar e, em alguns casos, substituir pontes deficientes. A Figura 4 mostra um exemplo de uma ponte totalmente em fibra de vidro a ser instalado em Butler County, Ohio. Esta ponte totalmente instrumentado para detectar desempenho estrutural perda. No momento da redao deste texto, o ponte tem quase quatro anos de servio, quase no requer manuteno. Compsitos tm tambm foi usado para melhorar ssmica de existir estradas e pontes. Veculos terrestres tambm se beneficiaram grandemente de

a aplicao de OMCs. Veculos militares blindados tem sido demonstrado que oferecem balsticos proteco dos seus ocupantes, alm de luz peso. A demanda por eficincia energtica e baixa manuteno veculos tem estimulado compsitos uso do automvel em avanado, caminho, nibus e trem produtos comerciais. Peas de produo incluem tudo, desde pequenas montagens de ligao para painis exteriores muito grandes estruturais. Completando a discusso de aplicao do MAC so uma srie de produtos. Por exemplo, o mdico indstria aplicou OMCs para produtos que vo a partir de dispositivos ortopdicos implantado para x-ray tabelas e leve dispositivos de assistncia. (Um exemplo mostrado na figura. 5). Aplicaes industriais incluir caixas eletrnicos, rolos grandes, tanques, braos robticos, e assim por diante. Spoolable tubulao de petrleo poos permite poos mais profundos, devido ao aumento fora e reduzida "peso travar" de compostos produtos tubulares. Em suma, o desenvolvimento do e uso de OMCs foram inicialmente estimulados pelos primeiros investimentos com base na necessidade militar, e, com base sobre os sucessos, agora dramaticamente tomadas off no sector privado, com base exclusivamente em suas mritos comerciais. Metal Matrix Composite ApplicationsEm 1999, o mercado mundial somaram MMC mais de 2,5? 106 kg (2500 toneladas). Enquanto isso relativo dificilmente notvel para volumes de produo histrico de mais materiais estruturais, que certamente ilustra que MMCs no so mais um tecnologia marginal e passaram o limiar em uma tecnologia de materiais auto-suficiente. Este tambm claramente demonstrado pelo nmero de funes e da ampla gama de aplicaes que esto satisfeitos com MMCs. Nesta subseo, instrutivo aplicativos selecionados so brevemente apresentados em cada um dos principais mercados existentes para ilustram a amplitude eo impacto das aplicaes atuais e destacar as tendncias de aplicao. Esta introduo no de forma exaustiva, e informaes mais detalhadas so fornecidas na Seo "Aplicaes e Experincia" e em outros fontes de informao citadas neste volume. Alguns das informaes subseqentes foi tirada de um anlise de mercado recente de MMCs (Ref 4). Transporte terrestre / Automotive. O indstria de transporte terrestre (automvel e ferrovirio) foram responsveis por 62% do mundo MMC total de mercado em volume em 1999. No entanto, a alta taxas de produo e nfase imperativo em baixa custos resultou em um mercado total de surpreendentemente baixo

partes por valor apenas 7%! De longe o mais simples composto predominante usado neste sector DRA. A estratgia de aplicao mais comum deslocar componentes feitos de ferro fundido ou ao, maximizar as redues de peso. No entanto, substituio de ao baseada simplesmente em reduo peso claramente uma motivao inadequada para o uso da DRA, a maioria no de um automvel estrutura seria deslocada. Portanto, componentes so direcionados onde outros benefcios alm reduo de peso so simples possvel, de modo que o custo adicional de insero pode ser justificada. Aplicaes selecionadas que ilustram os adicionais benefcios obtidos pelo uso de MMCs so fornecidos posteriormente. A cabea do pisto seletivamente reforada foi introduzida pela Toyota Motor Manufacturing em 1983. Produzido por fundio por compresso, esta foi uma produo razoavelmente baixo custo e alta taxa de processo. Os reforos desde melhorou resistncia ao desgaste e baixa condutividade trmica, de modo que mais do calor gerado pela combusto gases estava disponvel para a produo de trabalho. Alm disso, a MMC proporcionou uma CTE inferior alumnio sem reforo, de modo que tolerncias mais apertadas e, portanto, a presso, maior e melhor desempenho foram obtidos. Squeeze elenco de pisto liners tm sido usados na Honda Prelude desde1990, insere elenco deslocando ferro (Fig. 6). Em um romance de processo de fabricao, o bloco do motor fundio e pisto liner infiltrao pr-forma so realizadas simultaneamente, eliminando o custo de montagem associados com as inseres de ferro fundido. Mais importante, os forros MMC desde melhorou resistncia ao desgaste, de modo que o forro geral espessura pode ser reduzida. Isto rendeu um aumento no deslocamento do motor, para que mais potncia obtida a partir do mesmo conjunto powerplant peso e volume. Finalmente, a trmica condutividade da MMC muito maior que o forro de ferro fundido, de modo que a temperatura de funcionamento diminuda, resultando em prolongada do motor a vida. Cardans automotivos representam uma componente aplicao motivado principalmente pela estruturais propriedades. Driveshaft projeto limitado pela instabilidade rotacional, que controlada pelo rigidez especfica do material do eixo motor. O rigidez maior especficos de DRA relativa ao ao ou alumnio permite um longo eixo de acionamento de um dado dimetro. Isso importante em caminhes e grandes veculos de passageiros, onde o metal de duas peas

driveshafts so usadas frequentemente. Substituio por DRA permite que um eixo de acionamento de um nico pedao. No s o peso significativo salvos como resultado de material substituio, eliminao, mas do apoio central para a unidade de duas peas oferece adicionais reduo de peso. Finalmente, driveshafts MMC requerem menos massa contrapeso em relao ao ao. Ao todo, tanto quanto 9 kg (20 lb) ter sido salvo por esta aplicao. De matriz de metal-compsitos driveshafts foram introduzidas pela primeira vez no Chevrolet S-10 e GMC Sonoma em 1996, e foram usada no incio Chevrolet Corvette em 1997. Em 1999, a Ford Motor Company introduzidas MMC driveshafts no "Police Interceptor" verso do Crown Victoria. Outros componentes importantes incluem MMC automotivo e ferrovirio de freio componentes, DRA Pneu de neve pregos, e DRTi ingesto de automvel e escape vlvulas no Altezza Toyota. Adicional informao fornecida no artigo "Automotive Aplicaes de metal Matrix-Composites " neste Volume. Gesto trmica e Eletrnicos Embalagem. Materiais para gerenciamento trmico requre e empacotamento eletrnico trmica elevada condutividade para d