Создано человеком

Но от волокна, обладающего даже суперкачествами, до конструкционного материала еще долгий и нелегкий путь. Сначала их нужно превратить в полуфабрикаты - плиты, листы, профили. Для чего волокно необходимо связать матрицей, которая может быть полимерной или металлической. Добиваются этого по-разному - спеканием, полимеризацией, погружением в жидкий металл (с последующим затвердением его).

В качестве полимерной матрицы обычно используются синтетические смолы, а металлической - алюминиевые сплавы. Применяются также магниевые, титановые и никелевые сплавы. И получают в конце концов композиционный материал, в котором сочетаются лучшие свойства упрочняющих волокон и матриц.

Такое сочетание металлических и полимерных компонентов открывает ученым и практикам не только широкие возможности варьирования эксплуатационных свойств, но и разработки принципиально новых материалов, обладающих уникальным комплексом характеристик.

Взять хотя бы слоистый материал алор, представляющий собой сочетание алюминиевых сплавов с органопластикой. В зависимости от состава, структуры и метода изготовления его прочность может составлять от 45-55 до 70-85 кг/мм2. Применение алоров гарантирует снижение плотности на 10-20 процентов, повышение его удельной прочности на 15-20 процентов и уменьшение скорости роста усталостной трещины в 10 раз по сравнению с аналогичными характеристиками традиционных алюминиевых сплавов. Стоит ли говорить, что качественный скачок в повышении эксплуатационных характеристик композиционных материалов находится в прямой зависимости от того, как скоро будет поставлено "на поток" пространственное армирование упрочняющими волокнами.

Вот почему создание композиционных материалов в наши дни становится все более важнейшей задачей науки и производства, настойчиво совершенствуются свойства волокон, расширяются масштабы и методы их производства. Возникла даже специальная наука, занимающаяся расчетами и конструированием деталей из композиционных материалов. За рубежом, например, функционируют десятки фирм, в том числе и многонациональных, специализирующихся на производстве волокон и композиционных материалов.

Успехи в повышении качеств волокон поразительные.

Так, прочность углеродных волокон в опытном производстве уже достигла рубежа 500-700 кг/мм2 (330-540 километров), а модуль упругости 50000-80000 кг/мм2 (57000 километров). А действующая в Японии общенациональная восьмилетняя программа (1981 -1989 гг.)

под научным руководством профессора Хаяси предусматривает к 1989 году взятие "барьера" прочности металлических композиционных материалов на базе алюминиевых сплавов и непрерывных волокон карбида кремния порядка 235 кг/мм2 (100 километров). Материалы этого типа сегодня с успехом применяют, например, в Японии, гарантируя высочайшую надежность продукции машинои приборостроения.

Тенденция широчайшего проникновения композиционных материалов в промышленность прослеживается повселестпо. Так, в самолетостроении в ближайшем будущем пх доля составит 40 процентов от веса конструкции.

И нет никаких сомнений в том, что композиционные материалы, по существу, совершают сегодня настоящую техническую революцию.

Убедиться в этом нетрудно. Достаточно сопоставить максимальную удельную прочность традиционных материалов, стали, алюминиевых, магниевых, титановых сплавов (она не превышает 25-30 километров), с перспективными композиционными материалами (здесь иной показатель - 100 километров). Удельный модуль упругости всех материалов (за исключением бериллия), как мы уже знаем, 2400-2600 километров, а лучших металлических композиционных материалов - 10000 километров.

Все эти качества композиционных материалов открывают конструкторам возможность искать и находить новые невиданные решения, нередко ломающие традиционные представления о возможностях техники вообще. Так, создание американскими специалистами сверхзвукового самолета с обратной стреловидностью, направленной вперед (так называемая схема утки), а не назад, как в обычных сверхзвуковых самолетах, стало реальностью лишь благодаря использованию именно таких уникальных композитов. Схема утки перспективнейшее конструкторское решение, если, конечно, крылья модели будут обладать высочайшей жесткостью. Такую жесткость обеспечивают конструкции самолета композиционные материалы, и ни один традиционный металлический сплав здесь им не конкурент. Потому что только композиционные материалы обладают исключительно высокой усталостной прочностью, а процесс развития усталостных трещин происходит в них в сто раз медленнее, чем в материалах традиционных.

Перспективы использования композиционных материалов, совершенствования их - самые обнадеживающие.

По крайней мере, путь, по которому следует сегодня идти создателям новых материалов, совершенно ясен, поскольку очевидно, какие именно комбинации способны гарантировать наибольший эффект. Это, прежде всего, сочетание высокопрочных волокон и алюминиево-литиевых сплавов, а для условий работы при высоких температурах - использование титановой и никелевой матриц.