KYP0040 MATERJALITEADUSE ÜLDALUSED - tud.ttu.ee

Dispergeeritud faasi osakeste kuju, suuruse ja paigutuse alusel jaotatakse komposiidid järgmiselt
(joon 10-1):
Osakestega (teradega) Kiududega Kihilised
tugevdatud
tugevdatud
/ \ / \ / \
Suurte Nano- Pikkade Lühikeste Lami- Sandwichosakestega
osakestega kiududega kiududega naarsed tüüpi
/ \
Orientee- Juhusliku
ritud paigutusega
10.2 Osakestega (teradega) tugevdatud komposiidid
Siin on dispergeeritud faasi osakeste mõõtmed enam-vähem ühesugused erinevates suundades.
Suureks loetakse osakesi siis, kui nad on tunduvalt suuremad molekulaarsetest mõõtmetest. Nanoosakeste
korral on nende mõõtmed vahemikus 10 – 100 nm.
10.2.1 Suurte teraliste osakestega komposiidid
Plastid, mis sisaldavad täiteaineid, on tegelikult suurte teraliste osakestega komposiidid. Teise
rühma moodustavad betoonid, kus tsemendile on lisatud liiva või killustikku.
Komposiitide tugevus sõltub keskkonna materjali ja dispergeeritud faasi osakeste vaheliste sidemete
tugevusest.
Komposiite valmistatakse kõigist kolmest materjalist, so metallidest, polümeeridest ja keraamikast.
Kõige sagedamini on keskkonnaks metall või polümeer, keraamikat aga kasutatakse sagedamini
osakestena, mis annavad suurema tugevuse. Selline on metallkeraamika, kus keskkonnaks on metall
ja osakesed keraamilised. Näiteks lisatakse niklile või kroomile WC ja TiC osakesi, mis on äärmiselt
kõvad. Selline metallkeraamika sobib lõikeriistade valmistamiseks terase töötlemisel (treiterad jms).
Vulkaniseeritud kautšukile (kummile) lisatakse tahma. See suurendab tõmbetugevust, sitkust ja
kulumiskindlust. Näiteks autorehvid sisaldavad umbes 15 – 30% tahma (siit ka must värv).
Betoonidest on tuntumad tsementbetoon ja asfaltbetoon. Tsementbetooni optimaalse tugevuse
saavutamiseks peab ta sisaldama kahesuguse suurusega osakesi – väiksemaid (liiv) ja suuremaid
(killustik). Lisandi osakesed võivad täita 60 – 80% betoonist, kuid vee ja tsemendi segu peab
täielikult täitma kõik vahed. Suurema tugevuse saavutamiseks lisatakse betooni armatuur (so
terasvardaid ja traati), saadakse raudbetoon. Eriti tugev on eelpingestatud raudbetoon, kus armatuur
on enne kivistumist tõmbepinge all.
10.2.2 Nanoosakestega komposiidid
Osakeste mõõtmed on makromolekulide ja kolloidosakeste suurusjärgus. Osakeste ja keskkonna
vahelised sidemed on molekulaarsel tasemel. Materjali tugevnemine toimub sama efekti tõttu, nagu
sulamite korral vaadeldud pretsipitaatide tekkimisel: osakesed tekitavad materjali sisse suunatud
jõud ja takistavad dislokatsioonide liikumist.
Nanomõõtmetes dispergeeritud faasi osakeste lisamist kasutatakse mitmete metallide ja sulamite
tugevdamiseks. Lisatavad osakesed on tavaliselt keraamilised, kõige sagedamini oksiidid. Näit
kasutatakse Ni sulameid, mida on tugevdatud umbes 3% ThO 2 nanoosakestega ja Al, millele on
lisatud Al 2 O 3 nanoosakesi.
50