Seminarski rad iz predmeta Novi materijaliTema: Kompozitni materijali

SADRAJ1.Saetak...................................................................................................................42.Uvod......................................................................................................................53.Podjela kompozitnih materijala............................................................................63.1.Molekularni nivo................................................................................................63.2.Mikro-strukturni nivo........................................................................................63.3.Makro-strukturni nivo........................................................................................64.Sastojici kompozitnih materijala...........................................................................74.1.Meufaza i interfejs............................................................................................84.2.Raspodjela strukturnih elemenata u kompozitu...................................................85.Vlaknasto.matrini kompoziti................................................................................105.1.Faktori poboljanjaperformansi kompozita..........................................................105.2.Podjela vlaknastih kompozita...............................................................................116.Ljuskasti kompoziti..................................................................................................136.1.Podjela ljuskastih kompozita..................................................................................147.Kermeti.......................................................................................................................158.Punjeni kompoziti.......................................................................................................169.Lisnati kompoziti........................................................................................................1810.Postupci koji se koriste za dobivanje kompozita.......................................................2010.1.Sinterovanje.............................................................................................................2010.2.Impregniranje..........................................................................................................2010.3.Postupak nanoenja pokrivke.................................................................................2010.4.Plazmeni postupak...................................................................................................2110.5.Vrue presovanje....................................................................................................2110.6.Elektrolitiki postupak............................................................................................2111.Mogunosti primjene kompozita u termotehnici........................................................2211.1.Komponente turbinskih motora................................................................................2211.2.Cijevni vodovi..........................................................................................................2212.Kompoziti i mogunosti koritenja alternativnih izvora energije...............................2412.1.Vjetrenjae................................................................................................................2413.Zakljuak.......................................................................................................................2614.Literatura.......................................................................................................................27

1.SAETAKKompozitni materijali podrazumjevaju vrstu vezu dva ili vie sastavnih elemenata, koji su sjedinjeni u makroskopskoj veliini bez razaranja, u nerazdvojivu vezu, u cilju dobivanja boljih mehanikih i drugih karakteristika, nego to su posjedovali sastavni elementi kompozitnih materijala prije njihovog sjedinjavanja. Mogu se podijeliti na molekularni nivo, mikro-strukturni, makro-strukturni nivo. Njihovi glavni sastojci su vlakna, estice, ploe, ljuskice, popunjivai i matrice.Postoje vlaknasto- matrini kompoziti, ljuskasti, kermeti, punjeni, lisnati kompoziti.Postupci za njihovo dobivanje su sinterovanje, impregniranje, postupak nanoenja pokrivke, plazmeni postupak, vrue presovanje, elektrolitiki postupak.Koriste se kao komponente turbinskih motora, kod cijevnih vodova i kao alternativni izvori energije.

2.UVODKompozitni materijali podrazumjevaju vrstu vezu dva ili vie sastavnih elemenata, koji su sjedinjeni u makroskopskoj veliini bez razaranja, u nerazdvojivu vezu, u cilju dobivanja boljih mehanikih i drugih karakteristika, nego to su posjedovali sastavni elementi kompozitnih materijala prije njihovog sjedinjavanja (armirano staklo, ofr- ajba, beton i sl.).Ovi materijali su najstariji sloeni konstruktivni materijali, jer su se ak i u dalekoj prolosti koristili. Stari Egipani su pravili cigle za gradnju kua koje su proizvodili na nain da su mijeali glinu i slamu od itarica pa to stavljali u kalupe i oblikovali te suili i tako dobivali cigle koje su koristili. Vidimo da su se ovi materijali koristili prije mnogo godina kao primitivni kompozitni materijali. Dananja primjena ovih materijala je na jednom dosta viem nivou, a posebno u zadnje vrijeme kada se primjena ovih materijala naglo poveava. Poznato je da e se dva ili vie materijala ponaati razliito i esto mnogo efikasnije nego svaki materijal posebno, te ovaj jednostavan koncept nudi koristan nain razmiljanja o razvoju i primjenama materijala. Tek primjenom jedinstvenog i multidisciplinarnog pristupa materijala moemo shvatiti pun znaaj i ogroman potencijal kompozitnih materijala u svim granama tehnikih nauka.

3.PODJELA KOMPOZITNIH MATERIJALA3.1.Molekularni nivoNa ovom nivou razmatranja koji sainjavaju sami molekuli i kristali estica.3.2.Mikro strukturni nivoNa nivou kristala, faza i jedinjenja za kompozitni materijal bi se smatrao samo onaj materijal koji je sastavljen od dva ili vie razliitih kristala, molekularnih struktura ili faza. Po ovoj definiciji, meutim, mnogi materijali tradicionalno klasifikovani kao monoliti ili homogeni bi se smatrali kompozitnim materijalima. Od svih metalnih materijala samo jednofazne legure kao to su mesing ili bronza bile bi monoliti po ovoj definiciji. Tako bi elik, viefazna legura ugljenika i eljeza bio kompozitni materijal.3.3.Makro strukturni nivoOvaj nivo razmatranja bavi se velikim strukturnim formama odnosno komponentama, npr. matinim strukturama, esticama, vlaknima, a o kompozitima govori kao o sistemu materijala sastavljenog od razliitih makrostruktura. Tako se ovakvim pristupom dolazi do obuhvatnije definicije kompozitnih materijala. Ova definicija uzima u obzir i oblik samog materijala, ali i sastav sastojaka materijala. Kompozitni materijal je sistem materijala koji se sastoji od mjeavine ili kombinacije dva ili vie sastojaka koji se razlikuju po obliku i sastavu materijala, a da su oni pritom apsolutno nerastvorivi jedan u drugom. Primjenom ove definicije, mnogim e se ininjerima ona initi preiroka jer obuhvata materijale o kojima obino ne mislimo kao kompozitima. To su punjene plastike, beton, impregnirani materijali. I pored toga, svi ovi materijali ipak pripadaju konceptu kompozita i bez obzira na opte prihvaen princip, njih treba smatrati kompozitnim materijalima.

4.SASTOJCI KOMPOZITNIH MATERIJALAU principu se kompoziti mogu napraviti kao kombinacija bilo koja dva ili vie materijala bilo da su to metalni, organski ili neorganski materijali. Iako su mogue kombinacije materijala praktino neograniene, sami oblici od kojih se materijal sastoji su limitirajui. Glavni sastojci kompozitnih materijala su: Vlakna estice Ploe ili slojevi Ljuskice Popunjivai ili materice

Slika 1. Kompozitni materijali i neki obliciMatrica je tijelo sastojka koji slui da se oblikuje kompozitni materijal i da mu formira njegovu veliinu i obim.Uvoenjem odreenih faza u osnovni materijal (matricu) naekom od efikasnih metoda, s tim da tu fazu dodajemo finom disperzijom, dolazi do poboljavanja jednog nivoa mehanikih osobina ( vrstoa, ilavost, elastinost i dr.). osim mehanikih dolazi i do poveanja fizikih osobina. Ova vlakna, estice, ploe, ljuskice i popunjivai su strukturni elementi koji odreuju unutranju strukturu kompozita. Uglavnom, ali ne uvijek oni se mogu smatrati dodavaocima kompozitnog materijala. Moda je najtipiniji kompozitni materijal sastavljen od strukturnog elementa okruenog u matricu, ali mnogi kompoziti nemaju matricu i sastavljeni su od jednog ili vie sastavnih dijelova koje ine dva ili vie razliitih materijala.

4.1.MEUFAZA I INTERFEJSZbog toga to su razliiti strukturni elementi u kompozitu, izmjeani ili komponovani uvijek postoji dodirni region. To moe biti interfejs (povrina koja formira zajedniku granicu elemenata). U drugim sluajevima dodirni region je jasno faza nazvana meufaza.

4.2.RASPODJELA STRUKTURNIH ELEMENATA U KOMPOZITUStrukturni elementi koji sainjavaju kompozitni materijal mogu se raspodijeliti po kompozitu na dva naina. Najei oblik pojavljivanja strukturnih elemenata je pravilan i ponovljiv model, sa relativno uniformiranim ukrtanjima u materijalu i strukturi, ali i sa uniformnom rasporeenou po materijalu. Matino estini i neke vrste mehaniko- vlaknastih kompozita u kojima strukturni element je ravnomjerno rasporeen po kalupu, predstavlja homogeni tip kompozitnog materijala. Druga mogunost je promjenljivi model strukturnih elemenata koji se ne ponavljaju ni u unutranjoj formi ni materijalu. Materijali ovog tipa se nazivaju stepenasti kompoziti. U ovu kategoriju spadaju lisnati materijali koji se sastavljeni od nekoliko razliitih slojeva. Kompoziti obavijeni nitnima mogu biti proizvedeni sa promjenjivom raspodjelom vlakana.

Slika 2. Stepenasti kompozitKod obje vrste kod homogenih i kod stepenastih kompozita strukturni elementi (vlakna i ljuskice) mogu biti rasporeeni ili u orijentisanom ili proizvoljnom rasporedu.

Slika 3. Naini smjetanja strukturnih elemenataObilje vrsta matinog sistema kompozita najrazliitijeg tkanja u dvije ili tri dimenzije daje nebrojeno mnogo moguih kombinacija na koje se mogu posjedovati vemoa razliite: mehanike, fizike, hemijske i termike osobine.Komponovani kompozitni materijali e u izvjesnoj mjeri naslijediti osobine sastavnih elemenata, ali konanu rije o stvarnim osobinama kompozitnih materijala ipak e dati detaljno ispitivanje, koje mora biti sprovedeno za svaku kombinaciju sastavnih elemenata po pitanju najvanijih njihovih osobina. Za tehniku primjenu najvanija su ispitivanja termo- mehanikih karakteristika kompozitnih materijala. Ovakva ispitivanja se ve dug niz sistematskih obavljaju irom svijeta.

5.VlAKNASTO- MATRINI KOMPOZITIOd svih kompozitnih materijala ovaj vlaknasti tip je probudio najvie interesovanja meu ininjeria koji se bave primjenama kompozita u raznim granama nauke. Sadanji trend razvoja ovih vrsta kompozita se odvija u smijeru mjeanja sa keramikim, metalnim i upljim vlaknima, istovremeno kombinirajui kalupe koji su jai, vri i otporniji na visoke temperature. Praktino svi sintetiki materijali (plastika, guma, keramika i metal) se sad ojaavaju sa vlaknima. Vlakna se biraju tako da je jedno izabrano vlakno zbog njegovih mehanikih osobina, a drugo zbog sasvim drugog razloga, npr. toplotne otpornosti. Tako imamo kombinaciju od azbestno- vlaknastog kompozita za pravljenje prenosnih kaieva koji se koriste ze prenos tekih vrelih materijala.5.1.FAKTORI POBOLJANJA PERFORMANSKI KOMPOZITAOrijentacijaOd svih faktora koji utiu na poboljanje tehnikih performansi u vlaknastim kompozitima je najvanije upravo orijentacija. Orijentacija vlakana (poloaj svakog individualnog vlakna) odreuje mehaniku snagu kompozita i smijer u kojem e ta snaga biti najvea.Postoje tri tipa orijentacije vlakana:

Slika 4. Jedno- dimenzijano ojaanje

Slika 5. Planarno ojaanje ( dvo- dimenzionalno)

Slika 6. Tro-dimenzionalno ojaanjeDuinaOrijentacija vlakana u kalupu moe biti uspostavljena ili sa kontinualnim ili sa kretkim vlaknima. Iako su kontinualna vlakna mnogo odreenije orijentisana nego kratka vlakna, to ne znai da su bolja. Kontinualna vlakna mogu prenijeti primljeno optereenje ili pritisak od take djelovanja samog optereenja pa cijelom duinom kontinualnom stazom napora. Kompozitni materijali napravljeni od kraih vlakana, a da pri tome pravilno orijentisani, mogli bi imati znaajno veu snagu nego oni napravljeni od kontinualnih vlakana. Ovo se posebno odnosi na dlakaste koji imaju uniformnu rastegljivu snagu ak od 10,3 Pa.OblikSkoro sva vlakna koja se danas koriste imaju kruni popreni presjek bilo da su kontinualne ili kratka, meutim, heksagonalna, pravougaona, poligonalne, prstenasta i vlakna ostalih nepravilnih poprenih presjeka obeavaju poboljanje mehanikih osobina. Veliina prenika poprenog presjeka vlakana veoma varira. Tako elini ipovi koji ojaavaju beton se mogu smatrati kao primjer debelih vlakna, dok neka staklenasta vlakna imaju prenike od 0,01 mm. Uopteno govorei, to je manji prenik vlakna to je vea snaga materijala, vjerovatno zbog injenice da se sa smanjenjem prenika eliminiu povrinske pukotine u vlaknu. Pored ova tri glavna faktora, postoje i drugi parametri koji utiu na kvalitetu vlaknastih kompozita. To su u prvom redu sastojci, kalup i faza vezivanja, ali i drugi faktori.

5.2.Podjela vlaknastih kompozitaOrganska vlakna u organskoj matrici veina organskih materijala kao to su gume i plastike imaju malu specifinu masu, pa se stoga koriste tamo gdje su potrebne male mase materijala.Neorganska vlakna u organskoj matrici mogua su kombinovanja ovakvog kompozita ojaana sa staklenim vlaknima. Komercijalno najraspostranjeniji je E-glass za razliku od njega prozorska stakla imaju i 50% manju moguu rastegljivost. U ovoj grupi postoje jo i smolasti kalupi. To su poliesterske smole, koje se najvie koriste. U sirovom stanju to su materijali koji su teki, svijetlih boja, providni, a koji mogu biti kruti i savitljivi. Pored njih vane su i epoksi smole, ali njihova visoka cijena uslovljava da se koriste samo u aplikacijama visoke tehnologije. Oni imaju odlinu otpornost na vodu i malo sakupljanje tokom vulkaniziranja ( oko 3%). Ojaanja od matelnih vlakana u kompozitima sa plastinim masama, ine mehaniku vrstou materijala ali ponekad poboljavaju i provodljivost toplote i elektriciteta. Ukljuivanje kratkih, nasuminih metalnih vlakana u epoksi smole stvara sistem po svojim termo- mehanikim osobinama daleko nadmauje kompozite materijale ojaane sa staklenim vlaknima. Meutim, postoje i odreeni limitirajui faktori kao to su ponaanje materijala pri visokim temperaturama, i razlika izmeu koeficijenta termikog irenja samog metalnog vlakna i plastinog kalupa.Neorganska vlakna u neorganskoj matrici jedan od glavnih razloga za kombinovanje neorganskih vlakana u neorganskim matricama je postizanje visokih temperatura, nedostinih sa organskim meterijalom. Materijal koji najvie obeava u ovoj grupi je metal ojaan sa aluminijumskim dlaicama. Dlaice imaju izvanrednu rastegljivost, npr. srebreni kalup sa aluminijskim dlaicama pri temperaturi od 760 ima rastegljivu snagu od 310 Mpa to je znatno vee nego za isto srebro i duplo vie nego sa disperzijom ovreno srebro 538. Keramike dlaice su veoma intersantne za istraivanja s obzirom da se one plastino deformiu i da imaju veliki modul elastinosti. Jedan metod proizvodnje dlaica se bazira na kontroliranoj hidrolizi aluminijum- hlorid, koji se pripremi prelazei preko topljenog aluminijuma, se sprovodi u komoru fluidizovanog sloja zajedno sa SO, N2, SO2. Rezultat je formiranje velikog broja tipova dlaica koje sadre znaajne krhotine, posebno kada nastaju na jezgru atoma aluminijuma.Organska vlakna u neorganskoj matrici lagana grfitna vlakna se tekoer koriste da poprave otpornost keramike na termiki sok. Kako je grafit jedan od najboljih visoko- temperaturskih meterijala, on ini idealno poboljanje za vatrostalne keramike meterijale. I ako grafika vlakna normalno oksidiu na vazduhu pri temperaturi iznda 427C, integriui ih u keramiku matricu oni su zatieni. Visoka temperatura otpornost vlakna grafita je izuzetak od pravila za organska vlakna. Neka nova plastina vlakna mogu da izdre temperaturu od oko 371C, ali kako veina neorganskih materijala za kalupe zahtijevaju temperature daleko iznad ovih, dalji razvoj debljih vlakana je neogranien.

6.LJUSKASTI KOMPOZITIPostoje mnoge primjene kompozita koje zahtjevaju dvodimenzionalne elemente. Ove ravne forme mogu biti integrirane mnogo blie nego ostali oblici. Slijepljene u kalupu i postavljene paralelno u ravni, ljuskice omoguuju da takav kompozitni materijal ima jednake osobine u svim ravnima. Dok oni nude malo strukturalne snage upravno na ravan, njihovo preklapanje u tom pravcu predstavlja efikasnu barijeru za prodiranje fluida u kalup. Nije lako kontrolirati pravac ljuskica u kompozitu ili praviti ljuskice po elji, jer samo ogranien broj materijala je na raspoloaganju. Ljuskasti kompoziti su vjerovatno najmanje poznati kompozitni materijali. Sposobnost ljuskica da ojaaju smolaste materijale je prvi put dokazana ezdesetih godina ovog vijeka. Sam ljuskasti kompozit se sastoji od ljuskica koje se dre zajedno uz pomo interfaze ili sjedinjene u kalupu. Ljuskice mogu biti gusto pakovane da bi obezbjedile veliko ojaavanje materijala za dati popreni presjek, one prirodno formiraju serije barijera za prolaz tenosti i pare, a takoer u velikoj mjeri redukuju mogunost mehanikog oteenja prodiranjem. Slika 7. Razlika izmeu vlaknastog i ljuskaastog kompozitaDok je ljuskicama od neprovodnih materijala, kao to su staklo ili liskun mogue dobiti dobar elektrini izolator ili dobru otpornost na toplotu. Primjer ovih vrsta materijala moe se nai kod auto boja, pa tako aluminijske ljuskice omoguuju dekorativne efekte bojenja kola sarazliitim stepenima providnosti.Razlika izmeu ljuskica i vlaknaU strukturnim primjenama ljuskice nude nekoliko prednosti nad vlaknima, kako realne, tako i spekulativne. Na primjer dok su ljuskice paralelne ljuskasti kompoziti mogu omoguiti uniforme mehanike osobine u ravni ljuske. Iako se osobine koje su pribline izotropnim mogu dobiti u kompozitima sa kontinualnim vlaknima, za to su neophodne specijalne tehnike proizvodnje kao to su navijanje niti. Ljuskasti kompoziti mogu biti spakovani mnogo gue i sa manjepraznina nego vlaknasti. U poreenju sa vlaknima ljuskice su relativno jeftine za proizvodnju i sa njima se moe raspolagati u veim koliinama. I ako je relativno lako ukljuiti u sastav kompozita dobijanje paralelne orijentacije je znatno tee.Materijali ljuskastih kompozitaBroj materijala koji se koristi za ljuskaste kompozite je ogranien. Veina metalnih ljuskica su pravljena od aluminijuma i srebra. Drugi vaan materijal za ljuske su liskuni i staklo. Veina ljuskica se moe koristiti sa organskim ili neorganskim vezivima ili matricama sve dok materijal ima hemijsku, mehaniku i proizvodnu kompatibilnost sa ljuskicama.6.1.PODJELA LJUSKASTIH KOMPOZITAStaklasti ljuskasti kompozitiPlastika ojaana sa staklastim ljuskama potie iz etrdesetih godina ovog vijeka. Iz prvih istraivanja se vidi da mali tanki filmovi ili ljuskice stakla nude znaajnu teorijsku prednost nad konvencionalnim staklenim vlaknima. Neke od osobina su: Visoki modul savijanja (jer su ljuskice slobodne da se savijaju samo u jednoj ravni) Mehanike osobine u ravni ljuskice Vea snaga jer ljuskice mogu pakovati sa veom gustinom Manja propustljivost vlage, tenosti i pare usljed lavirintne strukture Vea provodina snaga i otpornost na toplotuLiskunski ljuskasti kompozitiOvi kompoziti su najpoznatiji i najraspostranjeniji kompoziti. I ako manje raznovrsnosti nego staklasta vlakna u primjenama kod strukturnih i parno- nepropustljivih materijala, oni su mnogo korisniji tamo gdje je potrebnija kombinacija dielektrikih osobina i dobre toplotne otpornosti. Kao prirodni tako i vjetaki ljuskasti materijali se nalaze u izuzetno velikom broju oblika i veliina.Metalno- ljuskasti kompozitiSama ideja da se metali koriste u ljuskastoj formi je veoma privlana zbog specijalnih osobina kojima metali mogu doprinijeti samom kompozitu. Npr. metale ljuske mogu biti koritene u matrici, poboljale otpornost na koroziju, pojaale termiku i elektrinu provodnost kompozita ili da ostvarile specijalne vizuelne ili dekorativne efekte. Metalne ljuske su u poetku bile uglavnom od aluminijuma i srebra. Najvei zastoj u razvoju ireg spektra metalnih ljuskica je nastao zbog potekoa prilikom proizvodnje. Nai dobra ljuske za ojaavanje kompozita je bio problem. Novi ljuskasti materijal, aluminijum-di- borid je uspjeno proizveden. Njegove ljuske napravljene od aluminijskog rastvora su tanke, savitljive i heksagonalne. Ljuske prenika od 10mm su proizvedene za odnos irina-debljina u odnosu 500:1.

7.KERMETIKermeti predstavlaju mjeavinu keramike i metala koja omoguava da se kombinuju osobine i koristi prednosti prisutnih karakteristika oba elementa. Npr. keramika ne mjenja svoje osobine na visokim temperaturama, ali joj nedostaje savitljivosti. Tako e kombinacija keramikih estica u metalnoj matrici rezultirati u vidu kompozita koji ima bolju rastegljivost nego sama keramika ujedno sa dobrom otpornou na visoke temperature.

Slika 8. Prikaz kermeta

Postoji vie tipova kermeta:Kermet sa bazom oksida- kod ovih kermeta je mogue da oba elementa i keramika i metal mogu biti i estice i matrice. Ovi kermeti iroko primjenjivani za materijale koji sijeku velikom brzinom, ali i veoma primjenjivi u termotehnici. Tako se primjene ogledaju u iglama za kontrolu protoka, mehaniki peati, i gasno-turbinski drai pramenova.Kermet sa bazom karbida- postoje tri glavne familije kermeta sa bazom karbida: volframov karbid, hrom karbid i titanijum karbid.Volfram karbid koristi se kao materijal za sjeenje. Ima veliku snagu kompresije, tvrdou i otpornost na abraziju. Primjena ovog kermita su u kuglinim leajevima i djelovima ventila.Hrom karbidi su veliki anti- oksidansi, imaju odlinu otpornost na koroziju, relativno visoku termiku ekspanziju, malu gustinu i najniu taku topljenja od svih stabilnih karbida. Koriste se kao ventilski dijelovi, ispuste goriva pri visokim temperaturama i rotore pumpi.Titan karbidi se koriste za visoko- temperaturne promjene, imaju dobro oksidacionu i dobru otpornost na termiki ok, kao i visoki modul elastinosti. Koriste se u gasno- tubinskim ispustima, turbinskim lopaticama i kod zatitnih epruveta za termo- parove.Drugi kermetiNajznaajniji su oni koji se primjenjuju prilikom proizvodnje nuklearne energije, gdje se koriste za tenkove za gorivo i kontrolne tapove. Kako su temperature reaktora velike moemo oekivati vie primjena kermeta u ovoj industriji..8.PUNJENI KOMPOZITINajprostija forma punjenih kopozita se sastoji od kontinualnih trodimenzionalnih strukturalnih matrica infiltriranih ili impregniranih materijalom za popunjavanje. Popunjava ima trodimenzionalni oblik, odreen prazninama u matrici.Sama matrica moe izgledati kao: estougaona struktura ( nalik na pelinje sae) Grupna elija Sluajna sunerasta mrea otvorenih poraU veini poznatih punjenih kompozita elijska struktura matrice je veoma fina, a funkcija popunjivaa je da zapuni pore ili da obezbjedi prihvatljiviju ili samo- obnovljivu povrinu. Tako dijelovi metalnog praha i otpadaka koji su nepromoivi ili legura koje su samo- podmazive spadaju u ovu kategoriju. Neki od novijih punjenih kompozita meutim se prave sa vrstom strukturom koja se sastoji od dva isprepletena skeleta razliitih osobina. Kod drugih posebno onih koji imaju velike elije glavna svrha matrice je da ogranii popunjiva u odreenim i limitiranim zapreminama da bi se lake kontrolirala akumulacija napona i deformacije.Tipovi skeletaPostoje mnoge primjene, naruito na visokim temperaturama gdje materijal pokazuje bolje karakteristike u malim sekcijama nego u veoj masi. Npr. tanak plastini ablator (zatitna spoljanja povrina) velike povrine imaju malu mehaniku snagu na visokim temperaturama. Slino velika masa keramikog materijala tei da ima slabu otpornost na napor prouzrokovan velikim temperaturnim razlikama izmeu povrina. Takav problem moe da se izbjegne koritenjem materijala u manjim sekcijama tj. ukljuivanjem popunjivaa u estougaonu ili elijsku strukturu.Metal keramika- kompozitni materijal koji se sastoji od metalne estougaone strukture popunjene sa keramikom moe biti od velike koristi u termo tehnike primjene.Nemetalne struktre keramika- punjeni kompoziti za visoko-temperaturne promjene mogu biti napravljeni i sa nemetalnim metricama, kao to su papir ili vosak. Ove metrice tokom procesa upotrebe izgore, ostavljajui pri tom keramike dijelove odvojene uzanim upljinama.Metali- nemetalne strukture- principijelna prednost ovih kompozita koji se pune sa nemetalnom strukturom je znaajno poboljanje mehanikih osobina. Silikonske gume se dobivaju sa ograniavanjem materijala u samim elijama gdje je mogue odravati njihovu strukturu.Punjeni suneri i poreDanas se veina punjenih kompozita sastoji od matrice formirane u sluajnoj mrei otvora i pora. Za razliku od matrica kod punjenih estougaonih struktura, koje su projektovane za specifian oblik, otvorene matrice u suneru ili pori kompozita se formiraju prirodno tokom procesa. Tipini materijali koji se koriste za ovo su metalni prah, keramika, karbidi, grafiti i pjene.Metal-metal- iako su metalom popunjene metalne matrice kotitene da isprave nasljeene mane prirodno poroznih struktura, ako u dijelovima gdje ima metalnog praha, funkcionalne prednosti se mogu postii namjernim pravljenjem porozne metalne strukture koja se moe puniti sa drugim metalom da bi obezbjedila specijalne karakteristike kao to je hlaenje kroz pore. Metalom punjeni metalni kompoziti stvaraju dobar pristup problemima koritenja metala na visokim temperaturama. Ako se visoko- temperaturni metal napravi da bude porozan, bilo bi mogue da se impregnira sa metalom koji ima niu taku topljenja, da bi se obezbjedile nove karakteristike, koje nije mogue dobiti ni kod jednog od ova dva metala odvojeno. Materijali za hlaenje koji se koriste u npr. ispustima raketnih motora imaju tijelo od volframa sa 80% osnovne gustine koja je imregnirana sa bakrom ili srebrom i ima dobru otpornost na sobnoj temperaturi, relativno ju je lako proizvoditi, a omoguava hlaenje, kao i dobru otpornost na termiki sok. Hlaenje se deava zato to se bakar ili srebro koji su ukljueni u osnovni metal, koji apsorbuju toplotu i isparavaju kada volfram dostigne svoju taku kljuanja. Dalje hlaenje omoguava sloj pare na povrini. Uz viskou temperaturnu provodnost, bakar ili srebro imaju prisutnu elastinost koja pomae zaustavljanje daljeg prenoenja pukotina usljed termikog soka.Metal- nemetalne strukture, specijalne tehnike karekteristike se esto mog pripisati poroznoj metalnoj strukturi, te njenim impregniranjem sa nemetalnim fluidnim mazivom ili sa fluifnom smolom koja vremenom ovrava u vrstu masu. Tako se jedan od najuspjenijih kompozita sastoji os eline osnove na koju je sinterovanjem dodata bronza impregnirana sa mjeavinom tetrafluoretilena i olova. Punjenjem poroznog metala plastikom ili drugim materijalima oigledno doprinosi poboljanjoj otpornosti na koroziju, a da pritom metal ini otpornijim na pritisak.Nemetalne strukture- nemetalne strukture, sama ideja punjenja nemetalnog materijala sa nemetalnim materijalom je veoma interesantna, npr. kompoziti koji se koriste kao tolotni tit za termiku zatitu svemirskih vozila koja vie puta ulaze i izlaze iz Zemljine atmosfere. Ovi materijali predstavljau smole impregnirane u keramiu pjenu. ZrO2 pjena se pokazala bplja nego aluminijska, a pjene se proizvode sa oko 90% poroznou. Veliina pora i gustina mogu da variraju na raznim granicama.Nemetalne strukture- metal, infiltracijom poroznog skeleta kermeta u istopljeni metal nekoliko kopozita je proizvedeno. Ovi se kompoziti sastoje od eline matrice koja u sebi sadri titan- karbid koji moe biti proizveden i toplotno tretiran i moe imati dobru otpornost na habanje. Nekoliko razliitih metala moe biti ukljueno u kompozit. Tako neke od primjena mogue kod toplotno otpornih legiranih elika ili austenitnih elika.

9.LISNATI KOMPOZITILisnati tip kompozita je najstariji od svih kompozita. On se razlikuje od ostalih tipova zbog samih razmjetaja. Kako je dimenziono veeg reda, sasvim je mogue da njegovi sastojci mogu i sami biti kompoziti. Lisnati kompoziti imaju posebnu privlanost zato to, kada su napravljeni od filmova ili limova kao to esto jesu, lako ih je konstruirati, proizvesti, standarzovati i kontrolirati nego to je sluaj kod drugih tipova kompozita. Mnogi standardni tipovi su razvijeni da bi pokazali poeljnu kombinaciju masenih i povrinskih osobina. Moda je najvei domet lisnatog principa pojava sendvi materija.aSastav i osobineLisnati ili slojni kompoziti se sastoje od dva ili vie razliitih slojeva spojenih zajedno. Slojevi koji sainjavaju kompozite se mogu razlikovati u materijalu, obliku i orjentaciji. Veliki broj moguih kombinacija ine tekou prilikom generalizacije lisnatih kompozita, ali veim dijelom osobine ovih kompozitnih materijala imaju tendenciju da budu anizotropni tj. da variraju od jedne strane kompozita do druge i da pri tom svaki sloj moe da ima svoju odvojenu i specifinu funkciju. Stoga, poboljanje osobina dobivenih iz kombinacije vlakana, estica ili ljuskica u matrici, moe biti koriteno u kombinaciji sa drugim materijalima prilikom konstruiranja slojeva u lisnatom kompozitu.Ploe i sendviiPloasti se definiu kao kompozitni materijali koji se sastoje od dva ili vie preklopljenih slojeva koji su vezani zajedno. Ovi kompozitni materijali su projektovani da obezbjede neke druge karakteristike osim to je predtavljeni odnos snaga- masa kao to su npr. zatita od korozije i oksidacije na visokim temperaturama, nesavitljivost, olakanje proizvodnje, smanjenje cijene, poboljanje izgleda, smanjenje debljine, modifikacija elektrinih, termikih i drugih osobina ili sa druge strane da odgovore na zahtjeve o ogranienjima veliine.Sendvii kao posebna vrsta polastih kompozita se sastoji od debele sri manje gustine. Kod njih je preimarni cilj poboljanje strukturnih performansi, i poveanje odnosa snaga- masa.LaminatiTeorijski postoji onoliko razliitih tipova laminata koliko postoji kombinacija dva ili vie materijala. Ako podijelomo sve materijale na metalne i nemetalne, a sve nemetale na organske i neorganske postoji tano et moguih kombinacija u kojima je mogua proizvodnja ovog tipa kompozita. Ovo je naravno, uproena podjela jer jedan ili vie slojeva mogu i sami biti kompoziti, pa tako ove kombinacije mogu postati raznovrsnije i sloenije.Metal- metalOsnovne funkcijalne kateforije ovih kompozita su: dekorativna funkcija odreivanja specijalnih osobina glavnine mase kompozita , osobina koje nastaju kao rezultat reakcije izmeu povrine i lica materijala. Na osnovu ovoga razlikujemo dvije glavne klase:Neobloeni metali- kod ovih materijala lice se ofrmira tako to se podie drugi sastojak na supstratu da bi formirao tanak i kontinualan film. Jedna od vanih osobina koja se postie kod ovih materijala je dobra otpornost na koroziju, pri tome se naravno misli na otpornost na koroziju u atmosferskim uslovima, jer svaka hemijski aktivan okolina zahtjeva mnogo deblji sloj metalaObloeni metali- lice ovih kompozitnih materijala je sastavljeno od vrstih i kovanih materijala. Ovi materijali su prihvatljivi za hemijski aktivnije okoline. Veliki broj kombinacija ovih materijala postoji i to su: aluminijumom obloeni uranijum, bakrom obloeni volfram, molbidenska obloga nikla, bakra, aluminijuma, srebra, olova i kalaja. Jedna od znaajnih primjena ovog tipa je novi materijal koji se koristi u glasnoturbinskim postrojenjima. Ovaj materijal ima 50% od svakog od ovih materijala i to u vidu sloja ili folije debljine 0.03, 0.14 ili 5mm.Metal organskiOvi kompoziti se dijele na materijale kod kojih postoji tanak sloj koji prekriva osnovni materijal i na one kod kojih je taj sloj znatno vei pa tako zajedno spojeni ine vrst sloj. Jo jedna vrsta ovih materijala su plastino- metalni laminati. Kod njih vinil- metal laminati predstavljau 90-95%svih plastino- metalnih materijala koji se sad koriste.Metal- neorganski Najpoznatiji od ove grupe meterijala je porculanski emajlirani elik ili bakar, kao i drugi keramikom obloeni metali. Keramikom obloeni elici se koriste kada je potrebno da meterijal bude izloen udarima, abraziji i termikom skoku na temperaturama do 760.Organski- neorganskiNajoigledniji organsko- neorganski meterijal je ljepljeno ploasto drvo, ploasti slojevi providne plastike, visoko temperaturski plastini laminati koji su sainjeni od smolom impregniranog papira, pamuka ili trskeOrganski- neorganskiU ovu grupu spadaju visoko- temperaturni otporni plastini laminati sa azbestnim ili staklenim ojaanjima i stakleno- plastini laminati proizvedeni impregniranjem materijala koji ojaava kompozit sa termiki veoma otpornom smolom, dijelei materijal na vie slojeva, pa trenjem na visokim temperaturama i pritiscima formiraju gustu i vrstu masu sa dobrom mehanikim osobinama.Neorganski- neorganskiOva grupa materijala nije mnogo zastupljena. Ipak najzastupljeniji meterijal je onaj koji ukljuuje staklo. Strukturni stakleno- stakleni ploasti materijal upotrebljen u praksi za optika soiva.

10.POSTUPCI ZA DOBIVANJE KOMPOZITA10.1.SinterovanjeMaterijali sa jednom komponentom obino se sinteruju na temperaturi koja iznosi 2/3 od apsolutne take topljenja odgovarajueg metalnog praha, a materijali razliitih komponenti koji imaju razliite take topljenja sinterovanje se vri iznad take topljenja najlake topive komponente.Za sinterovanje se primjenjuju: Elektro pei Silikatne pei Gasne peiKao zatitna atmosfera upotrebljava se: vodonik, azot i propan. Otpreske razliite poroznosti treba pri punjenu pei stavljati odvojeno, istovremeno stavljanje moe izazvati deformacije.U procesu sinterovanje poroznih predmeta od grozdenog praha pri temperaturi sinterovanja manjoj od 1200 iznosi 1- 2%.10.2.ImpregniranjeTehnoloki impregnacija se svodi na pripremu otpresanog pripremnika. Pripremak se sastoji od ice i drugih vlakana taj pripremak je sloen odreenim redosljedom dalje se zagrijava, zagrijavanje moe biti vakuum ili interna atmosfera, a hlaenje se vri zajedno sa pei.Prirodno je da temperatura topljenja matrice nia od topljena na vlaknu.Cilj inpregniranja je dobiti: Bez- porozan materijal Ravnomjerno rasporeene komponente Postizanje potrebne orijentacije Da se sauva polazni oblik i dimenzija vlaknaZa ovu operaciju koristi se termiki laboratorij. Za dobivanje dobrog kompozita neophodno je kvaenje vlakana tekuinom, pri tome ugao kvaenja mora biti to manji, ako je ugao manji onda su sile vee na faznim granicama.10.3.Postupak nanoenja pokrivkeArmirane materijale mogue je dobiti nanoenjem na podloku nekoliku naizmjeninih slojeva matrice i podloga je vrsta kalupa. Kalup moe imati dosta razliitu konfiguraciju nakon nanoenja redova podloka. Armirani materijal ponavlja geometrijski oblik podloke. U tom sluaju se obezbjeuje armiranje pokrivke sa zadanim osobinama na gotovom proizvodu.

10.4.Plazmeni postupakOvaj postupak je u obliku plazme i dosta je perspektivan. Sastav naneene pokrivke pomou dozatora specifine konstante moe se mijenjati kontinuirano po debljini nanoenog sloja ili se pokrivka sastoji od slojeva razliitih materijala. Ovi ureaji ili plazmeni ureaji su stabilni u radu i jednostavni za posluivanje.Prednosti: Izrazito visoke temperaturne struje plazme omoguavaju topljenje i nanoenje u obliku pokrivke i bilo kog materijala, bez obzira o njegovoj temperaturi topljenja. Struja plina koja formira plazmu ne sadri kiseonik koji omoguava smanjenje razlaganja nanoenog materijala. Ovo nanoenje se radi u komori sa kontroliranom atmosferom. Velika brzina strujne plazme uslovljava veliku brzinu nanoenja estica to sve poveava gustou pokrivke i njeno prijanjanje za osnovu materijala. Struja plazme daje mogunost nanoenja sloenih i vie slojnih pokrivki pomou plazmene struje pokrivke se nanose na metale, keramiku, staklo, plastine mase, drvo.Nedostaci: Prisutno termiko naprezanje, javlja se u samoj kompoziciji i po djelovanju strujne plazme, mogu nastati pukotine ili prskotine.10.5.Vrue presovanjeOvo su kontabilni procesi sinterovanja i presovanja. Zahvaljujui zagrijavanju procesa upuivanja pri presovanju je vrlo intezivan. Nedostatak: Niska produktivnost Ogranienost oblika Dimenzija proizvoda (manja) Dosta sloena opremaAli bez obzira na te nedostatke vrue presovanje nalazi sve iru primjenu10.6.Elektrolitiki postupakPri koritenju elektrolitike metode matriki matrica se nanosi na armaturu u slojevima. Procesi taloenja u sluaju ove metode odvijaju se kod niskih temperatura, jer to daje mogunost minimiziranja neeljenih temperaturnih efekata. Postiji vie metoda nanoenja pokrivki elektrolitikim postupkom.Nedostaci ovog postupka su: Primjenjiv samo za laka vlakna Teka i dugaka vlakna ne daju eljeni efekat11.MOGUNOST PRIMJENE KOMPOZITA U TERMOTEHNICIDo sada su kompozitni materijali nali primjenu u mnogim tehnikim granama, od aeroindustrije, graevine pa do saobraaja. U termotehnici primjena kompozitnih materijala nije velika, ali je prisutna.11.1.Komponente turbinskih motoraVelika koliina komponenata turbinskih motora je projektovana, proizvedena i testirana od kompozitnih materijala. Rezultati ovih ispitivanja su razliiti. Tako rotacione loptice sainjene od kompozitnih materijala pokazuju aerodinamika poboljanja, ali su ograniene smanjenjem postojanosti na eroziju uslijed dejstva stranog tijela. Statistiki elementi ovakvih motora kao to su kanali, cijevi, vodovi i okviri nude poboljanje u smislu smanjenja mase, ali istovremeno i ogranienja usljed zahtijeva ve postojeih meusklopova metalnih struktura koje su zamjenjene kompozitnim materijalom. Upotreba kompozita za veinu statikih elemenata kod ovakvog energetski- efikasnog turbinskog motora svodi se na utede u masi i cijeni. 11.2.Cijevni vodovodiModa je najloginija potreba primjene kompozitnih materijala u termotehnici kod cijevi u veoma korozivnim sredinama. Kod hemijskih postrojenja, kod postrojenja za geotermalno grijanje, kao i kod postrojenja za preradu morske vode. Kod svih ovih postrojenja u novije vrijeme se koristi Gl-Ep oprema umjesto tradicionalnih elika. Ovi materijali imaju smanjene trokove odravanja, povean vijek trajanja i minimalno propadanje. Tradicionalni materijali kao to je elik, podloni su korodiranju usljed toga su neophodne skupe opravke i odravanja. Gl- Ep cijevni vodovi i tanker su laki za odravanje i jednostavniji za instalaciju, a pokazali su da se investiciona cijena isplata tokom njihovog radnog vijeka u poreenju sa elikom i drugim materijalima koji su se ranije upotrebljavali.Za izvlaenje magnezijuma iz morske vode, jedan od naina tretiranja morske vode koristi tanker sa Gl-Ep lopaticama obrnog kola. Poslije ubacivanja aditiva voda se alje u takoer Gl-Ep kompozitni stub gdje zakav stub moe imati prenik i do 2,5 m i visinu 15m.

Slika 9. Kompozitne cijeviJo jedna od mogunosti primjene kompozitnih materijala je kod vlaknsto- namotanih Gl-EP kompozita glavne usisne cijevi vazduha u kompresor. Takvom kompresoru se isporuuje vazduh sa veoma visokom koncentracijom sloi koja bi korodirala ili zaepila metalne ili betonske elemente konstrukcije. Zato je Gl-Ep kompozitna cijev apsolutno neophodna jer otri spolji uslovi ine odravanje eline cijevi skoro nemogue.Jedan od ostvarenih aplikacija kompozitnih materijala u svrhe je i koritenje dvije 178mm cijevi vlaknasto- namotanog Gl- Ep kompozita koje su spojene izlivenim navojima. One su iskoritene u projektu geotermalnog grijanja u cilju usisavanja odgovarajue vode na dubini 1778m. Ovaj projekat je realizovan na Francuskim Pirinejima gdje 400 geotermalnih bunara e biti isueno do 2000-te godine. Za dobivenu geotermalnu energiju, oekuje se uteda od 1 milion tona nafte, godinje.

12.KOMPOZITI I MOGUNOST KORITENJA ALTERNATIVNIH IZVORA ENERGIJE12.1VjetrenjaeVjetrenjae kao primarni izvor struje jo sa poetka ovog vijeka, ponovo se vraa u upotrebu uslijed elje termotehniara da iskoriste ovu malo koritenu snagu vjetra. Primjena vjetrenjaa je velika kod manjih domainstava, farmi, na jedrilicama za plovidbu morem kao generatori struje za navigacijske i druge ureaje, ali i u jednoj veoj primjeni kada se koristi vei broj vjetrenjaa uvezanih u zajedniki akumulator gdje se dobivaju velike koliine elektrine energije.Ove vjetrenjae su veoma jeftine. Lopatice ovog generatora koji se pokree na vjetar su najvaniji dio. Da bi efikasno iskoristile snagu vjetra, kako pri velikim, tako i pri malim brzinama vjetra, lopatice moraju da iskoriste snagu vjetra to je vie mogue u odnosu na pomenute uslove, a pri tome te loptice budu i ekonomine.

Neke loptice se mogu izlivati iz odgovarajuih plastinih kalupa, ali se veina dobiva ubacivanjem dugake, tanke i uske trake oko koje se obavijaju niti kompozitnog materijala. Ova traka je napravljena od stakleno- pliesterskih mjeavina, a vlaknasto namotana Gl- Ep greda je isprepletena sa takvim trakastim nitima.Za prikupljanje solaren energije potrebni su solarni kolektori, ovako sakupljena energija se koristi za termike procese u kojima se zagrijava gas ili tenost koja se tada akumulira ili distribuira u zavisnosti od potrebe.Solarni kolektori se dijele na dvije vrste: Ravne polaste kolektore Koncentracione kolektore

Ravni polasti kolektoriKolektori sa ravnom ploom prikupljaju solarno zraenje na apsorpcionoj ploi. Ova pola je napravljena od termoplastinih poloimernih kompozitnih materijala. Njihove osobine su: Da su neotetive uslijed spoljanjih uticaja i klimatskih promjena Da su dugotrajne Da su lako obradive Da ne mjenjaju svoje termo- mehanike osobine tokom dueg vremenskog perioda Da su male mase Da su lake za montau i da im se lako pristupa Da im je niska cijenaUz ravne polaste kolektore tipina instalacija za zagrijavanje vode ili komforno grijanje ukljuuje cirkulisue pumpe, temperaturske senzore, automatske kontrolne prikljuke za aktiviranje cirkulacine pumpe i ureaj za skladitenje toplote.Da bi se smanjila cijena ovakvog solarno- energetskog sistema istrauju se mogunosti upotrebe betona ojaanog sa cirkonijum- kvarcnim staklenim vlaknima kompozitnog materijala. Koriste se isjeckana vlakna od 38mm duine sa samo od 5% od totalne mase. Naunici su u stanju da stvore dijelove tanke samo 4,6 mm. Primjenom novih tehnologija pojavljuju se i nove mogunosti za smanjenje proizvodne cijene parabolinih skupljaa solarnog zraenja, heliostate i ravne ploaste kolektore za iskoritavanje sloarne energije vjetra. Ovakav pasivan solarni energetski sistem koristi kompozitne materijale koji su upotrebljeni na taj nain da sami koriste solarno zraenje u cilju grijanja ili hlaenja. U ovakvoj kui osunani prostor slui kao kolektor zimi, kada su solarne zaluine otvorene, a kao hladilac ljeti kada su solarene zaluine zatvorene. Uloga kompozinih zidova u ovakvoj kui je nezamjenjiva. Debeli betonski zidovi, ojaani cirkonij- kvarcnim staklenim vlaknima moduliraju velike temperaturske razlike tako to imm je jedna od karakteristika da zimi apsorbuju toplotu, a ljeti odaju. Neophodan je kompozitni tanker u kome se nalazi termalna masa koja sakuplja toplotu u toku dana, a otputa je tokom noi.

13.ZAKLJUAKKompozitni materijali podrazumjevaju vrstu vezu dva ili vie sastavnih elemenata u cilju dobivanja boljih karakteristika.Oni su nali primjenu u mnogim tehnikim granama, od aeroindustrije, graevine, pa do saobraaja, u termotenici ona nije velika ali je prisutna.

14.LITERATURA1. atovi Fuad, Nauka o materijalima: polimeri, keramika, kompoziti, Univerzitet Demal Bijedi, Mostar 2001.god.

2