Технология композиционных материалов


В. И. Костиков, Ж. В. Еремеева














        ТЕХНОЛОГИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ






Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 22.03.02, 22.04.02 «Металлургия»


















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 669.018.95
ББК 34.39
    К72



Рецензент: профессор, доктор технических наук С. Д. Шляпин










    Костиков, В. И.
К72      Технология композиционных материалов : учебное пособие / В. И. Ко    стиков, Ж. В. Еремеева. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. -484 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0520-1

    Рассмотрены классификация и основы конструирования композиционных материалов. Описаны физико-химические основы технологии получения армирующих элементов и матриц композиционных материалов. Представлены основные технологии получения композиционных материалов на основе металлических, полимерных и углеродных матриц. Приведены особенности технологии эвтектических композиционных материалов.
      Для инженерно-технических работников промышленного производства порошковых изделий, а также студентов технических вузов.

УДК 669.018.95
                                                         ББК 34.39








ISBN 978-5-9729-0520-1

      © Костиков В. И., Еремеева Ж. В., 2021
      © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                              © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

        Оглавление


Предисловие........................................................8
Введение..........................................................10
1. Классификация композиционных материалов........................13
   1.1. Цели и задачи создания композиционных материалов (КМ).....13
   1.2. Классификация композиционных материалов по виду материала матрицы, ориентации и типу арматуры, назначению...............14
   1.3. Требования, предъявляемые к армирующим волокнам и материалу матриц..............................................16
2. Методы контроля свойств композиционных материалов..............18
   2.1. Методы определения механических свойств армированных КМ....18
        2.1.1. Растяжение.........................................19
        2.1.2. Сжатие.............................................22
        2.1.3. Сдвиг..............................................24
        2.1.4. Изгиб..............................................26
   2.2. Испытания кольцевых образцов..............................33
        2.2.1. Растяжение.........................................33
        2.2.2. Сжатие.............................................34
   2.3. Анализ структуры КМ и механизмов ее разрушения............35
        2.3.1. Микроскопический анализ............................35
        2.3.2. Фрактографический анализ...........................37
3. Методы получения и свойства армирующих материалов..............39
   3.1. Металлические волокна.....................................39
        3.1.1. Стальная проволока.................................39
        3.1.2. Вольфрамовая и молибденовая проволока..............47
        3.1.3. Проволока из бериллия..............................51
        3.1.4. Титановая проволока................................52
        3.1.5. Биметаллическая проволока..........................53
   3.2. Стеклянные волокна (СВ)...................................54
   3.3. Волокна бора, карбида кремния и борсика...................65
        3.3.1. Борные волокна.....................................65
        3.3.2. Волокна из карбида кремния, борсика................72
   3.4. Углеродные волокна........................................76
        3.4.1. Исходные материалы и химические превращения при формировании углеродного волокна......................81
        3.4.2. Углеродные волокна на основе полиакрилонитрила.....82
        3.4.3. Углеродные волокна на основе пека..................88
        3.4.4. Углеродные волокна на основе гидратцеллюлозы.......91
        3.4.5. Свойства углеродных волокон........................93

3

           З.4.5.1. Механические свойства.........................93
           3.4.5.2. Физические свойства...........................99
           3.4.5.3. Химические свойства..........................102
   3.5. Нитевидные кристаллы.....................................103
   3.6. Керамические волокна.....................................116
        3.6.1. Монокристаллические керамические волокна..........116
        3.6.2. Поликристаллические керамические волокна..........118
4. Металлические матрицы композиционных материалов...............124
   4.1. Матрицы на основе алюминия...............................124
        4.1.1. Технический алюминий..............................124
        4.1.2. Деформируемые алюминиевые сплавы..................125
        4.1.3. Литейные алюминиевые сплавы.......................129
   4.2. Матрицы на основе магния.................................133
   4.3. Матрицы на основе титана.................................135
   4.4. Матрицы на основе меди...................................139
   4.5. Матрицы на основе никеля.................................140
5. Технология и свойства металломатричных композиционных материалов.......................................................157
   5.1. Требования, предъявляемые к процессам получения КМ.......157
   5.2. Композиционные материалы на основе алюминия..............160
        5.2.1. Алюминий-сталь....................................162
        5.2.2. Al-B и алюминий-борсик............................167
        5.2.3. Al-SiC............................................174
        5.2.4. Al-C..............................................175
        5.2.5. Al-SiO2...........................................178
        5.2.6. Al-W..............................................179
        5.2.7. Al-Be.............................................179
        5.2.8. Алюминий-НК Al₂O₃, алюминий-НК SiC................180
        5.2.9. Применение........................................182
   5.3. Композиционные материалы на основе магния................182
        5.3.1. Mg-Be.............................................182
        5.3.2. Mg-SiC............................................184
        5.3.3. Mg-Ti.............................................185
   5.4. Композиционные материалы на основе титана................186
        5.4.1. Ti-Be.............................................187
        5.4.2. Ti-SiC........................................... 188
        5.4.3. Титан-борсик......................................191
        5.4.4. Ti-Al₂O₃..........................................194
        5.4.5. Применение........................................194

4

   5.5. Композиционные материалы на основе меди...................195
        5.5.1. Cu-W...............................................195
        5.5.2. Cu-C...............................................198
        5.5.3. Применение.........................................199
   5.6. Композиционные материалы на основе никеля.................199
        5.6.1. Ni-W...............................................199
        5.6.2. Ni-Al₂O₃...........................................209
        5.6.3. Ni-Si₃N₄...........................................214
        5.6.4. Ni-SiC.............................................214
        5.6.5. Ni-C.............................................. 216
        5.6.6. Применение.........................................218
6. Эвтектические композиционные материалы.........................220
   6.1. Общая характеристика......................................220
   6.2. Ориентационные и структурные характеристики...............222
   6.3. Методы и условия получения эвтектических КМ...............224
        6.3.1. Методы направленной кристаллизации.................224
        6.3.2. Условия образования направлений эвтектической структуры.................................................225
        6.3.3. Условия образования волокнистой и пластинчатой структуры.................................................227
   6.4. Эвтектические композиционные материалы на основе
        алюминия..................................................228
   6.5. Эвтектические композиционные материалы на основе титана
        и ниобия..................................................232
7. Технология и свойства композиционных материалов
   на полимерной матрице (ПКМ)....................................234
   7.1. Полимеры..................................................234
   7.2. Наполнители ПКМ...........................................242
        7.2.1. Порошкообразные наполнители........................243
        7.2.2. Волокнистые наполнители............................248
   7.3. Получение полимерных композиционных материалов
        и изделий из них..........................................250
   7.4. Углепластики..............................................255
        7.4.1. Выбор полимерной матрицы...........................255
        7.4.2. Выбор углеродных волокон и наполнителей............256
        7.4.3. Методы формования углепластиков....................261
        7.4.4. Свойства углепластиков.............................262
8. Углерод-углеродные композиционные материалы....................269
   8.1. Кристаллические формы углерода............................270

5

   8.2. Объемные структуры на основе углеродных волокон.........273
   8.3. Матрицы УУКМ............................................276
        8.3.1. Пиролитический углерод...........................277
        8.3.2. Стеклоуглерод....................................281
        8.3.3. Углерод на основе пеков..........................286
   8.4. Технология получения УУКМ...............................289
        8.4.1. Газофазный способ................................289
        8.4.2. Жидкофазный способ...............................294
        8.4.3. Комбинированный способ...........................300
   8.5. Свойства углерод-углеродных композиционных материалов...300
   8.6. Применение..............................................305
9. Применение композиционных материалов.........................311
   9.1. Применение КМ в автомобилестроении......................311
   9.2. Применение КМ в гражданской авиации.....................313
   9.3. Применение КМ в военных самолетах.......................315
   9.4. Применение КМ в космических летательных аппаратах.......324
   9.5. Композиционные материалы в судостроении.................325
   9.6. Применение КМ для изготовления спортивных изделий.......326
   9.7. Другие области применения КМ............................328
   9.8. Современные технологии создания композицонных материалов.330
10. Теоретические основы конструирования композиционных материалов .... 342
   10.1. Модули нормальной упругости в направлении оси волокна и в перпендикулярном направлении.............................344
   10.2. Коэффициент Пуассона и модуль сдвига для однонаправлено армированных композиционных материалов.......................347
   10.3. Прочность КМ, армированных непрерывными и дискретными волокнами....................................................349
       10.3.1. Композиционные материалы, армированные непрерывным волокном.....................................349
       10.3.2. Композиционные материалы, армированные дискретными волокнами....................................359
   10.4. Статистическая прочность композиционных материалов.....368
   10.5. Формирование и развитие трещин в КМ....................376
   10.6. Прочность КМ на сжатие.................................381
11. Методы контроля свойств композиционных материалов...........384
   11.1. Методы определения механических свойств армированных КМ.384
        11.1.1. Растяжение......................................385
        11.1.2. Сжатие..........................................388
        11.1.3. Сдвиг...........................................391
        11.1.4. Изгиб...........................................392
   11.2. Испытания кольцевых образцов...........................400

6

        11.2.1. Растяжение.......................................401
        11.2.2. Сжатие...........................................402
   11.3. Анализ структуры КМ и механизмов ее разрушения..........403
        11.3.1. Микроскопический анализ..........................403
        11.3.2. Фрактографический анализ.........................404
12. Межфазное взаимодействие в композиционных материалах.........405
12.1. Термодинамическая и кинетическая совместимость компонентов...................................................406
   12.2. Виды межфазного взаимодействия..........................410
   12.4. Типы связей между компонентами..........................416
   12.5. Процессы диффузии между компонентами КМ.................417
        12.5.1. Уравнения Фика...................................417
        12.5.2. Диффузия через плоскую поверхность...............419
        12.5.3. Диффузия в среде со сферической симметрией.......423
        12.5.4. Диффузия в среде с цилиндрической симметрией.....425
   12.6. Смачивание и растекание.................................429
        12.6.1. Поверхностное натяжение..........................441
        12.6.2. Поверхностная энергия твердых тел................444
        12.6.3. Свободная поверхностная энергия на границе твердое тело - жидкость..................................448
        12.6.4. Смачивание в системах «твердые металлы - жидкие металлы».................................................453
        12.6.5. Смачивание в системах «тугоплакие соединения - жидкие металлы».............................454

Заключение........................................................471
Библиографический список..........................................472

7

            ПРЕДИСЛОВИЕ



     Упрочнение металлов, полимеров и керамики различной природы высокопрочными и высокомодульными волокнами и частицами из веществ с высокой энергией межатомной связи является одним из перспективных направлений современного материаловедения. Применение армированных волокнами и частицами композиционных материалов (КМ) способствует решению ряда проблем, связанных с кардинальным повышением эксплуатационных характеристик высокопрочных и жаропрочных конструкционных материалов и созданию материалов с качественно новыми физическими свойствами. Использование КМ в технике связано с разработкой новых принципов конструирования ряда ответственных высоконагруженных изделий и повышением их технологичности.
     В настоящее время КМ широко используется при производстве летательных аппаратов, в машиностроении, приборостроении, энергетике, электронной, радиотехнической, электротехнической промышленности, транспорте, медицине, строительстве и других отраслях народного хозяйства.
     В последние годы в Российской Федерации проводятся исследования по разработке новых КМ с металлическими, полимерными и углеродными матрицами, организовано производство их полуфабрикатов и конечных изделий. Накоплен значительный опыт в различных областях технологии (плазменной, лазерной, парогазовой, жидкофазной, твердофазной и др.), используемой при получении армирующих волокон, барьерных и технологических покрытий на них, полуфабрикатов КМ в виде лент, прутков, труб и листов.
     За последние годы опубликовано большое количество отечественных и зарубежных работ, посвященных вопросам химии, физики, механики, технологии и применению КМ. Наиболее полно сведения о них представлены в фундаментальном энциклопедическом восьмитомном издании «Композиционные материалы» под общей редакцией Л. Браутмана и Р. Крока (перевод с английского), изданного в СССР в 1976-1987 гг. и в фундаментальном шеститомнике «Soviet Advanced Composites Technology Series», выпущенным издательством Chapman and Hall в 1994-1996 гг. в Лондоне на английском языке под редакцией академика И. Н. Фридляндера и J. H. Mapshall. Авторы этого издания крупные отечественные ученые. Редактирование отдельных томов осуществлено А. Г. Братухиным, В. С. Боголюбовым, В. И. Трефиловым, И. Н. Фридляндером, Р. Е. Ша-линым, В. И. Костиковым, С. И. Загайновым, Г. Е. Лозино-Лозинским. К сожалению, это издание до сих пор не переведено на русский язык, несмотря на то,

8

что в нем на хорошем научном уровне описаны огромные достижения отечественной науки и техники в области общей технологии композитов, технологии и свойствах керамических и углеродных композитов, металломатричных и полимерных КМ, технологии и свойствах армирующих волокон, а также в области конструирования конечных изделий из КМ.
    Наряду с этим имеется очень мало учебной литературы по этому очень важному для современной науки и технике вопросу.
    Настоящее учебное пособие написано применительно к учебным дисциплинам для студентов, обучающихся по специальностям 150108 «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия», 150701 «Физико-химия процессов и материалов».
    Поскольку отразить все аспекты КМ в одном учебном пособии невозможно, автор стремился осветить те проблемы, которые представляют наибольший интерес и требуют серьезной подготовки, однако не выходящей за пределы основных дисциплин учебных планов инженерных ВУЗов.
    Учебное пособие может быть использовано студентами металлургических и машиностроительных ВУЗов, магистрами, аспирантами, слушателями курсов повышения квалификации и инженерно-техническими работниками, занимающимися разработкой композиционных материалов.

9

            ВВЕДЕНИЕ



    Естественные волокнистые материалы известны с далеких времен. Достаточно внимательно посмотреть на растительные и животные вещества, имеющиеся на земле, чтобы увидеть, что армированные композиционные материалы уже давно используются самой природой. Кость, волосы, ногти на пальцах являются примерами этих материалов. Кость представляет собой композиционный материал на основе минерального апатита и белка коллагена. Дерево представляет собой композиционный материал на основе целлюлозы и лигнина. Однако реализовать принцип упрочнения волокнами при создании конструкционных материалов удалось сравнительно недавно. По мере развития металлургии и строительного дела появились железобетонные конструкции, в которых роль армирующего элемента отведена стальным пруткам, а роль матрицы, передающей нагрузку - бетону.
    Затем прогресс в химии привел к появлению высокопрочных стеклянных, углеродных, борных, карбидокремниевых, оксидных и разнообразных органических волокон и полимерных материалов. На их основе были разработаны и получили широкое применение в технике разнообразные КМ - стеклопластики, угле- и боропластики и гибридные комбинации из них. Появился новый класс конструкционных материалов, с помощью которых практически впервые удалось одновременно реализовать комплекс самых противоположных свойств -высокую прочность и жесткость при растяжении и сжатии, высокие предел выносливости, работу разрушения и низкую удельную плотность.
    Если традиционные методы упрочнения (благодаря легированию твердого раствора, фазовым превращениям с образованием метастабильных пересыщенных твердых растворов или гетерофазных дисперсных систем, в частности, с равномерно распределенными тонкодисперсными выделениями частиц упрочняющей фазы) позволяют получать конструкционные материалы с удельной прочностью не более 20-30 км и пределом усталости не выше 30 % от предела прочности, то упрочнение волокнами повышает эти характеристики соответственно до 50-70 км и 70 %. Изменение направления расположения волокон в разных слоях КМ позволяет регулировать их свойства в плоскости армирования.
    Благодаря разработке волокнистых КМ появилась возможность создавать элементы конструкций с заранее заданными свойствами, высокой эффективностью по массе и высокой технологичностью, что, естественно, привело к ка

10

чественным изменениям в авиационной, судостроительной и других отраслях промышленности [1-3,7].
    Однако армированные волокнами пластмассы обладают рядом недостатков - низким сопротивлением сдвигу матрицы, относительно невысокой прочностью связи волокон с матрицей, невозможностью использования их для работы при повышенных температурах, низким сопротивлением эрозии при воздействии газовых потоков, недостаточно длительной стойкостью в контакте с водой и во влажной атмосфере и т. д. Поэтому особое внимание конструкторов и материаловедов в последние годы было обращено на разработку КМ с металлическими матрицами, лишенных указанных ранее недостатков. Эта задача оказалась значительно более сложной по двум основным причинам. Первая из них связана с более сильным по сравнению с полимерами реакционным взаимодействием металлов с материалом волокон, вторая обусловлена значительно большим различием физико-механических свойств компонентов, входящих в КМ.
    Температура изготовления КМ с металлическими матрицами обычно выше, чем с матрицами из органических смол. Поэтому проблема химической и термомеханической совместимости компонентов в этих КМ значительно более серьезная как в научном, так и в технологическом плане. Наиболее простые пути ее решения следующие:
    1) использование вариантов технологии с низкими температурами компак-тирования КМ, преимущественно в твердом состоянии;
    2) применение термодинамически и химически стойких барьерных слоев между компонентами в тех случаях, когда не удается использовать компоненты, которые взаимно термодинамически стабильны или находятся в равновесии;
    3) выбор компонентов по возможности с меньшей разницей коэффициентов термического расширения;
    4) использование для матриц сплавов с пластичностью, достаточно высокой для релаксации напряжений при компактировании, последующих переделах и эксплуатации.
    При выборе процесса получения КМ и оптимизации его технологических параметров следует одновременно учитывать необходимость обеспечения следующих условий: полное уплотнение КМ с равномерным распределением волокон в матрице, образование прочной связи между компонентами, ограничение развития химического взаимодействия между ними из-за опасности образования хрупких промежуточных фаз недопустимой толщины, предупреждение дробления волокон, производительность, простоту и технологичность конструкции, возможность последующего соединения ее элементов и т. д.

11

    КМ с металлическими матрицами имеют ряд неоспоримых преимуществ, которые делают их весьма перспективными для использования в конструкциях, работающих в экстремальных эксплуатационных условиях: высокие удельные прочность, жесткость, вязкость разрушения, малую чувствительность к изменениям температуры и тепловым уларам, высокую стойкость против коррозии и эрозии, малую чувствительность к поверхностным дефектам, высокие демпфирующие свойства, электро- и теплопроводность, технологичность при конструировании, обработке и соединении, хорошую воспроизводимость свойств [3, 18].
    В настоящее время для снижения анизотропии механических свойств КМ с однонаправленным и ортогональным армированием в качестве матрицы используют конструкционные сплавы повышенной прочности. Иногда применяют полиматричные КМ, в которых для повышения прочности под углом к основным направлениям армирования используют поочередно слои матрицы из сплавов с различными механическими свойствами.
    По сравнению с двумя другими видами КМ с металлическими матрицами (слоистыми и упрочненными дисперсными частицами) КМ, армированные волокнами, позволяют получать механические и специальные физические свойства более высокого уровня.
    По принципу упрочнения к классу КМ, упрочненных волокнами, относятся также естественные КМ, получаемые методом направленной кристаллизации сплавов эвтектического состава и ориентированного роста в твердом состоянии, например эвтектоидных колоний в сталях. Кроме того, к числу волокнистых КМ можно отнести и материалы, армированные нитевидными кристаллами [3, 7, 27].
    К этому классу КМ относятся материалы, в которых упрочняющим элементом являются наночастицы и нановолокна, разработанные в последние годы.

12

Глава 1.


            КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ


        1.1. Цели и задачи создания композиционных материалов (КМ)

    В широком смысле понятие композиционный материал (КМ) (его синонимами являются композит, композиция) - включает в себя любой материал с гетерогенной структурой (т. е. состоящий из двух и более фаз).
    Такое определение позволяет отнести к числу КМ подавляющее большинство применяемых в технике материалов. Действительно, почти все металлические сплавы содержат несколько фаз, которые либо создаются намеренно, либо образуются в результате наличия в металле вредных примесей. Например, обычную сталь, согласно этому определению, можно рассматривать как КМ, состоящий из двух фаз - феррита и цементита. То же можно сказать о многих керамических и полимерных материалах. Понятие еще более расширится, если КМ рассматривать на молекулярном или атомном уровнях. В этом случае мы будем иметь дело с КМ из молекул или атомов. Значит, это определение КМ нуждается в уточнении, что мы и сделаем позже [1-3, 104].
    Первым создателем КМ была сама природа. Множество природных конструкций (стволы деревьев, кости животных, скелеты насекомых, зубы людей) имеют характерную волокнистую структуру.
    Человечество еще на заре своего существования применяло принцип КМ в своих целях. Сооружая жилища, наши далекие предки в глину для кирпичей добавляли солому или тонкие стебли бамбука и получали армированный материал повышенной прочности. Они знали, что лук из нескольких слоев дерева прочнее лука, не имеющего в своей конструкции границ раздела.
    Таких примеров можно привести много, однако это были хоть и удачные, но случайные находки.
    Наука о КМ зародилась относительно недавно. Примером научного подхода к созданию КМ можно считать появление железобетона, гальванических покрытий и стеклопластиков.
    Как известно, бетон отлично сопротивляется сжатию и плохо выдерживает растягивающие нагрузки. Композиция из бетона и стальной арматуры, обладающая высокой прочностью на растяжение, объединяет в одном материале по

13

ложительные свойства обоих компонентов. Железобетон можно отнести к числу первых образцов армированной керамики.
    С позиций современного материаловедения армированный композиционный материал принято определять как материал, состоящий из металлической или неметаллической матрицы (основы) с заданным распределением в ней упрочнителя (волокон, дисперсных частиц и др.), обеспечивающих эффективное использование индивидуальных свойств составляющих композиции [13, 29].
    Другое определение КМ выглядит так. Армированным композиционным считают такой материал, который:
    а) асоздан человеком (в отличие от природных КМ);
    б) состоит из двух или более компонентов, различающихся по химическому составу и разделенных границей;
    в) имеет свойства, отличные от свойств компонентов;
    г) имеет состав, форму и расположение компонентов, запрограммированные и полученные в процессе создания материала.

        1.2. Классификация композиционных материалов по виду материала матрицы, ориентации и типу арматуры, назначению

    Армированные КМ можно классифицировать по следующим признакам [3, 29]. По материалу матрицы (материаловедческий принцип) все КМ можно разбить на три группы: композиции с металлической матрицей (металлические композиционные материалы (МКМ)), с полимерной (полимерные композиционные материалы (ПКМ)) и с керамической (керамические композиционные материалы (ККМ)).
    Полимерные КМ обычно называют по материалу армирующих волокон. ПКМ, армированные стеклянными волокнами, называются стеклопластиками (стекловолокнитами), металлическими - металлопластиками (металловолокни-тами), органическими - органопластиками (органоволокнитами), борными -боропластиками (бороволокнитами), углеродными - углепластиками (углево-локнитами), асбестовыми - асбопластиками (асбоволокнитами) и т. п.
    В отношении металлических и керамических КМ пока нет четко установленных правил присвоения названий. Чаще других сначала пишут материал матрицы, затем - материал волокна. Например, обозначение Cu-W относится к КМ с Cu-матрицей и W-волокнами; Al₂O₃-Mo - к КМ на основе Al₂O₃ с арматурой из Мо-волокон. Мы будем пользоваться такими обозначениями, но в литературе иногда встречается другое: сначала указывается материал волокна, а затем - матрицы.


14

    В зависимости от исходного структурного и фазового состояния матричного материала различают МКМ с порошковой, литой и листовой матрицей. Композиционные материалы, набираемые из чередующихся слоев волокон и тонких листов матричного материала, называют иногда КМ типа сэндвич. Для получения ККМ чаще всего используют матрицу в виде порошка [1, 3, 25].
    По ориентации арматуры КМ подразделяются на изотропные и анизотропные (конструкционный принцип).
    К изотропным, т. е. имеющим одинаковые свойства во всех направлениях, относятся дисперсноупрочненные и хаотично армированные материалы. В первом случае упрочняющие элементы имеют примерно равноосную форму, во втором упрочнение осуществляется частицами удлиненной формы, хаотично ориентированными в пространстве. В качестве таких частиц используют отрезки волокон или нитевидные кристаллы; при этом КМ получаются квазиизо-тропными, т. е. анизотропными в микрообъектах, но изотропными в объеме всего изделия.
    К анизотропным, т. е. свойства которых различны в разных направлениях, относятся материалы, волокна которых ориентированы в определенных направлениях - однонаправленные, слоистые и трехмерноармированные. Анизотропия КМ конструкционная - ее специально закладывают в КМ для изготовления конструкций, где она наиболее желательна. В отличие от такой анизотропии существует технологическая анизотропия, возникающая при пластической деформации изотропных материалов, и физическая анизотропия, присущая кристаллам в связи с особенностями строения их кристаллической решетки.
    Однонаправленными материалами называют материалы с ориентацией волокон 1:0 (дробь показывает отношение числа слоев волокон в продольном и поперечном направлениях), двумерноармированные слоистые КМ с взаимно перпендикулярной укладкой волокон обозначают дробями 1:1, 1:2; 1:3; 3:4 и т. п. Слоистые КМ со звездной укладкой, волокна которых в смежных слоях образуют между собой угол 60 °, называют материалами с укладкой 1:1:1. Трехмерноармированные КМ получают армированием матриц волокнами в трех взаимно перпендикулярных направлениях или объемными тканями.
    По типу арматуры (конструкционный принцип) КМ подразделяются на: волокнистые (упрочненные непрерывными или короткими волокнами, нитевидными кристаллами, жгутами, ровницей), дисперсноупрочненные (полученные путем введения в матрицу дисперсных частиц-упрочнителей), слоистые материалы (созданные путем прессования, литья, пропитки или прокатки разнородных материалов, в которых арматура может быть в виде лент, сеток различного плетения).

15