Композиційні матеріали, є металевими і неметалічними матрицями (основи) із заданим розподілом в них упрочнітелей (волокон, дисперсних часток і ін.); при цьому ефективно використовуються індивідуальні властивості складових композиції. По характеру структури До. м. підрозділяються на волокнисті, зміцнені безперервними волокнами і ниткоподібними кристалами, дісперсноупрочненниє матеріали, отримані шляхом введення в металеву матрицю дисперсних часток упрочнітелей, шаруваті матеріали, створені шляхом пресування або плющення різнорідних матеріалів. До. До. м. також відносяться сплави з направленою кристалізацією евтектичних структур. Комбінуючи об'ємний вміст компонентів можна, залежно від призначення, отримувати матеріали з необхідними значеннями міцності, жароміцності, модуля пружності, абразивної стійкості, а також створювати композиції з необхідними магнітними, діелектричними, радіопоглинаючими і іншими спеціальними властивостями.

  Волокнисті До. м., армовані ниткоподібними кристалами і безперервними волокнами тугоплавких з'єднань і елементів (SIC, Ai ₂ O ₃ , бор, вуглець і ін.) є новим класом матеріалів. Проте принципи армування для зміцнення відомі в техніці з глибокої старовини. Ще у Вавілоні використовували очерет для армування глини при споруді жител, а в Древній Греції залізними лозинами укріплювали мармурові колони при споруді палаців і храмів. У 1555—60 при споруді храму Василя Блаженного в Москві російські архітектори Барма і Пісникує використовували армовані залізними смугами кам'яні плити. Прообразом До. м. є широко відомий залізобетон, що є поєднанням бетону, що працює на стискування, і сталевої арматури, що працює на розтягування, а також отримані в 19 ст плющенням шаруваті матеріали.

  Успішному розвитку сучасних До. м. сприяли: розробка і вживання в конструкціях волокнистих склопластиків, що володіють високою питомою міцністю (1940—50); відкриття вельми високої міцності, що наближається до теоретичної, ниткоподібних кристалів і доказу можливості використання їх для зміцнення металевих і неметалічних матеріалів (1950—60); розробка нових армуючих матеріалів — високоміцних і високомодульних безперервних волокон бору, вуглецю, Al ₂ O ₃ , SIC і волокон інших неорганічних тугоплавких з'єднань, а також упрочнітелей на основі металів (1960—70).

  В техніці широкого поширення набули волокнисті До. м., армовані високоміцними і високомодульними безперервними волокнами, в яких армуючі елементи несуть основне навантаження, тоді як матриця передає напруги волокнам. Волокнисті До. м., як правило, анізотропни. Механічні властивості їх () визначаються не лише властивостями самих волокон (), але і їх орієнтацією, об'ємним вмістом, здатністю матриці передавати волокнам прикладене навантаження і ін. Діаметр безперервних волокон вуглецю, бору, а також тугоплавких з'єднань (В ₄ З, SIC і ін.) зазвичай складає 100—150 мкм.

  Волокнисті До. м., на відміну від монолітних сплавів, володіють високою втомною міцністю s _-1 . Так, наприклад, s _-1 (база 10 ⁷ циклів) алюмінієвих сплавів складає 130—150 Мн/м-код ² (13—15 кгс/мм ² ) , в те час як в армованого борним волокном алюмінієвого До. м. s _-1 близько 500 Мн/м-код ² (при тій же базі). Межа міцності і модуль пружності До. м. на основі алюмінію, армованого борним волокном, приблизно в 2 рази більше, ніж в алюмінієвих сплавів В-95 і АК4-1.

  Найважливішими технологічними методами виготовлення До. м. є: просочення армуючих волокон матричним матеріалом; формування в прес-формі стрічок упрочнітеля і матриці, що отримуються намотуванням; холодне пресування обох компонентів з подальшим спіканням, електрохімічне нанесення покриттів на волокна з подальшим пресуванням; осадження матриці плазмовим напиленням на упрочнітель з подальшим обтисканням; пакетна дифузійна зварка монослойних стрічок компонентів; спільне плющення армуючих елементів з матрицею та інші.

  Таблиця. 1. — Механічні властивості волокнисті композиційні матеріалів з безперервними волокнами

  Таблиця. 2.— Властивостей ниткоподібних кристалів і безперервних волокон

*Максимальные значення.

  У вузлах конструкцій, що вимагають найбільшого зміцнення, що армують волокна розташовуються по напряму прикладеного навантаження. Циліндрові вироби і інші тіла обертання (наприклад, судини високого тиску) армують волокнами, орієнтуючи їх в подовжньому і поперечному напрямах. Збільшення міцності і надійності в роботі циліндрових корпусів, а також зменшення їх маси досягається зовнішнім армуванням вузлів конструкцій високоміцними і високомодульними волокнами, що дозволяє підвищити в 1,5—2 рази питому конструктивну міцність в порівнянні з суцільнометалевими корпусами. Зміцнення матеріалів волокнами з тугоплавких речовин значно підвищує їх жароміцність. Наприклад, армування нікелевого сплаву вольфрамовим волокном (дротом) дозволяє підвищити його жароміцність при 1100 °С у 2 рази.

  Вельми перспективні До. м., армовані ниткоподібними кристалами (вусами) керамічних, полімерних і ін. матеріалів. Розміри вусів зазвичай складають від доль до декількох мкм по діаметру і приблизно 10—15 мм по довжині.

  Розробляються До. м. із спеціальними властивостями, наприклад радіопрозорі матеріали і радіопоглинаючі матеріали, матеріали для теплового захисту орбітальних космічних апаратів, з малим коефіцієнтом лінійного термічного розширення і високим питомим модулем пружності та інші. Властивості До. м. на основі алюмінію і магнію (міцність, модуль пружності, втомна і тривала міцність) більш ніж в 2 рази (до 500 °С) вище, ніж в звичайних сплавів. До. м. на нікелевій і кобальтовій основах збільшують рівень робочих температур від 1000 до 1200 °С, а на основі тугоплавких металів і з'єднань — до 1500—2000 °С. Підвищення прочностних і пружних властивостей матеріалів дозволяє істотно полегшити конструкції, а збільшення робочих температур цих матеріалів дає можливість підвищити потужність двигунів, машин і агрегатів.

  Сфери застосування До. м. багаточисельні; окрім авіаційнно-космічної, ракетної і інших спеціальних галузей техніки, вони можуть бути успішно застосовані в енергетичному турбобудуванні, в автомобільній промисловості — для деталей двигунів і кузовів автомашин; у машинобудуванні — для корпусів і деталей машин; у гірничорудній промисловості — для бурового інструменту, бурових машин і др.; у металургійній промисловості — як вогнетривкі матеріали для футерування печей, кожухів і іншої арматури печей, наконечників термопар; у будівництві — для прольотів мостів, опор мостових ферм, панелей для висотних збірних споруд і др.; у хімічній промисловості — для автоклавів, цистерн, апаратів сернокислотного виробництва, ємкостей для зберігання і перевезення нафтопродуктів і др.; у текстильній промисловості — для деталей прядильних машин, ткацьких верстатів і др.; у сільськогосподарському машинобудуванні — для ріжучих частин плугів, дискових косарок, деталей тракторів і др.; у побутовій техніці — для деталей пральних машин, рам гоночних велосипедів, деталей радіоапаратури і ін.

  Вживання До. м. у ряді випадків зажадає створення нових методів виготовлення деталей і зміни принципів конструювання деталей і вузлів конструкцій.

  Літ.: Волокнисті композиційні матеріали, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1967: Сучасні композиційні матеріали, під ред. П. Крока і Л. Броутмана, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1970; Туманів А. Т., Кравець До. І., «Докл. АН(Академія наук) СРСР», 1971, т. 197 № 1, с. 75; 1972, т. 205 №2, с. 336; їх же, «Металознавство і термічна обробка металів», 1972 № 4, с. 24.

  А. Т. Туманів, До. І. Кравець.