با استفاده از ترکیبات مختلف بایندرها و پرکننده ها، مواد کامپوزیت پلیمری (PCM) با مشخصات فیزیکی، مکانیکی و فیزیکی لازم برای استفاده در شرایط مختلف. غالبا بدست آوردن پلیمر مواد کامپوزیتو قالب گیری محصولات از آنها در یک فرآیند ترکیب می شود،که امکان کاهش قابل توجه هزینه محصولات ساخته شده از کامپوزیت را فراهم می کند.

روش قالب گیری بهینه برای هر محصول خاص PCM توسط تعداد زیادی از عوامل تعیین می شود، مانند:

• ویژگی های طراحی محصول؛
• هدف محصول حاصل (و الزامات مربوطه - تمیزی سطح، دقت ابعاد و غیره)؛
• ویژگی ها و قابلیت های فن آوری جزء اتصال؛
• ساختار پرکننده؛
• عوامل اقتصادی (هزینه، بهره وری و عمر مفید تجهیزات، شدت کار و غیره)

ویژگی های قالب گیری کامپوزیت های پلیمری بر اساس ترموپلاستیک ها

بهره وری از روش های استخراج و فرآوری کامپوزیت های پلیمریاساس عمدتاً توسط سرعت فرآیندهای فیزیکی و فیزیکی و شیمیایی که در پلیمر بایندر در طول پردازش رخ می دهد تعیین می شود:

• ذوب شدن؛
• تبلور؛
• گرمایش؛
• خنک کننده؛
• آرامش و غیره

کامل بودن و ماهیت این فرآیندها تا حد زیادی عوامل تعیین کننده برای کیفیت محصول نهایی هستند. علاوه بر این، کیفیت محصولات نهایی نیز تحت تأثیر فرآیندهای مخرب در پلیمر قرار می‌گیرد که با افزایش سرعت در نتیجه اثرات حرارتی و مکانیکی روی مواد از قسمت‌های کار ماشین‌ها در طول فرآیند پردازش اتفاق می‌افتد.

شکل مورد نیاز را می توان به محصول از ایجاد تغییر شکل بسیار الاستیک یا پلاستیکی داد. به دلیل ویسکوزیته بالای مواد، سرعت فرآیندهای تغییر شکل کم است. بسته به وضعیت فیزیکی پلیمر در زمان قالب گیری، درجات مختلفی از عدم تعادل در محصول نهایی به دلیل شل شدن ناقص تنش های داخلی حاصل می شود. این محدودیت های خاصی را در محدوده دمای عملکرد محصولات به دست آمده با روش های مختلف اعمال می کند. افزایش نسبت جزء بسیار الاستیک تغییر شکل منجر به کاهش حد دمای بالایی تا دمای انتقال شیشه ای پلیمر می شود.

ویژگی های قالب گیری مواد کامپوزیتی پلیمری بر اساس ترموست

ویژگی روش های تولید پلیمرها ترکیب فرآیندهای فیزیکی خود قالب گیری با واکنش های شیمیایی تشکیل پلیمرهای سه بعدی (عمل آوری) است و خواص محصولات با سرعت و کامل شدن عمل آوری مشخص می شود. . عمل آوری ناقص باعث ناپایداری خواص محصولات در طول زمان و همچنین وقوع فرآیندهای مخرب در محصولات نهایی می شود.

بسته به روش پردازش، عمل آوری با قالب گیری محصول ترکیب می شود (در مورد فشار دادن گرماسخت، پس از تشکیل محصول در حفره قالب رخ می دهد. (قالب گیری تزریقی, قالب گیری تزریقی ترموست) یا چه زمانی حرارت درمانیخالی قالب گیری (هنگام قالب گیری محصولات با اندازه بزرگ). دستیابی به کاملیت مورد نیاز پخت انواع خاصی از الیگومرها حتی در حضور کاتالیزورها و در دماهای بالابه زمان قابل توجهی (تا چند ساعت) نیاز دارد. در این حالت، عمل آوری نهایی را می توان در خارج از تجهیزات قالب گیری انجام داد، زیرا ثبات شکل مدت ها قبل از تکمیل کامل فرآیند پخت به دست می آید.

برخی مشکلات در تولید مواد کامپوزیت پلیمری

وجود اختلاف دما در سطح مقطع محصول در طول فرآوری منجر به افزایش ناهمگونی ساختاری و ظهور تنش‌های اضافی مرتبط با تفاوت در نرخ سرد شدن، تبلور، آرامش در قسمت‌های مختلف و همچنین با درجات مختلف می‌شود. سخت شدن (در مورد گرماسخت). این امر باعث ناهمگونی در خواص مواد در محصول می شود که همیشه قابل قبول نیست و عامل بسیاری از عیوب (تاب خوردگی، ترک خوردگی و ...) است. وجود تنش های داخلی، در درجه اول جهت گیری، محدوده دمای عملیاتی را نیز محدود می کند. افزایش ناهمگونی ساختار فوق مولکولی و کاهش تنش های داخلی را می توان از طریق عملیات حرارتی محصول نهایی به دست آورد، اما استفاده از روش های تنظیم جهت سازه ها در طول فرآیند پردازش موثرتر است.

هنگام قالب گیری محصولات از کامپوزیت های پلیمری امکان تغییر قابل توجه در ساختارو در نتیجه خواص پلیمر. بنابراین، مواد و محصولات به دست آمده از همان پلیمر ممکن است به طور قابل توجهی در ویژگی ها متفاوت باشداگر تکنولوژی آنها متفاوت باشد. مهمترین عوامل موثر بر ساختار و خواص PCM پارامترهای فرآیند پردازش هستند:

• درجه حرارت،
• فشار،
• حالت های گرمایش و سرمایش و غیره

حسابداری صحیح و انتخاب تمام پارامترهای تکنولوژیکی به ما امکان می دهد در محصول نهایی به دست آوریم:

• ساختار همگن،
• حداقل سطح استرسهای باقی مانده(ساختاری، جمع شدگی، حرارتی)،
• درجه بالایی از کامل بودن فرآیندهای سخت شدن، کریستالیزاسیون،

برای دریافت محصولات با کیفیت بالا

به تاریخ تقدیم کردم مواد کامپوزیت. من همچنان اوقات فراغت خود را روی این موضوع می گذرانم و امروز می خواهم کمی در مورد شرایط و فناوری های نمونه سازی با استفاده از کامپوزیت های پلیمری صحبت کنم. اگر برای مدت طولانی کاری برای انجام دادن ندارید عصرهای زمستان، پس همیشه می توانید اسنوبرد، قاب موتورسیکلت یا قاب گوشی هوشمند را از پارچه فیبر کربن بسازید. البته ممکن است این فرآیند نسبت به خرید یک محصول نهایی گران‌تر باشد، اما ساختن چیزی با دستان خود جالب است.

در زیر برش مروری بر روش های ساخت محصولات از مواد کامپوزیتی است. ممنون میشم اگه منو تو نظرات اضافه کنید تا نتیجه کامل تری باشه.

یک ماده کامپوزیت حداقل از دو جزء با یک مرز مشخص بین آنها ایجاد می شود. مواد کامپوزیت لایه ای وجود دارد - به عنوان مثال، تخته سه لا. در تمام کامپوزیت های دیگر، اجزاء را می توان به یک ماتریس، یا بایندر، و عناصر تقویت کننده - پرکننده ها تقسیم کرد. کامپوزیت ها معمولا بر اساس نوع پرکننده یا ماده ماتریس تقویت کننده تقسیم می شوند. در مورد استفاده از کامپوزیت ها می توانید در پست بیشتر بخوانید و این پست به روش های ساخت محصولات از کامپوزیت ها می پردازد.

قالب گیری دستی

در مورد تولید تک تکه ها، رایج ترین روش قالب گیری دستی است. Gelcoat روی ماتریس آماده شده اعمال می شود - ماده ای برای به دست آوردن یک روکش خوب در قسمت بیرونی مواد تقویت شده، که همچنین به شما امکان می دهد رنگ محصول را انتخاب کنید. سپس یک پرکننده در ماتریس قرار می گیرد - به عنوان مثال، فایبرگلاس - و با یک چسب آغشته می شود. حباب های هوا را حذف می کنیم، صبر می کنیم تا همه چیز خنک شود و آن را با یک فایل تمام می کنیم - آن را برش می دهیم، مته می کنیم و غیره.

این روش به طور گسترده برای ایجاد قطعات بدنه خودروها، موتورسیکلت ها و موتور سیکلت ها استفاده می شود. یعنی برای تنظیم در مواردی که محدود به چسباندن فیلمی با ظاهر کربن نیست.

کندوپاش کردن

سمپاشی نیازی به برش مواد شیشه ای ندارد، بلکه نیاز به استفاده از تجهیزات ویژه دارد. این روش اغلب برای کار با اجسام بزرگ مانند بدنه قایق، وسایل نقلیه و غیره استفاده می شود. همانطور که در مورد قالب گیری دستی، ابتدا ژل کوت و سپس مواد شیشه ای اعمال می شود.

RTM (تزریق)

در روش تزریق رزین پلی استر به یک قالب بسته از تجهیزات ماتریس و قالب شمارنده - پانچ استفاده می شود. مواد شیشه ای بین ماتریس و قالب پاسخ قرار می گیرد، سپس یک سخت کننده - رزین پلی استر - تحت فشار داخل قالب ریخته می شود. و، البته، تکمیل با یک فایل پس از پخت - به طعم و مزه.

تزریق خلاء

روش تزریق خلاء نیاز به کیسه ای دارد که در آن خلاء با استفاده از پمپ ایجاد می شود. کیسه خود حاوی مواد تقویت کننده است که منافذ آن پس از پمپاژ هوا با یک چسب مایع پر می شود.

نمونه ای از یک روش ساخت اسکیت بورد است.

سیم پیچی

روش سیم پیچی کامپوزیت ها امکان ساخت سیلندرهای فوق سبک برای گاز فشرده را فراهم می کند که برای آن از یک آستر PET پمپ شده تا 2-5 اتمسفر و همچنین لوله های کامپوزیت مورد استفاده در صنعت نفت استفاده می شود. صنایع شیمیاییو در خدمات عمومی از این نام به راحتی می توان فهمید که فایبرگلاس به دور یک جسم متحرک یا ثابت پیچیده می شود.

این ویدئو روند پیچاندن فایبرگلاس را روی یک سیلندر نشان می دهد.

Pultrusion

Pultrusion "بروچینگ" است. این روش شامل یک فرآیند مداوم کشیدن مواد کامپوزیت از طریق یک ماشین کشش است. سرعت فرآیند تا 6 متر در دقیقه است. الیاف از یک حمام پلیمری عبور داده می‌شوند و در آنجا با یک بایندر آغشته می‌شوند و سپس از یک دستگاه پیش‌فرمینگ عبور می‌کنند تا شکل نهایی را به دست آورند. سپس این ماده در قالب گرم می شود تا محصول سخت شده نهایی تولید شود.

فرآیند تولید شمع ورق با استفاده از پالتروژن.

پرس مستقیم

محصولات ترموپلاستیک در قالب های تحت فشار تولید می شوند. برای این منظور، درجه حرارت بالا پرس های هیدرولیکبا نیروی 12 تا 100 تن و حداکثر دماحدود 650 درجه به عنوان مثال سطل های پلاستیکی به این روش ساخته می شوند.

قالب گیری اتوکلاو

اتوکلاو برای انجام فرآیندهای تحت گرما و فشار بالاتر از فشار اتمسفر به منظور تسریع واکنش و افزایش بازده محصول ضروری است. مواد کامپوزیتی در داخل اتوکلاو روی فرم های مخصوص قرار می گیرند.

محصولات کامپوزیت

مواد کامپوزیت به طور گسترده ای در ساخت هواپیما استفاده می شود. به عنوان مثال، از آنها ساخته شده است.

صنعت خودرو

پروتز و ارتز.

اگر موارد اضافه ای دارید، حتما در نظرات در مورد آنها بنویسید. متشکرم.

1. مواد مرکب یا کامپوزیت - مواد آینده.

پس از اینکه فیزیک مدرن فلزات دلایل انعطاف پذیری، استحکام و افزایش آن را به تفصیل برای ما توضیح داد، توسعه سیستماتیک فشرده مواد جدید آغاز شد. این احتمالاً در آینده قابل تصور منجر به ایجاد موادی با استحکام بسیار بیشتر از آلیاژهای معمولی امروزی خواهد شد. در این مورد، توجه زیادی به مکانیسم های از قبل شناخته شده سخت شدن فولاد و پیری آلیاژهای آلومینیوم، ترکیبی از این مکانیسم های شناخته شده با فرآیندهای تشکیل و امکانات متعدد برای ایجاد مواد ترکیبی معطوف خواهد شد. مواد ترکیبی تقویت شده با الیاف یا ذرات جامد پراکنده دو مسیر امیدوارکننده را ارائه می دهند. اولین کسی که بهترین الیاف با استحکام بالا از شیشه، کربن، بور، بریلیم، فولاد یا تک کریستال های نخ مانند را در یک فلز غیر آلی یا ماتریس پلیمری آلی معرفی کرد. در نتیجه این ترکیب، حداکثر استحکام با مدول الاستیک بالا و چگالی کم ترکیب می شود. مواد کامپوزیتی دقیقاً چنین موادی در آینده هستند.

مواد کامپوزیت یک ماده ساختاری (فلزی یا غیرفلزی) است که حاوی عناصر تقویت کننده به شکل نخ ها، الیاف یا تکه های یک ماده قوی تر است. نمونه هایی از مواد کامپوزیتی: پلاستیک تقویت شده با بور، کربن، الیاف شیشه، رشته ها یا پارچه های مبتنی بر آنها. آلومینیوم تقویت شده با نخ های فولادی و بریلیوم. با ترکیب محتوای حجمی اجزا، می توان مواد کامپوزیتی را با مقادیر مورد نیاز استحکام، مقاومت حرارتی، مدول الاستیک، مقاومت سایشی و همچنین ایجاد ترکیباتی با مغناطیسی، دی الکتریک، رادیو جاذب لازم و غیره به دست آورد. خواص ویژه

2. انواع مواد کامپوزیتی.

2.1. مواد کامپوزیتی با ماتریس فلزی.

مواد کامپوزیتی یا مواد مرکب از یک زمینه فلزی (معمولاً Al، منیزیم، نیکل و آلیاژهای آنها) تشکیل شده است که با الیاف با مقاومت بالا (مواد الیافی) یا ذرات نسوز پراکنده ریز که در فلز پایه حل نمی شوند (مواد تقویت شده با پراکندگی) تقویت شده است. . ماتریس فلزی الیاف (ذرات پراکنده) را به یک کل واحد متصل می کند. الیاف (ذرات پراکنده) به اضافه یک چسب (ماتریس) که این یا ترکیب دیگری را تشکیل می دهند، مواد کامپوزیتی نامیده می شوند.

2.2. مواد کامپوزیتی با ماتریس غیر فلزی.

مواد کامپوزیتی با ماتریس غیرفلزی کاربرد وسیعی یافته اند. مواد پلیمری، کربنی و سرامیکی به عنوان ماتریس های غیرفلزی استفاده می شوند. پرکاربردترین ماتریس های پلیمری اپوکسی، فنل فرمالدئید و پلی آمید هستند.
ماتریس های کربن کک شده یا پیروکربن از پلیمرهای مصنوعی در معرض پیرولیز به دست می آیند. ماتریس ترکیب را متصل می کند و به آن شکل می دهد. تقویت کننده ها الیاف هستند: شیشه، کربن، بور، آلی، بر اساس کریستال های سبیل (اکسیدها، کاربیدها، بوریدها، نیتریدها و دیگران)، و همچنین فلز (سیم) که دارای استحکام و استحکام بالایی هستند.

خواص مواد کامپوزیت به ترکیب اجزا، ترکیب آنها، نسبت کمی و استحکام پیوند بین آنها بستگی دارد.
مواد تقویت کننده می توانند به شکل الیاف، رشته ها، نخ ها، نوارها، پارچه های چند لایه باشند.

میزان سختی گیر در مواد گرا 60-80 جلد است. ٪، در غیر جهت (با الیاف گسسته و سبیل) - 20-30 جلد. ٪. هر چه استحکام و مدول الاستیک الیاف بیشتر باشد، استحکام و استحکام مواد کامپوزیت بیشتر است. خواص ماتریس استحکام ترکیب تحت برش و فشار و مقاومت در برابر شکست خستگی را تعیین می کند.

مواد کامپوزیت بر اساس نوع تقویت کننده به الیاف شیشه، الیاف کربن با الیاف کربن، الیاف بور و الیاف ارگانیک طبقه بندی می شوند.

در مواد لایه ای، الیاف، نخ ها، نوارهای آغشته به یک کلاسور به موازات یکدیگر در صفحه تخمگذار قرار می گیرند. لایه های مسطح در صفحات جمع می شوند. خواص ناهمسانگرد هستند. برای اینکه مواد در یک محصول کار کنند، مهم است که جهت بارهای عامل را در نظر بگیرید. امکان ایجاد موادی با خواص همسانگرد و ناهمسانگرد وجود دارد.
الیاف را می توان در زوایای مختلف قرار داد که خواص مواد کامپوزیت را تغییر می دهد. سفتی خمشی و پیچشی مواد به ترتیبی که لایه ها در ضخامت بسته بندی قرار می گیرند بستگی دارد.

از تقویت کننده های سه، چهار یا بیشتر نخ استفاده می شود.
اکثر برنامه های کاربردیدارای ساختاری از سه رزوه عمود بر یکدیگر است. تقویت کننده ها را می توان در جهات محوری، شعاعی و محیطی قرار داد.

مواد سه بعدی می توانند با هر ضخامتی به شکل بلوک یا استوانه باشند. پارچه های حجیم استحکام پوسته شدن و مقاومت برشی را در مقایسه با پارچه های لمینت افزایش می دهند. یک سیستم چهار رشته ای با تجزیه آرماتور در امتداد مورب های مکعب ساخته می شود. ساختار چهار رزوه تعادلی بوده و باعث افزایش صلبیت برشی در صفحات اصلی شده است.
با این حال، ایجاد مواد چهار جهته دشوارتر از ایجاد مواد سه جهته است.

3. طبقه بندی مواد کامپوزیت.

3.1. مواد کامپوزیت فیبر.

اغلب مواد کامپوزیت یک ساختار لایه ای است که در آن هر لایه با تعداد زیادی الیاف پیوسته موازی تقویت می شود. هر لایه همچنین می تواند با الیاف پیوسته بافته شده به پارچه ای که شکل اصلی، عرض و طول متناظر با ماده نهایی است، تقویت شود. اغلب الیاف به ساختارهای سه بعدی بافته می شوند.

مواد کامپوزیتی در مقادیر بالاتر مقاومت کششی و حد استقامت (50-10٪)، مدول الاستیک، ضریب سختی و کاهش حساسیت به ترک با آلیاژهای معمولی متفاوت هستند. استفاده از مواد کامپوزیت باعث افزایش صلبیت سازه و در عین حال کاهش مصرف فلز آن می شود.

استحکام مواد کامپوزیت (الیافی) توسط خواص الیاف تعیین می شود. ماتریس عمدتاً باید تنش ها را بین عناصر تقویت کننده دوباره توزیع کند. بنابراین، استحکام و مدول الاستیک الیاف باید به طور قابل توجهی بیشتر از استحکام و مدول الاستیک ماتریس باشد.
الیاف تقویت‌کننده صلب، تنش‌های ایجاد شده در ترکیب را در طول بارگذاری درک می‌کنند و به آن استحکام و استحکام در جهت جهت الیاف می‌دهند.

برای تقویت آلومینیوم، منیزیم و آلیاژهای آنها از بور و همچنین الیاف حاصل از ترکیبات نسوز (کاربیدها، نیتریدها، بوریدها و اکسیدها) با مدول الاستیسیته و استحکام بالا استفاده می شود. سیم ساخته شده از فولادهای با مقاومت بالا اغلب به عنوان الیاف استفاده می شود.

برای تقویت تیتانیوم و آلیاژهای آن از سیم مولیبدن، الیاف یاقوت کبود، کاربید سیلیکون و بورید تیتانیوم استفاده می شود.

افزایش مقاومت حرارتی آلیاژهای نیکل با تقویت آنها با سیم تنگستن یا مولیبدن حاصل می شود. الیاف فلزی نیز در مواردی که رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا مورد نیاز است استفاده می شود. تقویت کننده های امیدوار کننده برای مواد کامپوزیتی فیبری با استحکام بالا و مدول بالا، سبیل های ساخته شده از اکسید آلومینیوم و نیترید، کاربید و نیترید سیلیکون، کاربید بور و غیره هستند.

مواد کامپوزیتی مبتنی بر فلز استحکام و مقاومت حرارتی بالایی دارند و در عین حال دارای انعطاف پذیری پایینی هستند. با این حال، الیاف در مواد کامپوزیتی سرعت انتشار ترک‌های آغاز شده در ماتریس را کاهش می‌دهند و شکست ناگهانی شکننده تقریباً به طور کامل از بین می‌رود. ویژگی متمایزمواد کامپوزیتی تک محوری فیبری با ناهمسانگردی خواص مکانیکی در امتداد و در سراسر الیاف و حساسیت کم به متمرکز کننده‌های تنش مشخص می‌شوند.

ناهمسانگردی خواص مواد کامپوزیت الیافی هنگام طراحی قطعات برای بهینه سازی خواص با تطبیق میدان مقاومت با میدان های تنش در نظر گرفته می شود.

تقویت آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم با الیاف نسوز پیوسته بور، کاربید سیلیکون، دوبورید تیتانیوم و اکسید آلومینیوم به طور قابل توجهی مقاومت حرارتی را افزایش می دهد. یکی از ویژگی های مواد کامپوزیت سرعت کم نرم شدن در طول زمان با افزایش دما است.

عیب اصلی مصالح کامپوزیت با آرماتورهای یک بعدی و دو بعدی مقاومت کم در برابر برش بین لایه ای و شکستگی عرضی است. مواد با تقویت حجمی این را ندارند.

3.2. مواد کامپوزیتی تقویت شده با پراکندگی

بر خلاف مواد کامپوزیت فیبری، در مواد کامپوزیتی تقویت شده با پراکندگی، ماتریس عنصر باربر اصلی است و ذرات پراکنده از حرکت نابجایی ها در آن جلوگیری می کنند.
استحکام بالا با اندازه ذرات 10-500 نانومتر با فاصله متوسط ​​بین آنها 100-500 نانومتر و توزیع یکنواخت آنها در ماتریس حاصل می شود.
استحکام و مقاومت حرارتی، بسته به محتوای حجمی فازهای تقویتی، از قانون افزایشی تبعیت نمی کند. مقدار بهینه فاز دوم برای فلزات مختلف متفاوت است، اما معمولاً از 5-10 حجم تجاوز نمی کند. ٪.

استفاده از ترکیبات نسوز پایدار (اکسیدهای توریم، هافنیوم، ایتریوم، ترکیبات پیچیده اکسیدها و فلزات خاکی کمیاب) که در فلز زمینه نامحلول هستند به عنوان فازهای تقویت کننده، امکان حفظ استحکام بالای ماده تا 0.9-0.95 T را فراهم می کند. در این راستا، چنین مواد اغلب به عنوان مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود. مواد کامپوزیتی تقویت شده با پراکندگی را می توان بر اساس اکثر فلزات و آلیاژهای مورد استفاده در فناوری به دست آورد.

پرکاربردترین آلیاژهای مبتنی بر آلومینیوم SAP (پودر آلومینیوم متخلخل) هستند.

چگالی این مواد برابر با چگالی آلومینیوم است، از نظر مقاومت در برابر خوردگی کمتر از آن نیستند و حتی می توانند در محدوده دمایی 250-500 درجه سانتیگراد جایگزین تیتانیوم و فولادهای مقاوم در برابر خوردگی شوند. از نظر استحکام طولانی مدت نسبت به آلیاژهای آلومینیوم فرفورژه برتری دارند. استحکام طولانی مدت برای آلیاژهای SAP-1 و SAP-2 در دمای 500 درجه سانتی گراد 45-55 مگاپاسکال است.

مواد تقویت شده با پراکندگی نیکل چشم انداز بسیار خوبی دارند.
آلیاژهای پایه نیکل با 2-3 حجم بالاترین مقاومت حرارتی را دارند. ٪ دی اکسید توریم یا دی اکسید هافنیوم. ماتریس این آلیاژها معمولاً محلول جامد نیکل + 20 درصد کروم، نیکل + 15 درصد مو، نیکل + 20 درصد کروم و مو است. آلیاژهای VDU-1 (نیکل تقویت شده با دی اکسید توریم)، ​​VDU-2 (نیکل تقویت شده با دی اکسید هافنیوم) و VD-3 (ماتریس Ni + 20% کروم، تقویت شده با اکسید توریم) به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. این آلیاژها مقاومت حرارتی بالایی دارند. مواد کامپوزیتی تقویت شده با پراکندگی، درست مانند مواد فیبری، با افزایش دما و مدت زمان قرار گرفتن در یک دمای معین، در برابر نرم شدن مقاوم هستند.

3.3. فایبرگلاس.

فایبرگلاس ترکیبی متشکل از یک رزین مصنوعی که یک اتصال دهنده است و پرکننده الیاف شیشه است. فیبر شیشه ای پیوسته یا کوتاه به عنوان پرکننده استفاده می شود. استحکام فایبرگلاس با کاهش قطر آن (به دلیل تأثیر ناهمگنی ها و ترک هایی که در مقاطع ضخیم ایجاد می شود) به شدت افزایش می یابد. خواص فایبرگلاس همچنین به محتوای قلیایی در ترکیب آن بستگی دارد. بهترین عملکرد در لیوان های بدون قلیایی از ترکیب آلومینوبروسیلیکات یافت می شود.

الیاف شیشه غیر جهت دار حاوی فیبر کوتاه به عنوان پرکننده هستند. این به شما امکان می دهد تا با استفاده از تقویت کننده های فلزی، قسمت هایی از اشکال پیچیده را فشار دهید. این ماده با ویژگی های استحکام ایزوتوپی بسیار بالاتر از پودرهای پرس و حتی الیاف به دست می آید. نمایندگان این ماده الیاف شیشه AG-4V و همچنین DSV (الیاف شیشه اندازه گیری شده) هستند که برای ساخت قطعات الکتریکی قدرت، قطعات مهندسی مکانیک (شیرهای قرقره، مهر و موم پمپ و غیره) استفاده می شود. هنگام استفاده از پلی استرهای غیراشباع به عنوان چسب، پیش مخلوط های PSC (خمیری) و پیش آغشته سازی AP و PPM (بر اساس حصیر شیشه ای) به دست می آید. Prepregs را می توان برای محصولات با اندازه های بزرگ با اشکال ساده (بدنه ماشین، قایق، بدنه ابزار و غیره) استفاده کرد.

الیاف شیشه جهت دار دارای پرکننده ای به شکل الیاف بلند هستند که به صورت رشته های جداگانه مرتب شده و با دقت به هم چسبیده اند. این امر استحکام بالاتر فایبرگلاس را تضمین می کند.

فایبرگلاس می تواند در دماهای 60- تا 200 درجه سانتیگراد و همچنین در دمای کار کند شرایط گرمسیری، بارهای اینرسی زیادی را تحمل می کند.
هنگام پیری به مدت دو سال، ضریب پیری K = 0.5-0.7 است.
تشعشعات یونیزان تأثیر کمی بر مکانیکی و خواص الکتریکی. از آنها برای تولید قطعات با مقاومت بالا با آرماتور و رزوه استفاده می شود.

3.4. الیاف کربن.

الیاف کربن (الیاف کربن) ترکیباتی متشکل از یک اتصال دهنده پلیمری (ماتریس) و عوامل تقویت کننده به شکل الیاف کربن (الیاف کربن) هستند.

انرژی بالا اتصالات S-Sالیاف کربن به آنها اجازه می دهد تا استحکام را در حد بسیار بالایی حفظ کنند دمای بالا(در محیط های خنثی و کاهنده تا 2200 درجه سانتیگراد) و همچنین در دماهای پایین. الیاف از اکسیداسیون سطح محافظت می کنند پوشش های محافظ(پیرولیتیک). بر خلاف الیاف شیشه، الیاف کربن به خوبی توسط یک چسب خیس می شوند
(انرژی سطحی پایین)، بنابراین حک می شوند. در عین حال، درجه فعال شدن الیاف کربن از نظر محتوای گروه کربوکسیل در سطح آنها افزایش می یابد. استحکام برشی بین لایه ای پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن 1.6-2.5 برابر افزایش می یابد. از احشای کریستال های رشته ای TiO، AlN و SiN استفاده می شود که منجر به افزایش سفتی بین لایه ای به میزان 2 برابر و استحکام 2.8 برابری می شود. از سازه های تقویت شده فضایی استفاده می شود.

بایندرها پلیمرهای مصنوعی (الیاف کربن پلیمری) هستند. پلیمرهای مصنوعی در معرض پیرولیز (الیاف کربن کک شده)؛ کربن پیرولیتیک (الیاف کربن پیرو کربن).

الیاف کربن اپوکسی فنل تقویت شده با KMU-1l، تقویت شده با نوار کربن، و KMU-1u روی طناب، با سبیل ها، می توانند برای مدت طولانی در دمای تا 200 درجه سانتیگراد کار کنند.

الیاف فیبر کربن KMU-3 و KMU-2l با استفاده از چسب اپوکسیانیلین فرمالدئید تولید می شوند؛ آنها می توانند در دماهای تا 100 درجه سانتیگراد استفاده شوند؛ آنها از نظر فناوری پیشرفته ترین هستند. الیاف کربن KMU-2 و
KMU-2l بر اساس یک بایندر پلی آمید می تواند در دماهای تا
300 درجه سانتی گراد

الیاف کربن با مقاومت در برابر خستگی آماری و دینامیکی بالا متمایز می شوند و این خاصیت را در دماهای معمولی و بسیار پایین حفظ می کنند (رسانایی حرارتی بالای الیاف از خود گرم شدن مواد به دلیل اصطکاک داخلی جلوگیری می کند). آنها در برابر آب و مواد شیمیایی مقاوم هستند. پس از قرار گرفتن در معرض هوا، اشعه ایکس و E تقریباً تغییر نمی کنند.

رسانایی حرارتی پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن 1.5-2 برابر بیشتر از رسانایی حرارتی پلاستیک های تقویت شده با فایبر گلاس است. آنها دارای خواص الکتریکی زیر هستند: = 0.0024-0.0034 اهم سانتی متر (در امتداد الیاف). ? = 10 و tg = 0.001 (در فرکانس فعلی 10 هرتز).

فایبرگلاس کربن حاوی الیاف شیشه به همراه کربن است که باعث کاهش هزینه مواد می شود.

3.5. فیبر کربن با ماتریس کربن.

مواد کک شده از الیاف کربن پلیمری معمولی تولید می شوند که در معرض تجزیه در اثر حرارت در یک اتمسفر بی اثر یا کاهنده قرار می گیرند. در دمای 800-1500 درجه سانتیگراد، الیاف کربنی تشکیل می شود، در دمای 2500-3000 درجه سانتیگراد، الیاف کربن گرافیتی تشکیل می شود. برای به دست آوردن مواد پیروکربنی، سختی گیر را مطابق شکل محصول چیده و در کوره ای قرار می دهند که هیدروکربن گازی (متان) در آن عبور داده می شود. تحت یک رژیم معین (دمای 1100 درجه سانتیگراد و فشار باقیمانده 2660 Pa)، متان تجزیه می شود و کربن پیرولیتیک حاصل بر روی الیاف تقویت کننده رسوب می کند و آنها را به هم متصل می کند.

کک تشکیل شده در طی پیرولیز بایندر دارای قدرت چسبندگی بالایی به فیبر کربن است. در این راستا، ماده کامپوزیت دارای خواص مکانیکی و فرسایشی بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی است.

فیبر کربن با ماتریس کربن از نوع KUP-VM از نظر استحکام و استحکام ضربه ای 5-10 برابر بیشتر از گرافیت های خاص است؛ هنگامی که در اتمسفر بی اثر و خلاء گرم می شود، استحکام تا 2200 را حفظ می کند.
درجه سانتی گراد، در هوا در دمای 450 درجه سانتی گراد اکسید می شود و نیاز به پوشش محافظ دارد.
ضریب اصطکاک یک کامپوزیت فیبر کربن با ماتریس کربن بالا است (0.35-0.45) و سایش کم است (0.7-1 میکرون برای ترمز).

3.6. الیاف بور

الیاف بور ترکیبی از یک اتصال دهنده و تقویت کننده پلیمری - الیاف بور هستند.

الیاف بور با مقاومت فشاری، برشی و برشی بالا، خزش کم، سختی بالا و مدول الاستیک، هدایت حرارتی و هدایت الکتریکی مشخص می شوند. ریزساختار سلولی الیاف بور استحکام برشی بالایی را در سطح مشترک ماتریس ایجاد می کند.

علاوه بر فیبر بور پیوسته، از نیترات های شیشه ای بور پیچیده استفاده می شود که در آن چندین الیاف بور موازی با الیاف شیشه بافته می شوند که ثبات ابعادی را ایجاد می کند. استفاده از نخ های شیشه بور فرآیند تکنولوژیکی ساخت مواد را تسهیل می کند.

بایندرهای اپوکسی و پلی آمیدی اصلاح شده به عنوان ماتریس برای تولید نیترات فیبر بور استفاده می شوند. الیاف بور KMB-1 و
KMB-1k برای عملیات طولانی مدت در دمای 200 درجه سانتیگراد طراحی شده است. KMB-3 و KMB-3k نیازی ندارند فشار بالادر طول پردازش و می تواند در دمای بیش از 100 درجه سانتیگراد کار کند. KMB-2k در دمای 300 درجه سانتیگراد کار می کند.

الیاف بور مقاومت خستگی بالایی دارند و در برابر اشعه، آب، حلال های آلی و روان کننده ها مقاوم هستند.

3.7. الیاف ارگانیک.

الیاف ارگانیک مواد کامپوزیتی هستند که از یک اتصال دهنده پلیمری و تقویت کننده ها (پرکننده ها) به شکل الیاف مصنوعی تشکیل شده اند. چنین موادی دارای جرم کم، استحکام ویژه و صلبیت نسبتاً بالایی هستند و در اثر بارهای متناوب و تغییرات ناگهانی دما پایدار هستند. برای الیاف مصنوعی، از دست دادن استحکام در طول پردازش نساجی کم است. نسبت به آسیب حساس نیستند.

برای الیاف ارگانیک، مقادیر مدول الاستیک و ضرایب دمایی انبساط خطی تقویت کننده و بایندر نزدیک است.
انتشار اجزای بایندر در فیبر و برهمکنش شیمیایی بین آنها رخ می دهد. ساختار مواد بدون نقص است. تخلخل از 1-3٪ (در سایر مواد 10-20٪) تجاوز نمی کند. از این رو، پایداری خواص مکانیکی الیاف اندام تحت تغییرات شدید دما، ضربه و بارهای چرخه ای است. استحکام ضربه زیاد است (400-700 کیلوژول بر متر مربع). عیب این مواد مقاومت فشاری نسبتا کم و خزش زیاد آنها (به ویژه برای الیاف کشسان) است.

الیاف ارگانیک در برابر محیط های تهاجمی و آب و هوای گرمسیری مرطوب مقاوم هستند. خواص دی الکتریک بالا و هدایت حرارتی پایین است. اکثر الیاف ارگانیک می توانند برای مدت طولانی در دمای 100-150 درجه سانتیگراد کار کنند و آنهایی که مبتنی بر چسب پلی آمید و الیاف پلی اگزادیازول هستند - در دمای 200-300 درجه سانتیگراد.

در مواد ترکیبی به همراه الیاف مصنوعی از الیاف معدنی (شیشه، فیبر کربن و فیبر بور) استفاده می شود. چنین موادی استحکام و استحکام بیشتری دارند.

4. کارایی اقتصادی استفاده از مواد کامپوزیت.

زمینه های کاربرد مواد کامپوزیت محدود نیست. آنها در هوانوردی برای قطعات پر بار هواپیما (پوست، اسپارها، دنده ها، پانل ها و غیره) و موتورها (تیغه های کمپرسور و توربین ها و غیره)، در فناوری فضایی برای اجزای ساختارهای قدرت دستگاه های در معرض گرمایش استفاده می شوند. سفت کننده ها، پانل ها، در صنعت خودروسازی برای سبک سازی بدنه ها، فنرها، قاب ها، پانل های بدنه، ضربه گیرها و غیره، در صنعت معدن (ابزار حفاری، قطعات کمباین و غیره)، در مهندسی عمران (دهه پل، عناصر پیش ساخته سازه های ساختمان های بلند و غیره) و غیره) و در سایر زمینه های اقتصاد ملی.

استفاده از مواد کامپوزیتی جهشی کیفی جدیدی در افزایش قدرت موتورها، تاسیسات انرژی و حمل و نقل و کاهش وزن ماشین‌ها و دستگاه‌ها ایجاد می‌کند.

فناوری تولید محصولات نیمه تمام و محصولات از مواد کامپوزیت کاملاً توسعه یافته است.

مواد کامپوزیتی با ماتریس غیر فلزی، یعنی الیاف کربن پلیمری، در صنایع کشتی سازی و خودروسازی (بدنه خودرو، شاسی، پروانه) استفاده می شود. بلبرینگ ها، پانل های گرمایشی، تجهیزات ورزشی و قطعات کامپیوتر از آنها ساخته می شود. الیاف کربن با مدول بالا برای ساخت قطعات هواپیما، تجهیزات صنایع شیمیایی، تجهیزات اشعه ایکس و غیره استفاده می شود.

الیاف کربن با ماتریس کربن جایگزین انواع گرافیت می شوند. آنها برای حفاظت حرارتی، دیسک های ترمز هواپیما و تجهیزات مقاوم در برابر مواد شیمیایی استفاده می شوند.

محصولات ساخته شده از فیبر بور در فناوری هوانوردی و فضایی (پروفیل ها، پانل ها، روتورها و تیغه های کمپرسور، تیغه های پروانه و شفت انتقال هلیکوپتر و غیره) استفاده می شود.

الیاف ارگانیک به عنوان یک ماده عایق و ساختاری در صنعت برق و رادیو، فناوری هوانوردی و صنعت خودرو استفاده می شود. از آنها برای ساخت لوله ها، ظروف برای معرف ها، پوشش های بدنه کشتی ها و غیره استفاده می شود.

آگهی های خرید و فروش تجهیزات را می توانید مشاهده کنید

شما می توانید در مورد مزایای مارک های پلیمری و خواص آنها صحبت کنید

شرکت خود را در دایرکتوری Enterprise ثبت کنید

1. کامپوزیت های سرامیکی

هنگام ایجاد نسل جدیدی از موتورهای هواپیما، از مواد سبک وزن و بسیار مقاوم در برابر آتش - کامپوزیت های سرامیکی - برای کاهش وزن، کاهش مصرف سوخت و کاهش انتشارات مضر استفاده می شود.

بر شکل 1نمودار ارائه شده است فرآیند تکنولوژیکی، توسط ناسا برای تولید کامپوزیت ها توسعه یافته است کامپوزیت های ماتریکس سرامیکی با ذوب نفوذ شده.

ابتدا، پارچه ای از الیاف کاربید سیلیکون (نام تجاری سیرامیک، قطعه کار با شکل و اندازه معین از آن تشکیل می شود، سپس قطعه کار با کاربید سیلیکون مذاب اشباع شده و پخته می شود.

برای ساخت کامپوزیت می توان از الیاف استفاده کرد سیرامیکیا سیرامیک با پوشش نیترید بور. چنین کامپوزیت هایی می توانند حرارت را تا 1200 درجه سانتیگراد تحمل کنند.

فناوری مشابهی در ساخت مواد اکسید کامپوزیت استفاده می شود، جایی که پارچه از آن ساخته می شود نکستل 720(حاوی 85% Al 2 O 3 و 15 % SiO 2) در مذاب آلومینوسیلیکات ها اشباع شده است.

مواد کامپوزیتی ساختار لایه ای دارند (نگاه کنید به برنج. 2).

در مقایسه با مواد سرامیکی یکپارچه (به عنوان مثال، Si 3 N 4)، سرامیک های کامپوزیت آنقدر شکننده نیستند و مقاومت در برابر ضربه را افزایش می دهند (شکل 2 را ببینید). برنج. 3 و 4).

مواد کامپوزیت سرامیکی به طور گسترده در ساخت وسایل نقلیه مافوق صوت استفاده می شود. هواپیما(UAV مداری X37، موشک X51A WaveRider (نگاه کنید به. برنج. 5 و 6).

هنگام پرواز با سرعت 68 ماخ، دمای سطوح لبه های جلویی هواپیماها می تواند به 2700 درجه سانتیگراد برسد و دمای اتاق احتراق موتور رم جت با محفظه احتراق مافوق صوت (اسکرم جت) می تواند به 3000 درجه برسد. سی.

برای اطمینان از حفاظت حرارتی و ویژگی های استحکام بالا سازه در هنگام گرمایش آیرودینامیکی، از سازه های ساندویچی چند لایه استفاده می شود. کامپوزیت ماتریس سرامیکی / هسته فوم (کامپوزیت زمینه سرامیکی با لایه داخلی سرامیک متخلخل).

ساندویچ پانل کامپوزیت با چگالی حدود 1.06 گرم بر سانتی متر مکعب استحکام و استحکام بالایی دارد. ضریب انبساط حرارتی، مواد روکش فلزی کامپوزیت سرامیکی و متخلخل مواد سرامیکیهسته ها به گونه ای انتخاب می شوند که از گرادیان دما در سطوح بیرونی و داخلی ساندویچ پانل در حدود 1000 درجه سانتیگراد بدون لایه برداری و ترک اطمینان حاصل شود.

با داشتن چگالی حدود 1.06 گرم بر سانتی متر، استحکام و استحکام بالایی دارد. ضریب انبساط حرارتی، مواد روکش کامپوزیت سرامیکی و مواد هسته سرامیکی متخلخل به گونه ای انتخاب می شوند که از گرادیان دما در سطوح بیرونی و داخلی پانل ساندویچ حدود 1000 درجه سانتیگراد بدون لایه برداری و ترک خوردگی اطمینان حاصل شود.

محفظه احتراق اسکرام جت استفاده می کند کامپوزیت های سرامیکی بر اساس سرامیک های با دمای بالا. چنین سرامیک‌هایی که از دی‌بورید زیرکونیوم و کاربید سیلیکون تشکیل شده‌اند، با استفاده از تخلیه‌های جرقه الکتریکی با فرکانس بالا (به اصطلاح روش SparcPlasma Sintering) زینتر می‌شوند. در مقایسه با روش پرس ایزواستاتیک گرم، تف جوشی SparcPlasma به شما امکان می دهد ساختار متراکم تری به دست آورید (نگاه کنید به. شکل 7 و 8).

علاوه بر این، برای محفظه احتراق آنها در حال توسعه هستند مواد فرسوده "خود شفابخش".، که در آن جایگزینی ماده در سطح خرد تضمین می شود. اینها به اصطلاح "کاشی های آغشته به لایه پلیمری ثانویه" هستند ( شکاف) (اسلب های چند لایه آغشته به پلیمر بازیافتی) دارای ترکیبی ناهمگن. اصطلاح "ثانویه" به این دلیل استفاده می شود که هر عنصر صفحه حاوی حداقل دو لایه پلیمری است که واکنش گرماگیر ثانویه بین آنها مقدار قابل توجهی گرما را جذب می کند و به جلوگیری از گرم شدن بیش از حد مواد در پشت سپر حرارتی کمک می کند.

برای محافظت از سرامیک های کامپوزیتی مبتنی بر کاربید سیلیکون در برابر واکنش با محصولات احتراق سوخت در محفظه احتراق و بخار آب، پوشش های نانوکامپوزیتی مقاوم در برابر خوردگی.

2. مواد نانوکامپوزیتی ساختاری

آلیاژهای نانوکامپوزیت فلز سرامیک

آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم تقویت شده با نانوذرات سرامیکی به عنوان مواد ساختاری سبک وزن استفاده می شود.
مشکل اصلی در هنگام ریخته‌گری این گونه آلیاژها، توزیع یکنواخت نانوذرات سرامیکی در حجم ریخته‌گری است. به دلیل ترشوندگی ضعیف نانوذرات در مذاب، آگلومره می شوند و با هم مخلوط نمی شوند. دانشگاه ویسکانسین مدیسون (ایالات متحده آمریکا) فناوری اختلاط نانوذرات در مذاب را با استفاده از امواج اولتراسونیک توسعه داده است که میکروحباب هایی را در مذاب ایجاد می کند. هنگامی که چنین حباب‌هایی فرو می‌ریزند، امواج ریزشوک تشکیل می‌شوند. امواج ریز شوک شدید به طور موثر نانوذرات را در سراسر حجم فلز مذاب پراکنده می کند.

مواد نانوکامپوزیت سرامیکی

افزودن نانولوله‌های کربنی و فولرن‌ها (از جمله نانو سبیل‌های کربنی) به ماتریس سرامیکی، خواص مکانیکی سرامیک را بهبود می‌بخشد (افزایش شکل‌پذیری و کاهش شکنندگی).

بر برنج. 9میکروگراف های نانولوله های کربنی در یک ماتریس آلومینا نشان داده شده است. ایجاد یک میکروترک قابل مشاهده است؛ نانولوله های کربنی (CNT) که یک عنصر تقویت کننده هستند، از ایجاد ترک جلوگیری می کنند.

علاوه بر نانولوله های کربنی، مواد معدنی شبه فولرن (نانوکره های چند لایه یا نانولوله های تنگستن، تیتانیوم، نیوبیم و بی سولفیدهای مولیبدن) به عنوان عناصر تقویت کننده در سرامیک های نانوکامپوزیتی استفاده می شوند.

به طور تجربی تایید شده است که مواد معدنی شبیه فولرندر برابر بارهای دینامیکی تا 210 تن بر سانتی متر مربع (در مقایسه با 40 تن در سانتی متر مربع برای فولاد با استحکام بالا) مقاوم است، که آن را به ماده ای بسیار امیدوارکننده برای پرکننده ها در کامپوزیت های پلیمری یا سرامیکی تبدیل می کند که به عنوان زره سبک استفاده می شود.

سرامیک یک ماده بسیار امیدوار کننده برای استفاده در صنایع مختلف است. MAX فازها (فازهای Mn+1AXn)- نیتریدهای سه تایی نانولامینه پلی کریستالی، کاربیدها یا بوریدهای فلزات واسطه.

بسته به ترکیب این مواد، آنها می توانند خواص چند منظوره کاملا منحصر به فرد داشته باشند: بادوام، در عین حال پردازش آسان، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا، هدایت حرارتی بالا و ضریب اصطکاک بسیار پایین. به بیان تصویری، این سرامیک است که می توان آن را با یک اره برقی معمولی برش داد.

مواد MAXphase توسط محقق آمریکایی پروفسور کشف شد. M. Barsoum (دانشگاه Drexel - ایالات متحده آمریکا) در سال 1996

توسط محقق آمریکایی پروفسور کشف شد. M. Barsoum (دانشگاه Drexel - ایالات متحده آمریکا) در سال 1996

زمینه های کاربرد: انرژی (رسانایی الکتریکی بالا، توانایی تحمل بارهای مکانیکی بالا، دمای بالا)، گاز و توربین های بخار(دارای ضریب اصطکاک پایین در دماهای بالا)، هوانوردی و فضانوردی. بر برنج. 10یک میکروگراف از یک ساختار نانوولمینانت ارائه شده است سرامیک MAXphase.

فرآوری مواد کامپوزیت

ظهور مواد کامپوزیتی جدید با خواص بهبود یافته، الزامات جدیدی را بر توسعه فناوری ها و ابزارهای پردازش آنها تحمیل می کند. در خارج از کشور استفاده می شود یک رویکرد پیچیده: تکنسین های پردازش فلز و سرامیک در پروژه های توسعه مواد جدید مشارکت دارند. به ویژه، متخصصانی از آزمایشگاه تحقیقات ارتش و آزمایشگاه نیروی هوایی ایالات متحده در پروژه های ناسا شرکت می کنند.

به عنوان مثال، برای سوراخ کردن صفحات و پانل های ساخته شده از سرامیک کامپوزیت، از ابزارهایی با درج الماس پلی کریستالی و همچنین ابزارهای کاربید جامد با پوشش های چند لایه نانوکامپوزیتی استفاده می شود.

برای اتصال قطعات ساخته شده از سرامیک های با دمای بالا بر پایه زیرکونیوم دیبورید از لحیم های مخصوص استفاده می شود.

به طور خاص، آلیاژهای AgCuTi (علامت تجاری CusilABAو تیکوسیل، و همچنین آلیاژهای مبتنی بر پالادیوم - کبالت و پالادیوم نیکل (علامت تجاری پالکوو پالنی) اتصال قابل اعتماد چنین سرامیک هایی با مواد ساختاری ساخته شده از آلیاژهای مولیبدن نسوز را فراهم می کند.

A.V. فدوتوف
مدیر توسعه
NPF "ElanPraktik"

مواد کامپوزیت - مواد ساخته شده مصنوعی که از دو یا چند جزء تشکیل شده اند که از نظر ترکیب متفاوت هستند و با یک مرز مشخص از هم جدا می شوند و دارای خواص جدیدی هستند که از قبل طراحی شده اند.

اجزای ماده کامپوزیت از نظر هندسی متفاوت است. جزءی که در کل حجم یک ماده کامپوزیت پیوسته باشد نامیده می شود ماتریس. یک جزء ناپیوسته جدا شده در حجم یک ماده مرکب نامیده می شود اتصالات. ماتریس شکل مورد نیاز را به محصول می دهد، بر ایجاد خواص مواد کامپوزیت تأثیر می گذارد و از آرماتور در برابر آسیب های مکانیکی و سایر تأثیرات محیطی محافظت می کند.

پلیمرهای آلی و معدنی، سرامیک، کربن و مواد دیگر را می توان به عنوان ماتریس در مواد کامپوزیتی استفاده کرد. خواص ماتریس تعیین می کند پارامترهای تکنولوژیکیفرآیند به دست آوردن ترکیب و آن: چگالی، استحکام ویژه، دمای عملیاتی، مقاومت در برابر شکست خستگی و قرار گرفتن در معرض محیط های تهاجمی. اجزای تقویت کننده یا تقویت کننده به طور مساوی در ماتریس توزیع می شوند. آنها، به عنوان یک قاعده، بالا هستند، و در این شاخص ها به طور قابل توجهی برتر از ماتریس هستند. به جای عبارت تقویت کننده، می توان از اصطلاح پرکننده استفاده کرد.

طبقه بندی مواد کامپوزیتی

با توجه به هندسه پرکننده، مواد کامپوزیت به سه گروه تقسیم می شوند:

• با پرکننده های صفر بعدی که اندازه های آنها در سه بعدی به یک ترتیب است.
• با پرکننده های یک بعدی که یکی از اندازه های آن به طور قابل توجهی بزرگتر از دو مورد دیگر است.
• با پرکننده های دو بعدی که دو اندازه آن به طور قابل توجهی بزرگتر از سوم است.

با توجه به آرایش پرکننده ها، سه گروه از مواد کامپوزیت متمایز می شوند:

• با آرایش تک محوری (خطی) پرکننده به شکل الیاف، نخ ها، سبیل ها در ماتریس به موازات یکدیگر.
• با آرایش دو محوری (مسطح) پرکننده تقویت کننده، تشک های سبیل، فویل در یک ماتریس در صفحات موازی.
• با آرایش سه محوری (حجمی) پرکننده تقویت کننده و عدم وجود جهت ترجیحی در محل آن.

با توجه به ماهیت اجزاء، مواد کامپوزیت به چهار گروه تقسیم می شوند:

• مواد کامپوزیت حاوی یک جزء فلزی یا آلیاژی؛
• مواد مرکب حاوی یک جزء از ترکیبات معدنیاکسیدها، کاربیدها، نیتریدها و غیره؛
• مواد کامپوزیتی حاوی اجزایی از عناصر غیرفلزی، کربن، بور و غیره؛
• مواد کامپوزیت حاوی ترکیبات آلی، اپوکسی، پلی استر، فنولیک و غیره.

خواص مواد کامپوزیتی نه تنها به خواص فیزیکوشیمیایی اجزا، بلکه به استحکام پیوند بین آنها نیز بستگی دارد. حداکثر مقاومت در صورتی حاصل می شود که تشکیل یا بین ماتریس و آرماتور رخ دهد.

در مواد کامپوزیت با پرکننده صفر بعدیماتریس فلزی بیشترین استفاده را دارد. ترکیبات مبتنی بر فلز توسط ذرات پراکنده به طور یکنواخت با پراکندگی متفاوت تقویت می شوند. این مواد متفاوت است.

در چنین موادی، ماتریس کل بار را جذب می کند و ذرات پرکننده پراکنده از ایجاد تغییر شکل پلاستیک جلوگیری می کند. سخت شدن موثر با محتوای 5 ... 10 درصد ذرات پرکننده به دست می آید. ذرات اکسیدهای نسوز، نیتریدها، بوریدها و کاربیدها به عنوان پرکننده های تقویت کننده عمل می کنند. مواد کامپوزیتی تقویت‌شده با پراکندگی با روش‌های متالورژی پودر یا با وارد کردن ذرات پودر تقویت‌کننده به یک فلز مذاب مایع یا آلیاژ تولید می‌شوند.

مواد کامپوزیتی مبتنی بر اکسید آلومینیوم (Al 2 O 3) تقویت شده با ذرات اکسید آلومینیوم کاربرد صنعتی پیدا کرده اند. آنها با فشار دادن پودر آلومینیوم و سپس تف جوشی (SAP) تولید می شوند. مزایای SAP در دمای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد، زمانی که آلیاژهای آلومینیوم نرم می شوند، ظاهر می شود. آلیاژهای تقویت شده با پراکندگی اثر سخت شدن را تا دمای 0.8 T حفظ می کنند. pl.

آلیاژهای SAP به طور رضایت بخشی تغییر شکل می دهند، به راحتی ماشینکاری می شوند، جوش داده می شوند و غیره. SAP محصولات نیمه تمام را به شکل ورق، پروفیل، لوله و فویل تولید می کند. تیغه های کمپرسورها، فن ها و توربین ها و میله های پیستون از آنها ساخته می شود.

در مواد کامپوزیت با پرکننده های یک بعدیتقویت کننده ها عناصر تک بعدی به شکل سبیل، الیاف و سیم هستند که توسط یک ماتریس به صورت یکپارچه در کنار هم نگه داشته می شوند. مهم است که الیاف قوی به طور مساوی در ماتریس پلاستیکی توزیع شوند. برای تقویت مواد کامپوزیت، الیاف گسسته پیوسته با ابعاد سطح مقطعاز کسری تا صدها میکرومتر.

مواد تقویت شده با تک کریستال های سبیل مانند در اوایل دهه هفتاد برای هواپیما و سازه های فضایی ایجاد شد. روش اصلی برای رشد سبیل، رشد آنها از بخار فوق اشباع (فرایند PC) است. برای تولید کریستال‌های سبیل با استحکام بالا از اکسیدها و سایر ترکیبات، رشد طبق مکانیسم P-J-C انجام می‌شود: رشد مستقیم کریستال‌ها از حالت بخار از طریق فاز مایع میانی رخ می‌دهد.

سبیل ها با کشیدن مایع از داخل قالب ها ایجاد می شوند. استحکام کریستال ها به سطح مقطع و صافی سطح بستگی دارد.

مواد کامپوزیتی از این نوع امیدوار کننده به عنوان... برای افزایش راندمان موتورهای حرارتی، تیغه های توربین گاز از آلیاژهای نیکل تقویت شده با نخ های یاقوت کبود (Al 2 O 3) ساخته می شوند، این امکان افزایش قابل توجه دما در ورودی توربین را فراهم می کند (استحکام کششی کریستال های یاقوت کبود در یک دما). 1680 درجه سانتیگراد بالای 700 مگاپاسکال است).

تقویت نازل های موشک از پودر تنگستن و مولیبدن با کریستال های یاقوت کبود هم به صورت نمد و هم به صورت الیاف منفرد انجام می شود که در نتیجه امکان دو برابر شدن مواد در دمای 1650 درجه سانتی گراد فراهم شد. تقویت پلیمر اشباع کننده لمینت های فایبرگلاس با الیاف نخ مانند استحکام آنها را افزایش می دهد. آرماتورهای فلزی ریخته گری آن را در سازه ها کاهش می دهد. تقویت شیشه با سبیل های غیر جهت دار امیدوار کننده است.

برای تقویت مواد کامپوزیت، از سیم فلزی ساخته شده از فلزات مختلف استفاده می شود: فولاد با ترکیبات مختلف، تنگستن، نیوبیم، بسته به شرایط عملیاتی. مفتول فولادی به مش های بافته شده تبدیل می شود که برای تولید مواد کامپوزیتی با تقویت کننده در دو جهت استفاده می شود.

برای تقویت فلزات سبک از الیاف بور و کاربید سیلیکون استفاده می شود. بخصوص خواص ارزشمنددارای الیاف کربن هستند، از آنها برای تقویت مواد کامپوزیت فلزی، سرامیکی و پلیمری استفاده می شود.

مواد کامپوزیتی یوتکتیک- آلیاژهایی با ترکیب یوتکتیک یا نزدیک به یوتکتیک، که در آن مرحله تقویت، کریستال هایی جهت دار است که در طی فرآیند تبلور جهت دار تشکیل می شوند. بر خلاف مواد مرکب معمولی، یوتکتیک ها در یک عملیات به دست می آیند. یک ساختار جهت دار را می توان روی محصولات آماده به دست آورد. شکل کریستال های حاصل می تواند به صورت الیاف یا صفحات باشد. روش‌های تبلور مستقیم برای تولید مواد کامپوزیتی بر پایه کبالت، نیوبیم و سایر عناصر استفاده می‌شود، بنابراین در محدوده دمایی وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.