کامپوزیت

تعداد بازدید: 4547
چهارشنبه 03 دي 1393

تعریف کامپوزیت

کامپوزیت ها (Composites) در دسته بندی مواد، جز مواد پیشرفته می باشند که کاربرد های آنها در صنایع و زمینه های مختلف روز به روز در حال گسترش است. کامپوزیت، ماده همگنی بوده که از ترکیب دو یا چند جزء، جهت دستیابی به خواص متالورژیکی مطلوب به وجود آمده است. این اجزاء در مقیاس ماکروسکوپی با هم ترکیب شده ولی در یکدیگر قابل حل نیستند. بیشتر کامپوزیت ها از دو جزء ساخته می شوند:

1- زمینه؛

جزء پایه در کامپوزیت ها را زمینه می نامند.

2- تقویت کننده؛

جزء افزودنی به زمینه کامپوزیت ها را تقویت کننده می نامند. تقویت کننده ها عموما محکم تر و صلب تر از زمینه بوده و در حقیقت خواص مطلوب کامپوزیت را در آن ایجاد می کنند. چون ذرات تقویت کننده اغلب به طور مجزا در زمینه قرار می گیرند، زمینه، وظیفه تقسیم نیرو را بین آن ها بر عهده دارد.  

خواص کامپوزیت ها

برخی از مشخصه های بارز کامپوزیت ها که موجب گسترش روزافزون آنها شده است، به شرح زیر می باشد:

  •  استحکام ویژه

این پارامتر استحکام ماده را در ارتباط با وزن آن نشان می دهد. برای مثال، برخی کامپوزیت ها مانند فایبر گلاس دارای مقاومت به ضربه بسیار بالاتری نسبت به فولاد و تیتانیوم، در مقایسه با وزن به کار رفته از هر کدام از آن ها می باشد.

  • قیمت

 برخی از محصولات کامپوزیتی دارای قیمت کمتری از محصولات مشابه فلزی هستند ولی باید خاطر نشان کرد که در برخی از کامپوزیت های پیچیده که کیفیت بسیار خوبی دارند، هزینه ساخت آن ها بسیار گران می باشد.

  •  فرآوری

 در مقایسه با فرآوری فلزات که نیازمند مقادیر بالاتری انرژی گرمایی می باشد، کامپوزیت های زمینه فلزی و پلیمری نیازمند انرژی کمتری برای شکل گیری و یا عمل آوری هستند. برخی از کامپوزیت ها در دمای پایین قابلیت فرآوری داشته و وقتی پخت می شوند دارای خواص ضربه ای بالا و مقاومت حرارتی خوبی می شوند. 

مزایا و معایب کامپوزیت ها

مزایای کامپوزیت ها

  • داشتن نسبت استحکام به وزن و نسبت سفتی به وزن بالا
  • غیر خورنده، غیر مغناطیسی بودن
  • دارای خاصیت جذب انرژی مناسب
  • دارای عمر خستگی بالا
  • توانایی قرار دادن سنسور درون مواد جهت کنترل کارکرد درست یا نادرست کامپوزیت ( کامپوزیت های هوشمند )
  • سهولت در ساخت ساختار های با اشکال پیچیده

معایب کامپوزیت ها

  • قیمت بالای مواد خام و فرآیند ساخت
  • تافنس ( مقاومت در برابر ضربه ) پایین
  • آلایندگی محیط زیست مخصوصا در مورد کامپوزیت های زمینه پلیمری 

کاربرد کامپوزیت ها

کامپوزیت ها به علت داشتن مزایا و خواص مناسب، گستره کاربردی وسیعی بین مواد پیدا کرده اند که برخی از این کاربردها در ذیل آورده شده است:

  • مخازن سوخت و لوله ها
  • صنایع نظامی
  • صنایع خودرویی
  • سازه های دریایی
  • صنعت ساختمان
  • تجهیزات ورزشی
  • پزشکی

کاربرد کامپوزیت ها

 

 

طبقه بندی کامپوزیت ها بر مبنای فاز زمینه

کامپوزیت ها بر مبنای نوع مواد زمینه به سه گروه زیر تقسیم می شوند : 

1- کامپوزیت های زمینه پلیمری

به دلیل قابلیت شکل پذیری آسان، وزن کم و خواص مکانیکی مطلوب، پلیمر به عنوان یک ماده آیده ­ال در زمینه کامپوزیت ها به شمار می رود. رایج ترین زمینه های پلیمری، رزین های اپوکسی و رزین های پلی استر هستند. از این رو رزین هایی که توانایی کار در دمای بالا را دارند به طور گسترده مورد توجه قرار دارند. چنانچه مواد زمینه از جنس پلاستیک باشد، به این کامپوزیت ها، پلاستیک های مقاوم شده نیز گفته می شود. 

2- کامپوزیت های زمینه فلزی

استحکام بالا، چقرمگی شکست و سفتی از جمله خواصی است که موجب گسترش مصارف کامپوزیت های زمینه فلزی در مقایسه با کامپوزیت های زمینه پلیمری شده است. این مواد مقاومت بیشتری در محیط های خورنده و درجه حرارت های بالا نسبت به پلیمرها دارند. بیشتر فلزات و آلیاژها می توانند به عنوان فاز زمینه در کامپوزیت ها استفاده شوند. تیتانیوم، آلومینیوم و منیزیم از جمله فلزات مرسومی هستند که عموما در  کامپوزیت های مصرفی در قطعات هواپیما به عنوان بکار می روند. چنانچه کامپوزیت زمینه فلزی با استحکام بالا مورد نیاز باشد، لازم است که از تقویت کننده هایی با مدول بالا استفاده شود. نقطه ذوب، خواص فیزیکی و شیمیایی کامپوزیت ها در دماهای مختلف، تعیین کننده دمای مناسب برای استفاده از آن ها می باشد.

3- کامپوزیت های زمینه سرامیکی

سرامیک ها به عنوان مواد جامدی که پیوند های یونی بسیار قوی و در برخی موارد پیوند های کوالانسی دارند، شناخته می شوند. نقطه ذوب بالا، مقاومت در برابر خوردگی مناسب، پایداری در دمای بالا و استحکام فشاری خوب، باعث شده است که کامپوزیت های زمینه سرامیکی در ساختار قطعاتی که در دمای بالاتر از 1500 درجه سانتیگراد کار می کنند، مورد استفاده قرار بگیرند.

مدول الاستیسیته بالا و کرنش کششی پایین در اکثر مواد سرامیکی منجر به شکست این قطعات می شود، لذا استفاده از تقویت کننده هایی که استحکام را بهبود ببخشند، لازم بنظر می رسد که بدین منظور تقویت کننده هایی با مدول الاستیسیته بالا توصیه می شود. چنانچه سرامیک زمینه ضریب انبساط حرارتی بالاتری از مواد تقویت کننده داشته باشد، این امر منجر به عدم بالا رفتن استحکام در کامپوزیت تولیدی می گردد. بنابراین در انتخاب مواد تقویت کننده در تولید این نوع کامپوزیت ها، علاوه بر مدول الاستیسیته می بایست به ضریب انبساط حرارتی نیز توجه شود. 

طبقه بندی کامپوزیت ها بر مبنای فاز تقویت کننده

کامپوزیت ها براساس نوع تقویت کننده به پنج گروه تقسیم می شوند:  

طبقه بندی کامپوزیت ها بر مبنلی فاز تقویت کننده

1- کامپوزیت های لایه ای

از لایه های مختلف مواد در کنار یکدیگر ساخته شده است. این لایه ها معمولا فلزی، سرامیکی و یا از پلیمرهای تقویت شده هستند که به صورت متناوب در کنار یکدیگر قرار می گیرند. سازه لایه ای را می توان بدون نیاز به فرآیندهای ساخت پیچیده تهیه و خواص جالبی از آن ها به دست آورد. به عنوان مثال برای ساخت تانک ها از سازه های لایه ای استفاده می شود. 

2- کامپوزیت های ذره ای

در این نوع کامپوزیت، فاز پراکنده شده از ذرات ریز تشکیل می شود. طیف وسیعی از ذرات برای استفاده در کامپوزیت ها کاربرد دارند ولی عمده ذرات مورد استفاده در کامپوزیت ها، ذرات اکسیدی به خصوص Al2O3 و ذرات غیراکسیدی مانند SiC، TiC، C، B و WC است. این ذرات بسیار ارزان تر از رشته ها هستند و سبب افزایش صلبیت یا مدول الاستیک ساختار می شوند. استفاده از آن ها در کامپوزیت های فلزی و پلیمری سبب بالا رفتن استحکام و کاهش چقرمگی می شوند. همچنین ماسه و پودرهای رزینی در دسته تقویت کننده های ذره ای قرار می گیرند. 

3- کامپوزیت های الیافی

فاز تقویت کننده در این مواد رشته ای شکل هستند. این دسته از تقویت کننده ها بسیار گسترده اند و صنعت کامپوزیت های پیشرفته براساس این تقویت کننده های مصنوعی الیافی است. این تقویت کننده ها به دو بخش سیم و یا رشته - لیف تقسیم می شوند؛ چنانچه این الیاف فلزی باشند به آن سیم و چنانچه سرامیکی یا پلیمری باشند به آن رشته - لیف گفته می شود.

کاربرد سیم ها به علت داشتن دانسیته زیاد محدود است. به طور کلی دو نوع سیم در صنعت بیشترین استفاده را دارد که یکی تنگستن و دیگری الیاف کوتاه فولادی اند. تنگستن استحکام و مدول الاستیک بالایی داشته و در حجم بالا در صنایع لامپ سازی مورد استفاده قرار می گیرد. الیاف فولادی بسیار ارزان و استحکام و مدول الاستیک آن در حد متوسط بوده و در لنت های ترمز با توجه به محدود شدن مصرف آزبست، استفاده می شود. 

4- کامپوزیت های ورقه ای

در این کامپوزیت، فاز پراکنده شده در زمینه از ورقه های مسطح ساخته می شود. ورقه های فلزی در زمینه پلیمری می توانند هادی جریان الکتریسیته و حرارت باشند در حالی که ورقه های میکا و شیشه در زمینه پلیمری مقاوم در برابر حرارت و نارسانا می باشند. 

5- کامپوزیت های حجمی

در این نوع از کامپوزیت ها زمینه یک فاز پیوسته است و فاز تقویت کننده به صورت یک ماده ثانویه درون آن قرار دارد. کامپوزیت های سرمتی جزء این دسته محسوب می شوند که دارای ساختار متخلخل و اسفنجی سرامیکی بوده و فلز تقویت کننده درون تخلخل های آن وارد شده است. با این کار همان خصوصیات سرامیک ها با چقرمگی بیشتر به دست می آید.

نمونه ای دیگر از کامپوزیت های حجمی در روتور موتورهای الکتریکی قابل مشاهده است. این روتور می بایست مغناطیس شود؛ جنس روتور از گرافیت بوده که ضریب اصطکاک کمی داشته و حین چرخش جریان را منتقل می کند. هدایت الکتریکی گرافیت خیلی بالا نبوده پس آن را با تخلخل درست می کنند و در آن مقداری مس یا نقره می زنند. 

کامپوزیت حجمی

روش ساخت کامپوزیت ها

برای ساخت انواع کامپوزیت ها و به منظور قراردادن فاز زمینه و فاز تقویت کننده در کنار هم، روش های مختلفی وجود دارد. از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- روش ساخت کامپوزیت های زمینه پلیمری به صورت قالب باز

  1. اتوکلاو
  2. RTM
  3. VARTM
  4. پیچش الیاف
  5. پالتروژن

2- روش ساخت کامپوزیت های زمینه پلیمری به صورت قالب بسته

  1. قالب گیری تزریقی
  2. قالب گیری واکنش – تزریق
  3. قالب گیری چرخشی
  4. قالب گیری ورقه ای
  5. قالب گیری فشاری
  6. ریخته گری

3- روش ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی

  1. روش استفاده از مذاب
  2. روش پودری
  3. روش استفاده از ورق
  4. روش استفاده از زمینه های مولکولی یا اتمی
  5. روش های ترکیبی

4- روش ساخت کامپوزیت های زمینه سرامیکی

  1. روش همزمان
  2. روش غیر همزمان

 

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن 

R.P. Johnson, Composite Structures of Steel and Concrete, Ed3, Blackwell

Composite Material HandBook, Vol 2

www.pslc.ws

www.a-c-m.com

www.ocw.mit.edu

www.ircomas.org

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

کامپوزیت از دید otith.parsiblage.com

در کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، کاربردهای زیر آبی، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشند، مقاومت سایشی و UV خوبی داشته باشند و غیره. از آنجا که نمی توان ماده‌ای یافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چاره‌ای دیگر بود. کلید این مشکل، استفاده از کامپوزیت هاست... ادامه

کامپوزیت از دید wikipedia.org

Composite materials, often shortened to composites or called composition materials, are engineered or naturally occurring materials made from two or more constituent materials with significantly different physical or chemical properties which remain separate and distinct within the finished structure.

A common example of a composite would be disc brake pads, which consist of hard ceramic particles embedded in soft metal matrix. Another example is found in shower stalls and bathtubs which are made of fibreglass. Imitation granite and cultured marble sinks and countertops are also widely used. The most advanced examples perform routinely on spacecraft in demanding environments... more

کامپوزیت از دید engr.sjsu.edu

Composites are combinations of two materials in which one of the materials, called the reinforcing phase, is in the form of fibers, sheets, or particles, and is embedded in the other materials called the matrix phase. The reinforcing material and the matrix material can be metal, ceramic, or polymer. Typically, reinforcing materials are strong with low densities while the matrix is usually a ductile, or tough, material. If the composite is designed and fabricated correctly, it combines the strength of the reinforcement with the toughness of the matrix to achieve a combination of desirable properties not available in any single conventional material. The downside is that such composites are often more expensive than conventional materials. Examples of some current application of composites include the diesel piston, brake-shoes and pads, tires and the Beechcraft aircraft in which 100% of the structural components are composites... more

مواد کامپوزیتی
چندسازه
composite
برچسب ها: مواد پیشرفتهکامپوزیت
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبریز 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبری ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت مشهد 97
نمایشگاه بین المللی صنعت مشهد 97   عنوان: بیستم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و تجهیزات سرمایشی و گرمایشی، کاشی و سرامیک، چینی، شیرآلات بهداشتی و ساختمانی بجنورد 97
نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و تجهیزات سرمایشی و گرمایشی، کاشی و سرامیک، چینی، شیرآ ...بیشتر
دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند ملی، اقتدار ملی
حضور پاکمن و دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند مل ...بیشتر
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری که در ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی شهرکرد 97
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی شهرکرد 97 & ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان کرمان 97   عنوان:&n ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97
بیستمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97   ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر