Kompozit hakkında her şey

Yeni başlayanlar için akla gelen bir kompozitin en basit analogları şekerleme waffle ve ahşap kontrplaktır. İlk durumda, ağ çıkıntılı kekler arasında kremsi bir dolgu bulunur. İkinci seçenek, yapışkan bir bileşim ile emprenye edilmiş dikey olarak düzenlenmiş lif katmanlarıdır.

Kompozit, bir dizi fiziksel, teknolojik ve mekanik özelliklerde farklılık gösteren, farklı ve farklı türdeki malzemelerin katmanlarının bir kombinasyonudur. Ana gereksinimlerden biri, kullanılan katmanların kimyasal özelliklerinde önemli bir benzerlik ile sağlanan nötrlüktür. Elde edilen kompozitin teknolojik ve mekanik özelliklerinin yanı sıra bir dizi fiziksel özelliği, katmanların her birinin benzer başlangıç ​​parametrelerinden ayrı ayrı farklılık gösterir.

Bir kompozit malzemede yalnızca iki tür ara katman vardır: hücreli bir matris ve bir dolgu maddesi. Kompozitin en basit yapı analogu, içinde (ve kısmen dışında) beton dökümü ile doldurulan, beton çözeltisinin döküldüğü tarihten itibaren bir ay içinde sertleşen ve güç kazanan bir çelik çerçeveden oluşan betonarmedir. .

Yapısal yapıya göre, kompozit malzemeler lifli, dispersiyonla sertleştirilmiş, kısmen sertleştirilmiş (bileşim parametrelerinde bir miktar iyileştirme anlamında bahsedilen kısmi sertleşme ile karıştırılmamalıdır) ve nanometrik.

Kompozit malzeme örnekleri.

• Çekme mukavemetini ve aşınmayı artıran sentetik kıllar içeren para ve belgeler için damga kağıdı. Aynı zamanda sahte bir biletin birçok göstergesinden biridir.
• Samanlı kil tuğlalar dahildir. Kerpiç tuğla çatlamaya karşı bir miktar direnç kazanır.
• Metal veya ahşap tozu ile epoksi yapıştırıcı. İkincisi, epoksi reçinesini korumak için bileşime dahil edilir.
• Çok yönlü darbelerde kırılan karbon. Sadece şoklar ve titreşimler, çarpma vektöründe bisikletçinin hareket ettiği yön ile çakıştığında çatlamaz. Bir karbon bisiklet çerçevesini herhangi bir nesneye, örneğin beton bir direğe çarparsanız, karbon fiber parçalara ayrılacaktır.
• Tripleks - arabanın ön ve arka vizörlerinde, selüloit katmanları tarafından bir arada tutulan cam katmanları. Bir kaza durumunda, çok sayıda kama şeklindeki parçanın etrafa saçılması hariç tutulur ve genellikle kazaya karışan sürücünün görme kaybıyla sonuçlanır.

Yani, polis ve askeri araçlar için zırhlı cam üç veya daha fazla kat temperli camdan yapılmıştır - sadece zırh delici mermiler veya mermilerle delinebilir. Zırhlı cam, lamine kompozit malzemelere aittir. Günümüzde mevcut gelişmelerin çeşitliliği, kompozit malzemeyi, her biri inşaat ve onarım hizmetleri pazarında büyük talep gören düzinelerce tür ve çeşide ayırmaktadır.

Yani, özel uygulamalar için tasarlanmış ayna, dolgu, kuvars ve diğer kompozit malzemeler bulunmaktadır. Bu türlerin her birinin özellikleri birbirinden farklıdır. Örneğin, polimer içermeyen nano ve mikro kompozitler yanmaz.Yalnızca en az yüzlerce santigrat dereceye kadar ısıtıldıklarında kömürleşirler, bu da oda koşulları için olağandışı sıcaklıklarda kullanımlarını kolaylaştırır.

Kompozit malzemeler aşağıdaki şemaya göre üretilmektedir. İlk olarak, matris bileşeni takviye edici elyaflara uygulanır, daha sonra takviye edici bileşenin şeritleri ve matrisin kendisi bir sıkıştırma kalıbı kullanılarak oluşturulur. Elde edilen malzeme preslenir, sinterlenir ve liflere ek bir kaplama uygulanır. Ayrıca, oluşturulan ikincil malzeme (bir sonraki aşama) yeniden presleme için gönderilir, matrisin plazma kullanılarak püskürtme şeklinde uygulanması aşamasından geçer. Üçüncü presleme - sıkma - son aşamadır. Böylece sıkıştırma (presleme) en az üç kez gerçekleştirilir.

Doğal kompozit malzemeler hafif, dayanıklı ve son teknolojidir. Esas olarak uçaklar ve füzeler dahil olmak üzere uçaklar için kullanılırlar. Karmaşık olmayan kompozitler, örneğin ağaç halkaları, ağaç kabuğu gibi doğanın kendisi tarafından oluşturulur. İnsanın yarattığı doğal kompozit malzemeler, talaş ilavesiyle kum, çimento-kum blokları ve diğerleri içeren kil tuğlalardır.

Fiberglas, klasik kompozit elyaflardan biri olarak kabul edilmektedir. Her türlü yüzeye yapışan plastik kompozit banttır. Bu matris, fiberglas şeritleri yerinde tutar. Bu şekilde preslenen cam filamentler sayesinde bu malzemenin sağlamlığı sağlanmaktadır. Plastik doğası gereği yumuşak ve esnektir, cam ise sert ve kırılgandır.

Bu özellikleri birleştirerek, plastik ve camın birbirini tamamladığı çok esnek ve aynı zamanda katı bir malzeme elde etmek mümkündür. Kompozit, otomobiller ve motorlu tekneler için karoser imalatında kullanılır. Cam kompozit paslanmaz veya oksitlenmez.

Çok daha sonra ortaya çıkan daha modern yapı malzemeleri, ana madde olarak metal, seramik ve / veya polimer içerir. Bu malzemelerin sınıflandırılması ayrıca talaş veya toz gibi metalik olmayan katkı maddelerini de hesaba katar. Plastik takviyeli ahşap kompozit veya kompozit levha (ve aynı malzemelerden yapılmış levha malzeme), mobilya imalatında ve veranda veya güverte döşemelerinde kullanılır.

Yumuşak bir duruma eritilmiş bir polimer ile ezilmiş ve karıştırılmış ahşap, üzerinde yürüyebileceğiniz ve hatta mobilyaları hareket ettirebileceğiniz sertleştirilmiş bir güverte kaplaması olarak kullanılır: ahşap plastik tahta veya levha, sağlam bir malzeme olduğu için kırılmaz veya çatlamaz.

MDF - kutu veya katı profilSentetik reçine veya plastik kullanmayan, ancak yalnızca doğal kaynaklı reçineler kullanan. Talaş ve toz halinde ezilen ahşap bu madde ile emprenye edilir ve daha sonra fırında sinterleme ve presleme aşamalarından geçer. MDF'den yapılan yaygın ürünler, yüksek kaliteli kapılar ve laminattır. Reçinenin sinterlenmesi ve sertleşmesi sırasında polimerleşirler - ahşap tozunun çözüldüğü (ve talaşların dağıtıldığı) doğal bir polimer oluşur.

En basit örnek, karbon fiber ile güçlendirilmiş bir alüminyum veya magnezyum alaşımıdır. Ancak alüminyum, silisyum karbür ile desteklenebilir ve bakır-nikel bileşimi, bir karbon fiber alt türü olan grafen ile desteklenebilir.Metal matrisli kompozit malzemeler güçlüdür, çoğu sorunu çözmek için kabul edilebilir bir sertliğe sahiptir, aşınmaya dirençlidir, oksidasyona karşı dirençlidir ve tüm metal ürünlere kıyasla göreceli hafifliğe sahiptir.

Pahalıdırlar ve işlenmesi zordur. Örneğin, dizel içten yanmalı motorlar için piston elemanları modern kompozitlerden yapılmıştır. Cephe için kompozit kaplama, tabakalar arasına plastik dökülen alüminyum sacdan yapılmıştır. Boyama, böyle bir finişe farklı bir renk kazandırmaya yardımcı olur.

Seramik kompozitte metal yerine ana malzeme tahmin edebileceğiniz gibi seramiktir. Örneğin, bu element olarak silikat kapanımlarına dayalı bor içeren cam kullanılır. İkincil bir matris bileşeni olarak hizmet eder ve rolünde silikon karbürün kullanıldığı karbon fiber veya seramik kapanımlarla güçlendirilmiştir. Seramik kompozit, örneğin, katı seramiklerin kırılganlığı ile başa çıkmaya izin vererek, bükülme çatlaması olgusunun üstesinden gelmek için karakteristik bir takviye oluşturur.

Karbon-karbür kompozit, kompozit malzemeler için piyasada en çok talep edilen ürünlerden biridir.Bu, mukavemet özellikleri ve böyle bir maddeden yapılan iş parçalarının güvenilirliğinin bir göstergesi açısından karbon fiber ve kompozitin önünde bir kompozisyon elde etmeyi mümkün kılar. Böyle bir kompozit, örneğin bir otomotiv fren ve debriyaj sistemi için parçaların üretiminde kullanılır.

Bugün, onlardan yapılmış on binlerce çeşit ürünün bulunduğu pazara girmiş olanların yerini alacak daha modern malzemelerin gelişimi durmuyor. Yani, nanoteknolojideki takviye liflerinin boyutları, daha uzun olan öncekilerden 1000 kat daha küçüktür. Geleceğin malzemelerinden biri, örneğin hokey sopalarının yapıldığı karbon nanotüplerdir. Bu örnekte, nanokarbon fiber bir nikel-kobalt kompozit malzeme ile kaplanmıştır. Bu sopa, çelik alaşımdan yapılmış benzer bir üründen neredeyse üç kat daha güçlü ve çatlama olmadan beşte biri daha bükülmez.

Dispersiyonla sertleştirilmiş kompozit malzemeler, ana liflerin uzunluğunun 100 nm değerine getirildiği nanomalzemeler olarak sınıflandırılır. Ancak son yıllarda, on nanopartikülün uzunluğu 10 nm'ye küçüldü - örneğin, bir mikroişlemcinin kristalini oluşturan yarı iletkenler ve iletkenlerde, mikrodenetleyicide veya elektronik bir bellek oluşturan mikro devrelerde benzer bir yaklaşım kullanılır. Kompozit kirişlere ve panellere kesinlikle belirtilen standartlar uygulanır: örneğin, sertlik (Young modülü) en az 130 gigapaskal olmalı, malzemeler yorulma aşınmasına direnmeli ve boyutsal olarak kararlı olmalıdır. Amaç, tüm bu sorunları aynı anda çözmektir. Dezavantajlar - bu malzemelerin geliştirilmesi, uygulanması ve pratik uygulamasında artan bilgi yoğun yük nedeniyle yüksek maliyet.

CM üretimi için Rusya pazarı, küresel düzeydeki ihracat arzının sadece %3'ünü oluşturmaktadır. Bunun nedeni, kompozit yapı malzemelerinin üretimini basitleştiren tek tip düzenleyici belgelerin olmaması ve yakın zamana kadar üretim için hammaddelerin %90'ının ithal edilmesidir.

Yani, Rusya'da karbon fiber takviyeli plastik üretimi yeni gelişmeye başlarken, örneğin Çin önde gelen kompozit üreticilerinden biridir. Rus bilim adamlarının da katıldığı yeni materyaller, esas olarak nanopartiküllerin kullanımına dayanmaktadır.

Kompozit malzemeler, uçak yapımında belirli motor bileşenlerinin ve uçak taşıyıcı yapılarının üretimi için kullanılmaktadır. Uzay endüstrileri bunları, yörüngeye girerken güçlü ısınma yaşayan roketler ve uydular için taşıyıcı ve kaplama yapılarının üretimi için kullanır. Otomotiv endüstrisi, kaporta ve tamponlar için kompozit malzemeler kullanır. Madencilik endüstrisi, matkaplar için malzeme olarak CM kullanıyor. İnşaat mühendisliği, köprüler ve diğer yüksek yapılar için elemanların inşası için CM'yi kullanır.

Makine mühendisliğinin farklı dallarında temel ön koşul, otomobillerin ve özel ekipmanların, her türlü aracın ölü ağırlığının hafifletilmesidir: bileşenlerin %70'e kadarı metalik olmayan malzemedir. Kendiliğinden yayılan bir zemin (dökülen zeminler) ve ayrıca dökülen merdivenler, hava ile reaksiyona girmeden önce yarı sıvı, muhtemelen şuruplu bir maddenin bulunduğu bir kompozit kullanımını içerir. Bu kompozit, temel dolgu maddesinin çözüldüğü epoksi yapıştırıcı kullanılarak beton alt zemine kolaylıkla uygulanabilir.

CM kullanmanın fizibilitesinin hesaplanması, en önemli parametreye dayanmaktadır - uygun teknolojilerin kullanımının etkinliği. Daha karmaşık bir kompozitin üretiminde metalik ve metalik olmayan matrisler farklı bir sırayla birleştirilebilir. Örnek olarak, bir koşu bandında birkaç kat takviye elyafı kullanılan bir bisiklet lastiği: koruma hatlarının sayısını artırmayı mümkün kılan naylon, kevlar, ince çelik tel ve bileşik. Bu teknolojiler sayesinde, bisikletçiler yolun kenarında asfalt, toprak yollar ve kayalık yollar olmadan hareket eden dikenleri ve cam, tel parçalarını "tutmazlar".

Böyle bir lastik bir değil, yirmi bin kilometreden daha az olmayacak, o kadar çok aşınır ki, patlakları yine de sık sık meydana gelir. Bu fiyat etiketinin 10 kat veya daha fazla artabileceği böyle bir lastiğin maliyetinin hesaplanması, benzer lastikleri 10 kata kadar değiştirmeden fiyatta küçük bir genel indirimden yararlanmanıza izin verir (bu faktör harcanan zaman olarak kabul edilir). onarım manipülasyonlarında) - aynı lastiklerde aynı 20.000 km'yi geçerken.

Bu durumda, bisiklet lastikleri, bir değil, birkaç geliştirme katmanının (matris) kullanıldığı bir tür çoklu kompozittir. Belirli bir kompozit malzeme türünün üretiminin hesaplanması, kullanıldığı forma dayanmaktadır. Takviye edici inklüzyonlar iplik, bant, ince kumaş, lifli veya halat bileşeni olarak kullanılır. Belirli bir kompozit tipinin amacına bağlı olarak, malzemedeki sertleştirici miktarı hacimce ve ağırlıkça %30-80'dir.