فرم دهی و شکل دهی کامپوزیت‌های سرامیکی

اطلاعات کلی

• کامپوزیت‌های با زمینه یا ماتریس، سرامیکی (به شکل مخفف CMC یا (Composites Ceramic Matrix))

سرامیک‌ها عمدتا دارای پیوند‌های یونی قوی می‌باشند که آن‌ها را در کنار هم نگه می‌دارند. البته که بعضی موارد پیوند سرامیک‌ها از نوع پیوند کوالانسی نیز می‌باشد. خصوصیات مهمی که سرامیک‌ها دارند عبارتند از:

• از نظر حرارتی، سرایک‌ها دارای نقطه ذوب بالایی هستند.

• برای جاهایی که نیاز به موادی مناسب در مقابل خودرگی هستند، مناسب می‌باشند.

• دارای مقاومت و پایداری زیاد در دماهای بسیار بالا می‌باشند.

• در مقابل فشار استحکام خوبی دارند.

ویژگی‌های ذکر شده باعث شده است که کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی در ساختار قطعاتی که در دمای بالاتر از 1500 درجه سانتیگراد کار می‌کنند، مورد استفاده قرار بگیرند.

مواد سرامیکی، دارای مدول الاستیسیته خوب و کرنش ضعیفی هستند. پس اگر بخواهیم از این مواد برای جاهایی که شکست دیر اتفاق بیافتد استفاده شود، باید از تقویت‌کننده‌هایی برای بالا بردن استحکام آن‌ها استفاده کنیم. اگر تقویت‌کننده ما دارای مدول الاستیسیته مناسب باشد، بدین شکل، مدول الاستیسیته کامپوزیت بالا رفته و در نتیجه خواص مکانیکی قطعه یا محصول تولیدی بهبود می‌یابد.

یکی از پارامترهای مهم در انتخاب تقویت‌کننده‌های مورد استفاده در سرامیک‌ها، ضریب انبساط حرارتی می‌باشد. اگر ما، به اشتباه یک تقویت‌کننده‌ای را انتخاب کنیم که دارای ضریب انبساط حرارتی کمتری نسبت به سرامیک مورد استفاده داشته باشد، استحکام قطعه یا محصول تولید بهبود نخواهد یافت و بالا نخواهد رفت.

جهت کسب اطلاعات بیشتربه سایت Taksaan.ir مراجعه نمایید.

نقطه ضعف كامپوزیت‌های زمینه سرامیكی (CMC)

چقرمگی شكست (Fracture Toughness)، نقطه ضعف بزرگ مواد سرامیکی در مقابل فلزات می‌باشند. چقرمگی شكست کم، منجر به ترک و در نتیجه شکست زودتر محصول یا قطعه تولیدی می‌شود. این مهم باعث بوجود آمدن کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی می‌شود. تا در کنار خصوصیاتی چون سختی، استحکام و… بتوان چقرمگی آن را با استفاده از انواع تقویت‌کننده‌ها افزایش داد.

اگر ما نسبت مدول الاستیسیته بالایی داشته باشیم، انتقال بار روی تقویت‌کننده را خواهیم داشت و در نتیجه خواص مکانیکی بالایی را داریم. مدول الاستیسیته در فلزات و پلیمرها معمولا مابین 10-100 می‌باشند، در حالیکه در سرامیک‌ها و زمینه مورد استفاده کمتر یا مساوی 1 می‌باشند.

ماتریس یا زمینه‌های مورد استفاده در سرامیک‌ها

كامپوزیت‌های زمینه سرامیكی تنها كامپوزیت‌هایی هستند كه بالای c ◦ 900 استحكام باقی مانده دارند. زمینه‌های مرسوم مورد استفاده در تهیه كامپوزیت‌های زمینه سرامیكی عبارتند از انواع گوناگون شیشه، شیشه سرامیك‌ها و سرامیك‌هایی همچون كربن، كاربید سیلیسیم، نیترید سیلیسیم، آلومینات‌ها و اكسیدها. تقویت كننده‌های مورد استفاده عبارتند از كاربیدها، بوریدها، نیتریدها، اكسیدها و كربن.

ماتریس یا زمینه‌های مورد استفاده در ساخت كامپوزیت‌های زمینه سرامیكی (CMC) عبارتند از:

• انواع شیشه‌ها

• شیشه سرامیک‌ها

سرامیك‌هایی مثل:

• كربن

• كاربید سیلیسیم

• نیترید سیلیسیم

• آلومینات و اكسیدها

تقویت كننده‌های مورد استفاده عبارتند از:

• كاربیدها

• بوریدها

• نیتریدها

• اكسیدها

• كربن

عمده‌ترین كامپوزیت‌های زمینه سرامیكی

• كامپوزیت‌های Si3N4 – كربن

• كامپوزیت‌های Sic – Sic

• كامپوزیت‌های Sic – كربن

• كامپوزیت‌های كربن – كربن

• كامپوزیت‌های آلومینا – Sic

• كامپوزیت‌های Si3N4 – Sic

نام گذاری كامپوزیت‌های زمینه سرامیكی (CMC)

نام یا نام گذاری كامپوزیت های زمینه سرامیكی (CMC) معمولاً توسط فایبر / ماتریس مورد استفاده مشخص می شود. به عنوان مثال ، C / SiC شامل فایبر یا الیاف کربن در ماتریس کاربید سیلیکون است. البته نام گذاری ممکن است براساس فرایند تولیدی نیز باشد. مثل LPI-C/SiC که LPI مخفف liquid polymer infiltration می باشد.

كاربرد كامپوزیت‌های سرامیكی

اگر بخواهیم یک دسته‌بندی کلی برای کاربرد كامپوزیت‌های زمینه سرامیكی (CMC)، داشته باشیم، این کامپوزیت‌ها را می‌توان به دو دسته کلی هوافضا و غیرهوافضایی (پزشکی، صنعتی و…) تقسیم‌بندی کرد.

با توجه به این نوع تقسیم‌بندی، اگر بخواهیم دلیل استفاده در هر دسته را بیان کنیم، مسلما، در صنعت هوافضا ما دنبال استحکام بالا، در کنار تحمل دمای بالا هستیم و در صنایع غیر هوافضا بیشتر بحث قیمت و در کنار آن افزایش قابلیت‌های کامپوزیت مورد استفاده، نسبت به مواد رایج مورد استفاده می‌باشد.

به عنوان مثال کامپوزیت کربن – کربن با پوشش Sic را برای شاتل‌های فضایی استفاده می‌کنند. چرا که دمای بالای حرارتی را تحمل کرده و به عنوان محافظ حرارتی می‌باشند.

مثال برای كامپوزیت‌های زمینه سرامیكی (CMC)، غیرهوافضایی، شامل انواع ابزارهای برشی مورد استفاده در ماشین کاری‌ها، ساخت قالب‌ها، پروتزها، ترمزها و … را می‌توان نام برد.

منابع:

https://takhasosameine.ir