در این نوشته از مهندس یار جزوه بسیار عالی از یکی از درس های مهم رشته مهندسی مکانیک را جهت دانلود رایگان قرار داده ایم. این جزوه مربوط به درس کامپوزیت یا مکانیک مواد مرکب می شود. درس کامپوزیت زیر مجموعه گرایش جامدات از رشته مهندسی مکانیک به شمار می رود و در آن به بررسی خواص این گونه مواد پرداخته می شود. با توجه به اهمیت بسیار زیاد این درس در مهندسی مکانیک، تصمیم گرفتیم این نوشته را به جزوه درس کامپوزیت اختصاص دهیم.
چرا در صنعت به مواد کامپوزیت نیاز داریم؟
فرض کنید که قصد داریم از قطعه ای در یک خودرو استفاده کنیم که علاوه بر داشتن استحکام بالا در یک راستای خاص، وزن کمی هم داشته باشد. در این حالت نمی توانیم از فولاد یا سایر فلزات استفاده کنیم چون چگالی بالای آن ها وزن قطعه را بسیار بالا می برد. همچنین در صورت استفاده از موادی مانند پلاستیک با پلیمر های عادی که سبک تر هستند، استحکام قطعه مورد نظر ما پایین می آید.
بنابراین تنها راه موجود این است که از یک ماده مرکب یا کامپوزیت استفاده کنیم. در مواد مرکب، می توان استحکام ماده در یک راستای معین افزایش داد بدون آن که وزن قطعه افزایش چندانی داشته باشد.
همچنین بخوانید: کامل ترین آموزش solidworks به زبان فارسی
کامپوزیت چیست؟
کامپوزیت ماده ای است که از دو یا چند سازنده تشکیل شده است و خواص برتری نسبت به مواد سازنده اش دارد. یک کامپوزیت معمولاً یک فاز پیوسته دارد که آن را ماتریس یا زمینه می نامند و فاز دیگری که در آن توزیع شده است و به آن فاز دوم یا تقویت کننده گفته می شود. تقویت کننده این مفهوم را می دهد که فقط بحث مکانیکی را بهبود می دهد اما کامپوزیت همواره باعث بهبود خواص مکانیکی نمی شود. بلکه این امکان را دارد که باعث بهبود استحکام، سبکی و… شود و بهتر است از عبارت فاز دوم استفاده شود. کامپوزیتی که بیش از یک فاز تقویت کننده دارد را کامپوزیت هیبریدی می گویند.
مثال هایی از مواد کامپوزیت
اگر این تعریف را درنظر بگیریم در این صورت تمام مواد اطراف ما، همگی کامپوزیت هستند. مثل چوب که یک کامپوزیت است چرا که داخل چوب یک الیافی است که نرمتر است و در چوب توزیع شده است. ترکیب استخوان ـ ماهیچه در بدن انسان نیز یک کامپوزیت است. در گوشت یکسری الیاف به نام کالژن دارند و الیاف در جهتی تنظیم شده اند که نیرو را تحمل می کنند.
همچنین تخته سه لایه خودش یک کامپوزیت است. لایه های چوب را روی هم قرار می دهند به صورتی که این لایه ها تاب برندارند و خواص بهتری نسبت به لایه های آن ها به تنهایی از خود داشته باشند.
بتن نیز یک کامپوزیت است. شن و ماسه داخل سیمان توزیع شده است که شن و ماسه فاز دوم هستند که باعث استحکام می شوند و سیمان که ماتریس یا همان زمینه است.
کاه گل یک کامپوزیت است که ذرات کاه فاز دوم است و خاصیت برترش این است که ترک نمی خورد، مقاومت در برابر ترک دارد و ذرات کاه جلوی رشد ترک را میگیرد.
وظایف ماتریس
1 – نیرو را بین الیاف های فاز دوم توزیع می کند به عبارتی بهتر ماتریس باعث انتقال نیرو می شود.
2 – جلوی رشد ترک ها را می گیرد.
3 – الیاف را در جای خود نگه می دارد و الیاف را از خسارت های سطحی محفوظ می دارد. زیرا نیروهای مکانیکی ممکن است باعث ایجاد ترک شود و وارد کامپوزیت شود.
چه انتظاراتی از ماتریس داریم؟
انتظار داریم که استحکام برشی خوبی را داشته باشد، چقرمگی داشته باشد. در مقابل عوامل محیطی مانند رطوبت مقاومت داشته باشد. خواص حرارتی خوبی داشته باشد و قیمت مناسب هم داشته باشد.
فایبر گلاس:
به کامپوزیت ایجاد شده از الیاف شیشه و پلیمر فایبر گلاس می گویند. فایبر گلاس الیاف شیشه است که در داخل پلیمر توزیع شده است. که در این صورت الیاف شیشه در پلیمر تشکیل یک کامپوزیت داده است. الیاف شیشه داخل پلیمر توزیع شده است و یک کامپوزیت به وجود آورده است. در شکل زیر الیاف کربن در ماتریس نقره ـ مس را مشاهده می کنیم. یکی از مواردی که در کامپوزیت ها حائز اهمیت است interface و یا فصل مشترک است. به عبارتی بایستی پیوند خوبی بین اجزای کامپوزیت برقرار باشد.
قوی ترین ماده ای که بشر شناخته است الیاف کربن است (سختی الیاف کربن 9 برابر فولاد است.
تقسیم بندی کامپوزیت ها:
برای تقسیم بندی مواد مرکب یا کامپوزیت ها به چند روش می توانیم عمل کنیم. روش اول طبقه بندی کامپوزیت ها بر اساس طبیعت آن ها است.
1- طبیعی: چوب، ماهیچه، استخوان و … – به صورت طبیعی هستند.
2- مصنوعی: بتن مسلح، فایبرگالس و … – ساخت دست بشر هستند.
روش بعدی بر اساس جنس زمینه می باشد:
اگر زمینه پلیمر باشد در این صورت به آن کامپوزیت، کامپوزیت زمینه پلیمری می گویند – PMC – مثل: فایبرگلاس.
اگر زمینه فلز باشد در این صورت به آن کامپوزیت، کامپوزیت زمینه فلزی می گویند – MMC – مثل : Sic-Al.
اگر زمینه سرامیک باشد در این صورت به آن کامپوزیت، کامپوزیت زمینه سرامیکی می گویند – CMC – مثل: کربن ـ کربن.
اگر زمینه شیشه ای باشد به آن کامپوزیت شیشه ای گفته می شود – GMC.
اگر زمینه Intermetallic باشد در این صورت به این کامپوزیت ها IMC می گویند که اکثر کامپوزیت های IMC – درجا هستند.
عناوین جزوه درس کامپوزیت
تعریف کامپوزیت
وظایف ماتریس
تقسیم بندی کامپوزیت ها
انواع کامپوزیت ها
ماده زمینه
تقویت کننده
الیاف پیوسته
گرافیت
شیشه
کوارتز
کولار
سیلیکون کاربید
الیاف اکسیدی
الیاف گرافیت
راه های تولید الیاف کربن
نانو لوله های کربن
الیاف فلزی
کامپوزیت های زمینه پلیمری
تقسیم بندی پلیمر ها
ترمو پلاستیک ها
ترموست ها
الاستومر ها
کامپوزیت های زمینه پلیمری
روش ساخت کامپوزیت های زمینه پلیمری
کاربردهای کامپوزیت های زمینه پلیمری
کامپوزیت های زمینه فلزی
روش های تولید کامپوزیت های زمینه فلزی
اولتراسونیک
مغناطیسی
Compo-casting
روش درجا
روش اسپری
روش های درجا
متالورژی پودر
مخلوط سازی
خواص مکانیکی کامپوزیت ها
کامپوزیت های زمینه سرامیکی
هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.