چکیده
مواد مرکب به خاطر داشتن وزن سبک ، همچنین حجمی مساوی با حجم آلیاژهای دیگر و خواص مکانیکی منحصر به فردی که ارائه می کنند در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از این مواد بیشتر در سازه های فضای و صنایع هوایی استفاده می شود. مواد مرکب از دو جزء اصلی تشکیل شده اند: 1- فلز پایه 2- عامل تقویت کننده
بصورت کلی از فلزات با وزن کم به عنوان فلز پایه و همچنین از مواد سرامیکی به عنوان تقویت کننده استفاده می شود از مهمترین و معروفترین مواد مرکب می توان به ماده مرکب با زمینه آلومینیومی و تقویت کننده ذره ای کاربیدسیلیکون اشاره کرد آلومینیوم و کاربیدسیلیکون به علت نزدیک بودن دانسیت هایشان به یکدیگر می توانند خصوصیات عالی مکانیکی را در وزن کم بوجود بیاورند در این تحقیق نحوه ساخت این ماده مرکب از روش ریخته گری در قالب فلزی مورد بررسی قرار می گیرد و تأثیر دو فاکتور مختلف ، یک درصد وزنی تقویت کننده و دیگری سرعت هم زدن مخلوط مذاب بر روی خواص مکانیکی از جمله سختی و استحکام مورد بحث و بررسی قرار می گیرد نتایج حاصل شده به ما نشان می دهد که با اضافه کردن مواد سرامیکی به فلز پایه تغییرات ای در رفتار مکانیکی فلز پایه ایجاد می شود که در این پایان نامه به تفصیل به بررسی این رفتار می پردازیم
فصل اول:
مقدمه
استفاده از مواد کامپوزیت طبیعی، بخشی از تکنولوژی بشر از زمانی که اولین بناهای باستانی، کاه را برای تقویت کردن آجرهای گلی به کار بردند بوده است. مغولهای قرن دوازدهم، سلاح های پیشرفته ای را نسبت به زمان خودشان با تیر و کمان هایی که کوچکتر و قوی تر از دیگر وسایل مشابه بودند ساختند. این کمانها سازه های کامپوزینی ای بودند که به وسیله ترکیب زردپی احشام (تاندون)، شاخ، خیزران (بامبو) و ابریشم ساخته شده بودند که با کلوفون طبیعی[1] پیچیده می شد.این طراحان سلاح های قرن دوازدهم، دقیقاً اصول طراحی کامپوزیت را می فهمیدند. اخیراً بعضی از این قطعات موزه ای 700 ساله کشیده و آزمون شدند. آنها از نظر قدرت حدود %80 کمانهای کامپوزیتی مدرن بودند. در اواخر دهه 1800، سازندگان کانو قایق های باریک و بدون بادبان و سکان، تجربه می کردند که با چسباندن لایه های کاغذ محکم کرافت[2] با نوعی لاک به نام شلاک[3]، لایه گذاری کاغذی را تشکیل می دهند. در حالی که ایده کلی موفق بود، ولی مواد به خوبی کار نمی کردند. چون مواد در دسترس، ترقی نکرد، این ایده محو شد. در سالهای بین 1870 تا 1890 انقلابی در شیمی به وقوع پیوست. اولین رزین های مصنوعی (ساخت بشر) توسعه یافت به طوری که
می توانست به وسیله پلیمریزاسیون از حالت مایع به جامد تبدیل شود. این رزین های پلیمری از حالت مایع به حالت جامد توسط پیوند متقاطع مولکولی تبدیل می شوند. رزین های مصنوعی اولیه شامل، سلولوئید، ملامین و باکلیت[4] بودند.در اوایل دهه 1930 دو شرکت شیمیایی که روی توسعه رزین های پلیمری فعالیت می کردند، عبارت بودند از '' American Cyanamid '' و '' Dupont '' .
در مسیر آزمایشاتشان هر دو شرکت به طور مستقل و در یک زمان به فرمول ساخت رزین پلی استر دست یافتند. هم زمان، شرکت شیشه '' Owens – lllinois '' شروع به ساخت الیاف شیشه به همان صورت بنیادی بافت پارچه های نساجی نمود. در طی سال های 1943 و 1936 محققی به نام '' Ray Green '' در اوهایو این دو محصول جدید را ترکیب کرد و شروع به قالب گیری قایق های کوچک نمود. این زمان را شروع کامپوزیت های مدرن می شناسند. در حین جنگ جهانی دوم، توسعه رادار به محفظه های غیر فلزی نیاز پیدا کرد و ارتش آمریکا با تعداد زیادی پروژه های تحقیقاتی، تکنولوژی نوپای کامپوزیت ها را توسعه بخشید. فوراً، به دنبال جنگ جهانی دوم، کامپوزیت به عنوان یک ماده مهندسی اصلی پدیدار شد. صنعت کامپوزیت در اواخر دهه 1940 با علاقه شدید به آن شروع شد و به سرعت در دهه 1950 توسعه یافت. بیشتر روش های امروزی قالبگیری و فرایند انجام کار روی کامپوزیت ها در سال 1955 گسترش یافت. قالبگیری باز (لایه گذاری دستی)، قالبگیری فشاری، استفاده از پاشش الیاف سوزنی، قالبگیری به روش انتقال رزین، روش فیلامنت وایندینگ، استفاده از کیسه خلاء و روش پاشش در خلاء همگی بین سالهای 1946 و 1955 توسعه یافتند و در تولید استفاده شدند. محصولات ساخته شده از کامپوزیت ها در طی این دوره شامل این موارد بودند: قایق ها، بدنه
اتومبیل ها، قطعات کامیون ها، قطعات هواپیماها، مخازن ذخیره زیر زمینی،
ساختمان ها و بسیاری دیگر از محصولات مشابه.
امروزه صنعت کامپوزیت به رشد خود ادامه می دهد چرا که به دنبال افزایش قدرت، سبکی، دوام و زیبایی محصولات می باشیم.
فصل دوم:
مروری بر منابع
کامپوزیت ها[5] مخلوط یا ترکیبی از چند ماده ( حداقل دو ماده ) یا جزء اصلی هستند . اجزای تشکیل دهنده هر کامپوزیت از لحاظ شکل ، ترکیب شیمیایی و خواص با یکدیگر متفاوتند . کامپوزیت ها در اصل به منظور دستیابی به ترکیبی از خواص ، که درهریک از مواد یا اجزای تشکیل دهنده آنها به تنهایی وجود ندارد تولید می شوند بدین ترتیب می توان موادی با خواص جدید وبهتر با توجه به کاربردهای صنعتی مورد نظر تولید کرد .
مواد کامپوزیتی معمولاً شامل یک ماده خالص یا ترکیبی از حداقل دو ماده به عنوان ماده زمینه[6] و یک یا چند ماده دیگر موسوم به ماده تقویت کننده[7]هستند. کامپوزیت ها از لحاظ شکل ماده تقویت کننده به سه گروه تقسیم بندی می شوند ذره‌ای[8]، الیافی یا رشته ای ( پیوسته یا ناپیوسته[9] ) و لایه ای[10]. شکل(2-1) نمونه هایی از سه نوع ساختار کامپوزیتی را نشان می دهد. سالهاست که تحقیقاتی برای دستیبای به مواد جدیدتر با خواص مکانیکی بهتر انجام گرفته و هنوز هم همگام با پیشرفت های سریع صنعتی دنبال می شود هدف این تحقیق غالباً تولید موادی با نسبت مناسب از استحکام کششی به چگالی ، استحکام حرارتی بالا و خواص ویژه سطح خارجی (مانند مقاومت سایشی بالا ) است
(شکل در فایل اصلی موجود است)
شکل 2-1- فرم های مختلف ساختارهای کامپوزیت دو فاز ی( الف ) ذره ای کروی شکل ،( ب ) الیافی به صورت میله هایی در جهتz (ج) لایه ای به صورت صفحاتی در جهت yz، (د) پوشش سطحی .
1-2- کامپوزیت های دارای ذرات ریز[11]
این نوع کامپوزیت ها شامل ذراتی از عنصر یا ترکیبی غیر از عنصر یا ترکیب فاز
زمینه اند. ذرات فاز تقویت کننده می تواند به صورت نامنظم و غیریکنواخت در مرزدانه ها ، یا تقریباً یکنواخت در تمامی زمینه و یا جهت دار پراکنده و توزیع شود بدین صورت توزیع ذرات ماده تقویت کننده در ماده زمینه می تواند به گونه ای باشد که خواص ایجاد شده به صورت همسانگرد و یا ناهمسانگرد باشد. حالت توزیع
غیر یکنواخت و جهت دار ماده تقویت کننده در کامپوزیت ها ، اهمیت صنعتی ویژه ای دارد. برای مثال توزیع ذرات فاز (Ni3 AL) در سوپر آلیاژهای پایه نیکل در جهات <100>. برای شکل گیری ذرات رسوب در جهات خاص امکانات مختلف زیر وجود دارد :
انجماد یوتکتیکی جهت دار ( در سوپر آلیاژهای دمای بالا)
جدایش به کمک ایجاد میدان مغناطیسی (مورد استفاده برای مغناطیس های دائمی)
اتصال فازهایی که قبلاً به طورمصنوعی جهت دار شده است ( مواد تقویت شده با الیاف ) رشد طبیعی فازهای مخلوط ( مانند چوب ).
خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت به مقدار درصد ذرات فاز دوم ، اندازه و شکل ذرات و نحوه توزیع آنها در فاز زمینه بستگی دارد اگر ذرات پراکنده شده در فاز زمینه به صورت ریز و تقریباً یکنواخت توزیع شده و با فاز زمینه تطابق ساختاری نداشته باشد، مانع حرکت نابجایی ها شده و موجب افزایش استحکام فاز زمینه می شود. کامپوزیت هایی که در دمای معمولی محیط استحکام آنها با پراکنده سازی ذرات فاز دوم افزایش یافته است می تواند از آلیاژهای پیرسختی شده، که شامل رسوب هایی با تطابق ساختاری با فاز زمینه است، ضعیفتر باشد. در هر صورت تا زمانی که در این نوع کامپوزیت ها فعل و انفعالاتی مانند
پیر سازی بیش از حد، بازپخت بیش از حد[12]، رشد دانه ها، رشد فاز دوم پراکنده شده در فاز زمینه که منجر به نرم شدن می شود انجام نگرفته است ، استحکام آنها بالاست. اما زمانی که یکی از پدیده های اشاره شده انجام گیرد ، استحکام کامپوزیت به تدریج کاهش می یابد . بنابراین در این آلیاژ با افزایش دما استحکام کاهش می یابد شکل (1-2) علاوه بر ان مقاومت خزشی می تواند برتر از مقاومت خزشی فلزات و آلیاژها باشد .
(شکل در فایل اصلی موجود است)
شکل 2-2- مقایسه بین استحکام تسلیم کامپوزیت پودر آلومینیوم زینتر شده با ذرات پراکنده شده و دو آلیاژ آلومینیوم دو فازی (کامپوزیت در دمای بالاتر از C º 300 مفید است) و کامپوزیت آلومینیوم تقویت شده با SiC (پوشش SiC از واکنش بین آلومینیوم,B در حین فرآیند تولید جلوگیری می کند)
حلالیت فاز پراکنده شده در فاز زمینه باید محدود و کم باشد و نباید با فاز زمینه واکنش شیمیایی دهد. مقدار کم حلالیت می تواند به بهبود اتصال بین فاز تقویت کننده و زمینه کمک کند. برای مثال فاز اکسید مس ( Cu2O) در دماهای بالا در مس حل می شود، به طوری که استحکام سیستم Cu2O-Cu در دماهای بالا کاهش می یابد و موثر نخواهد بود. در مورد سیستم در فاز زمینه آلومینیوم حل نمی شود. بنابراین این سیستم، یک سیستم کامپوزیتی با استحکام بخشی از طریق پراکنده سازی فاز در فاز زمینه آلومینیوم است. جدول (2-1) تعدادی از مواد کامپوزیتی زمینه فلزی را ارائه می دهد که با پراکنده سازی ذرات فاز دوم از طریق متالورژی پودر تولید شده‌اند .
جدول 2-1 – مثالها و کاربردهایی از کامپوزیت های استحکام یافته از طریق پراکنده سازی فاز دوم
| سیستم |
کاربردها |
| Ag_CdO |
مواد اتصال الکتریکی |
| Al_Al2O3 |
کاربرد در راکتورهای هسته ای |
| Be_BeO |
هوا_ فضا و راکتورهای هسته ای |
| CO_ThO2,Y2O3 |
مواد مغناطیسی مقاوم به خزش |
| Ni_Cr_ThO2 |
اجزایی از موتور توربین ها |
1-1-2- خواص کامپوزیت های ذره ای
خواص معینی از کامپوزیت ذره ای فقط به مقدار نسبی فازها وخواص هریک از اجزای تشکیل دهنده آن بستگی دارد. قانون مخلوط کردن می تواند این خواص را پیشگویی کند برای مثال چگالی ذرات کامپوزیت از رابطه زیر به دست می آید :
( 2-1)
در این رابطه چگالی کامپوزیت و چگالی کسر حجمی هریک از اجزا هستند
2-1-2- انواع کامپوزیت های ذره ای از لحاظ جنس زمینه وتقویت کننده
چرخ های سایشی وبرشی شامل آلومینا() سیلیکن کاربید (SiC) و برنیتراید (BN) مکعبی ، از نوع کامپوزیت های ساینده هستند. برای فراهم کردن تافنس مورد نیاز باید ذرات ساینده را به وسیله شیشه ای یا پلیمری به یکدیگر پیوند داد. الماس های ساینده نیز نوعاً توسط زمینه فلزی اتصال داده
می شوند. موادی که برای اتصالات الکتریکی ، کلیدها ( سویچ ها )، تقویت کننده‌ها و انتقال دهنده ها به کار می روند، باید ترکیب خوبی از مقاومت سایشی وهدایت الکتریکی داشته باشند . در غیر این صورت درنتیجه فرسایش و تضعیف اتصال، قوسی الکتریکی ایجاد می شود. نقره تقویت شده با تنگستن، یک کامپوزیت باچنین خاصیتی است. با استفاده از پودر متراکم شده تنگستن با فرآیند متالورژی پودر می توان توده متخلخلی از تنگستن تولید کرد، به گونه ای که حفره ها با یکدیگر در اتصال باشند . سپس نقره مذاب را در خلاء به داخل حفره های موجود در توده تنگستن نفوذ می دهند، به طوری که تمامی حفره ها
پر شوند، اکنون هر دوعنصر نقره وتنگستن در موقعت پیوسته ای هستند. بنابراین نقره خالص به طور موثر جریان الکتریسیته را هدایت می کند، در حالی که تنگستن سخت مقاومت سایشی را افزایش می دهد .
بسیاری از پلیمرهای مهندسی شامل پرکننده ها و مواد بسط دهنده مانند پودر زغال در لاستیک ولکانیزه شده از کامپوزیت های ذره ای به شمار می روند. ذرات پودر زغال شامل گوی های کربن بسیار ریز به قطر 5 نانومتر تا 500 نانومتر هستند این پودر زغال پراکنده شده در لاستیک استحکام سفتی ، سختی ، مقاومت فرسایشی ومقاومت حرارتی آن را بهبود می بخشد. بسط دهنده ها ، مانند کربنات کلسیم ، ذرات کروی شکل شیشه ای جامد و خاکهای مختلف رس به منظور کاهش قیمت پلیمر به آن اضافه می شود. مواد افزودنی می تواند پلیمر را سفت تر کرده ، سختی و مقاومت فرسایشی آن را افزایش دهد ،یا مقاومت خزشی آن را بهبود بخشد. در عوض استحکام کششی و انعطاف پذیری آن کاهش
می یابد، نمودار (2-2) اضافه کردن ذرات شیشه کروی شکل تو خالی می تواند همان تغییرات را در خواص ایجاد کند ، درحالی که وزن کامپوزیت را به اندازه قابل توجهی کاهش می دهد .
(نمودار در فایل اصلی موجود است)
نمودار2-2- تأثیر خاک رس برخواص پلی اتیلن
اضافه کردن ذراتی از جنس الاستومر ( الاستیک ) به پلیمرها سبب بهبود تافنس آنها خواهد شد. برای دستیابی به خواص ویژه می توان پودر فلزات را به پلیمر اضافه کرد مانند سرب ، که به منظور جذب اشعه های ساطع شده به پلی اتیلن شفاف اضافه می شود. کامپوزیت زمینه فلزی ( آلومینیوم ) ریخته گری شده که شامل ذرات SiC بوده وبرای ساخت قطعاتی از اتومبیل ، مانند پیوست ها و
میله های اتصال ، به کار می‌رود ، یکی از کامپوزیت های ذره ای است که کاربرد تجاری مهمی دارد. بافرآیند ویژه ای، ذرات SiC می تواند در زمینه فلزی (آلومینیوم) به صورت یکنواخت پراکنده شود .
2-2- کامپوزیت های تقویت شده با الیاف ( فایبرها)
اغلب کامپوزیت های تقویت شده با الیاف استحکام ، مقاومت به خستگی ، سفتی و استحکام ویژه (نسبت استحکام به وزن ) با درآمیختن الیاف قوی ، سفت اما ترد به زمینه نرم و انعطاف پذیرتر،بهبود می یابند. در این نوع کامپوزیت ها ماده زمینه تنش اعمالی را به الیاف منتقل می کند .استحکام کامپوزیت می تواند هم در دمای معمولی محیط وهم در دماهای بالا در حد بالایی باشد .
(شکل در فایل اصلی موجود است)
شکل 2-2- فرآیند ریخته گری کامپوزیت ( الف ) هم زدن در حین انجماد برای انحلال شبکه دندریتی (ب) پراکنده کردن ذرات تقوت کننده درداخل ماده آبکی (ج) موقعی که نیروی به ماده اعمال نمی شود مخلوط جامد – مایع سیلان نمی یابد (د) با اعمال نیروی فشار بالا مخلوط جامد – مایع به داخل قالب سیلان می یابد .
انواع مختلفی از این نوع کامپوزیت ها ، ماننده ماده پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه به عنوان فایبر گلاس در ساخت وسایل نقلیه زمینی، دریایی، هوایی و
هوا _ فضا به کار گرفته می شود. الیاف می تواند از جنس کربن ( C)، بر ( B)، پلیمر ، سرامیک ها ، فلزات و ترکیبات بین فلزی باشد .
2-2-1- خواص کامپوزیت های تقویت شده با الیاف
برای تعیین چگالی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف می توان از همان رابطه ارائه شده برای کامپوزیت های ذره ای استفاده کرد .
(2-2)
در این رابطه اندیسهای f,m به فاز زمینه (ماتریکس ) و الیاف ( فایبر ) نسبت داده می شود و %100=1 است .
هدایت الکتریکی و حرارتی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف پیوسته و جهت‌دار، (شکل 2-1 ب)، در امتداد الیاف برابر است با :
(2-3)
(2-4)
در این روابط هدایت الکتریکی و k هدایت حرارتی هستند . آهنگ انرژی الکتریکی یا حرارتی که از کامپوزیت عبور می کند، متناسب با کسر حجمی ماده هادی است برای حالتی که الیاف به صورت پیوسته یا تک جهتی نیستند، روابط فوق را نمی توان به کار برد. برای تعیین مدول الاستیکی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف پیوسته وتک جهتی ، (شکل 2-1-ب) از رابطه زیر استفاده می شود :
(2-5)
اما موقعی که تنش اعمالی (در امتداد الیاف ) بسیار بالا باشد، زمینه شروع به تغییر شکل پلاستیکی می کند و منحنی تنش _ کرنش از محدوده الاستیکی خارج می شود.
(نمودار 2-3)
(نموداردر فایل اصلی موجود است)
نمودار (2-3) : نمودار تنش _ کرنش کامپوزیت تقویت شده با الیاف در ازای تنشهای کم، مدول الاستیکی را می توان به کمک رابطه مخلوط ها به دست آورد در تنشهای بالا (محدوده 111) زمینه تغییر شکل می یابد و رابطه (2-6) دیگر معتبر نخواهد بود.
هر گاه تنش اعمالی در امتداد عمود بر الیاف باشد ، هر جزء کامپوزیت مستقل از دیگری عمل می کند و مدول الاستیکی کامپوزیت در این حالت برابر است با :
(2-6)
در این حالت هم اگر الیاف پیوسته وموازی یکدیگر ( تک جهتی ) نباشند این رابطه
نمی تواند به کار رود. استحکام کامپوزیت تقویت شده با الیاف به استحکام الیاف، فصل مشترک بین الیاف و زمینه بستگی دارد. بنابراین در مواردی که الیاف پیوسته و موازی با تنش اعمالی باشند و پیوستگی کامل نیز بین الیاف و زمینه برقرار باشد، استحکام کششی کامپوزیت از رابطه زیر محاسبه می شود :
(2-7)
در این رابطه تنش اعمالی به زمینه و استحکام کششی الیاف است. بنابراین موقعی که کامپوزیت تا نقطه شکست الیاف کشیده می شود، استحکام کششی واقعی زمینه نیست. پیشگویی دیگری خواص کامپوزیت مثل انعطاف پذیری، مقاومت به ضربه، حد تحمل و مقاومت خزشی حتی برای حالتی که الیاف تک جهتی باشند، مشکل است .
2-2-2- خصوصیات کامپوزیت های تقویت شده با الیاف
در طراحی کامپوزیت تقویت شده با الیاف باید به عوامل زیادی از قبیل : طول ، قطر ، جهت ، مقدار و خواص الیاف و همچنین خواص زمینه ، اتصال بین الیاف و زمینه توجه شود. شکل (2-3)
(نموداردر فایل اصلی موجود است)
شکل 2-3- نمایش شماتیکی تنش های کششی در برشی در ماده مختلطی که نیرو در امتداد الیاف به آن وارد می شود ( الف) تنش کششی در الیاف (ب) تنش برشی در سطح تماس الیاف با ماتریکس
طول و قطر الیاف : الیاف می توانند کوتاه و ناپیوسته ، بلند، یا حتی پیوسته باشند اغلب ابعاد از لحاظ نسبت d/L (L طول و d قطر الیاف ) مشخص شده اند قطر ابعاد نوعاً از 10 میکرون (3-10×10) میلی متر تا 150 میکرون (3-10×150) میلی متر تغییر می کند. استحکام کامپوزیت باافزایش نسبت L/d بهبود می یابد. اغلب الیاف به دلیل عیوب سطحی می شکنند با نازکتر انتخاب کردن قطر تا حد امکان ، سطح جانبی الیاف و نتیجتاً عیوب سطحی ،که در حین فرآیند یا اعمال بار گسترش می یابند ، کمتر
می شوند شکل( 2-7) بنابراین الیاف دراز ترجیح داده می شوند .
(نمودار در فایل اصلی موجود است)
نمودار 2-4- با ازدیاد طول الیاف شیشه در زمینه اپکسی استحکام کامپوزیت افزایش می یابد در این مثال کسر حجمی الیاف شیشه حدود 5/0 است.
در حالتی که الیاف پیوسته نباشند، ( شکل 2-4- الف ) در این صورت به الیاف کوتاهی که درماده اصلی قرار گرفته اند، تنش عمودی و تنش برشی اعمال می شود. در حالتی که نیروی برشی () بزرگتر از نیروی عمودی () وارد به هر یک از الیاف باشد، ماده در نتیجه پاره شدن الیاف می شکند شکل (2-4- ب ) در این حالت رابطه زیر شرطی بحرانی را برای پاره شدن الیاف برقرار می سازد:
شرط بحرانی شدن الیاف
اگر دو طرف این نامعادله را برابر در نظر بگیریم، می توانیم طول بحرانی الیاف را به دست آوریم :
(2-8)
بنابراین بدیهی است که تنشی که به الیاف اعمال می شود باید همواره کمتر از استحکام تسلیم الیاف باشد .در حالتی که نیروی برشی ، کوچکتر از نیروی عمودی کششی وارد بر الیاف باشد می تواند تغییر شکل پلاستیکی در ماده زمینه و در نتیجه برش در فصل مشترک رخ دهد یا به عبارت دیگر الیاف از زمینه بیرون کشیده شود بنابراین: شرط بیرون کشیده شدن الیاف از زمینه است .
بنابراین اگر طول الیاف ناپیوسته L کوچکتر از طول بحرانی Lc باشد اثر تقویت کنندگی الیاف کم می شود. مقدار الیاف: هر چقدر مقدار کسر حجمی الیاف زیادتر باشد استحکام و مدول الاستیکی کامپوزیت افزایش می یابد. اما حداکثر حجمی الیاف 80% است و با فراتر رفتن از این حد زمینه نمی تواند تمامی الیاف را احاطه کند و از طرف دیگر با افزایش کسر حجمی الیاف ، انعطاف پذیری کامپوزیت کاهش می یابد .
جهت الیاف : الیاف تقویت کننده می توانند در جهات گوناگونی در زمینه قرار داده شوند. الیاف کوتاه ، با امتداد تصادفی گونه در زمینه، مانند فایبرگلاس ، با تولید آسان، رفتار نسبتاً یکنواخت و همسانگردی را در کامپوزیت ایجاد می کنند. الیاف دراز یا حتی پیوسته و با آرایش تک جهتی ، خواص ناهمسانگرد، با استحکام و مدول الاستیکی خوبی را در امتداد الیاف به وجود می آورند . این الیاف در امتداد تنش اعمالی بوده، به طوری که زاویه º 0 با آن می سازند . در این حالت اگر تنش در جهت عمود به الیاف کامپوزیت اعمال شود استحکام و ومدول الاستیکی آن ضعیف خواهد بود. یک امکان دیگر برای آرایش الیاف پیوسته در کامپوزیت ، آرایش دادن آنها در جهات گوناگون ، مطابق شکل (2-4) در داخل زمینه است. استحکام کامپوزیت با این آرایش در دو جهت عمود بر هم خوب است. با آرایش های دیگری نیز می توان به خواص گوناگونی در جهات مختلف دست یافت. برای مثال با آرایش سه بعدی مطابق شکل (2-5) می توان به استحکام خوبی در سه جهت عمود برهم دست یافت .
(شکل در فایل اصلی موجود است)
شکل 2-4- الف ) ساختار کامپوزیت لایه ای تک جهتی شامل الیاف هم ردیف ، (ب ) جهت ساختار کامپوزیت لایه ای تقریباً همسانگرد شامل انواعی از الیاف هم ردیف در جهات مختلف .
(شکل در فایل اصلی موجود است)
شکل 2-5- کامپوزیت های تقویت شده با الیاف به صورت سه بعدی
خواص الیاف : مواد تقویت شده با الیاف ، اغلب شامل الیافی با مدول الاستیکی بالا و شکل پذیری بسیار پایین هستند. برعکس ماده اصلی یا ماده زمینه باید شکل پذیر بوده و مدول الاستیکی پایینی داشته باشد ، به طوری که در صورت شکست ، الیاف بتوانند به طور موضعی تغییر شکل پلاستیکی دهند . چنانچه کامپوزیت در دماهای بالا به کار رود ، نقطه ذوب الیاف باید بالا باشد . همچنین استحکام ویژه ( نسبت استحکام به چگالی که می تواند استحکام تسلیم یا استحکام کششی باشد ) و مدول ویژه( نسبت مدول الاستیکی به چگالی ) بخصوص برای کامپوزیت هایی که در وسایل حمل و نقل ( اعم از زمینی ، هوایی و هوا _ فضا) کاربرد دارند، اهمیت فراوانی دارند . معمولاً بالاترین مدول ویژه در موادی مانند کربن ( C) و بر ( B) یافت می شود که عدد اتمی پایین و پیوند کووالانسی دارند این دو عنصر استحکام و نقطه ذوب بالایی نیز دارند. خواص تعدادی از الیاف در جدول (2-1) داده شده است .
الیاف آرامید : الیاف آرامید که برای مثال کولار[1] معروفترین آنهاست، پلیمرهای
پلی آمید آروماتیکی هستند که با ستونی از حلقه های زنجیر استحکام یافته اند و مثال های از پلیمرهایی با ساختار بی شکل- کریستالی هستند که در آنها زنجیره های پلیمری، میله مانند و سفت اند، الیافی از پلی اتیلن نیز می توان تهیه کرد. هر دو الیاف آرامید و پلی اتیلن استحکام و مدول الاستیکی عالی دارند، اما کاربرد آنها محدود به دماهای پایین است الیاف پلی اتیلن به دلیل چگالی پایین ، دارای استحکام ویژه و مدول ویژه فوق العاده است .
ویسکرها[2] و الیاف سرامیکی : ویسکرها یا تک کریستال های مویین ( فلزی وسرامیکی)، به دلیل عدم وجود نابجایی های متحرک در آنها، دارای استحکام تسلیم در حد تئوری هستند و الیاف سرامیکی با استحکام ویژه و مدول ویژه بالا در صنایع هوایی و هوا _ فضا اهمیت بسزایی یافته اند. الیاف نازک شیشه ( حدود 7 تا 13 میکرون )، که دارای سطح خارجی صافی باشند ، استحکام آنها به مقدار استحکام تئوری می رسد و به طور وسیعی درکامپوزیت ها به کار می روند. دو نوع مهم از شیشه در تولید الیاف شیشه به کار می رود. یک نوع آن شیشه () با استحکام کششی بیش از 4480 مگاپاسکال و مدول الاستیکی8540 مگاپاسکال و نوع دیگر شیشه E (12 تا %16 تا25% تا 13% و بقیه خالص) با استحکام کششی در حدود 2240 مگاپاسکال و مدول الاستیکی 7230 مگاپاسکال است.
Abastract:
Composites for its low weight and suitable mechanical properties have been widly used in these years. Metal composites have two components 1) metal base & 2) Reinforcement. For this purpose low weight metals some of the ceramic are beeing used. One of the most applicant composite. are Al base Reinforced with SiC particles. that make. Very suitable wearing properties. In this research. Producing procedure. Has been completed. With castings in metallic die. And two parameters the first reinforcement weight percentage. And the second melt stirring speed and those. Effects an mechincal properties such as. Hardness and strength. Are beeing studied. The results show this make improve the. Mentioned mechanical. Properties that that have been discussed. In details.