مواد کامپوزیتی چیست؟

مقدمه

مواد کامپوزیتی(Composite Material) در کاربردهای فناوری پیشرفته رایج هستند—از قایق‌های مسابقه‌ای تا هواپیماها، اسکی‌ها تا پروتزها. این مواد نماد پیشرفت‌های برتر توسعه فناوری هستند. در واقع، کامپوزیت‌های مدرن اغلب بازتابی از تکنیک‌های باستانی هستند. سومریان در سال ۳۴۰۰ پیش از میلاد با چسب‌های ابتدایی نوارهای چوب را به هم می‌دوختند و جهت‌های رشته‌ای را متناوب می‌کردند تا ساختارهای چوبی قوی‌ای بسازند، و مصریان در ۲۰۰۰ سال پیش از میلاد ماسک‌های مرگبار کارتونازی را با چسباندن نوارهای نیلوفر با گچ یا رزین تولید می‌کردند. این مقاله به عمق بیشتری در مورد مواد کامپوزیتی می‌پردازد و زمینه‌ای مناسب را برای استفاده در انتخاب‌های پروژه بعدی شما فراهم می‌کند.

مواد کامپوزیتی چیست؟

مواد کامپوزیتی مواد جامدی هستند که از ترکیب دو یا چند ماده با خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوت تشکیل شده‌اند. هدف اصلی استفاده از مواد کامپوزیتی، بهبود و ارتقاء خواص مواد پایه است. این مواد در جنبه‌های مختلف عملکرد مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهند که از گزینه‌های تک‌ماده‌ای فراتر رفته و به‌ویژه استفاده همزمان از اجزای تشکیل‌دهنده را پشت سر می‌گذارند.

بیشتر کامپوزیت‌های تولید شده توسط انسان، ترکیبی از الیاف کشسان با مقاومت کششی بالا و یک ماتریس سخت هستند که الیاف را به ساختاری مقاوم تبدیل می‌کند و مقاومت فشاری ماده ماتریس را به دست می‌آورد. نتیجه نهایی، ماده‌ای ترکیبی است که از مقاومت کششی تقویت‌کننده الیاف، مقاومت فشاری ماتریس و مقاومت خمشی پیوند آن‌ها بهره‌مند می‌شود تا ماده‌ای قوی، سخت، سخت‌گیر و مقاوم در برابر خم شدن تولید کند. به عنوان مثال، یک کامپوزیت می‌تواند دارای استحکام بالا، وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی باشد که این ویژگی‌ها ترکیبی از خواص اجزای تشکیل‌دهنده آن نیستند.

مواد کامپوزیتی از چه چیزی ساخته شده‌اند؟

مواد کامپوزیتی عمدتاً از دو جزء اصلی تشکیل شده‌اند:

• تقویت‌کننده (Reinforcement): این فاز غیرپیوسته می‌تواند به شکل الیاف، ذرات یا ورقه‌ها باشد. الیاف، متداول‌ترین نوع تقویت‌کننده هستند که بیشترین تاثیر را در ویژگی‌های مکانیکی ماده کامپوزیتی دارند.
• ماتریس (Matrix): ماتریس به عنوان فاز پیوسته، تقویت‌کننده‌ها را در کنار هم نگه می‌دارد و بار را بین آن‌ها منتقل می‌کند. مواد ماتریس می‌توانند پلیمری، فلزی یا سرامیکی باشند.

روش‌های تولید مواد کامپوزیتی

روش‌های تولید مواد کامپوزیتی به‌شدت متفاوت هستند و بسته به نوع ماتریس و تقویت‌کننده، تکنیک‌های متنوعی به کار می‌روند. مواد کلیدی که بیشتر به عنوان کامپوزیت شناخته می‌شوند شامل الیاف شیشه، کربن و کفلر® هستند که با رزین‌ها پیوند می‌خورند. در مورد فیبر کربن، رشته‌ها از قبل با یک پلی‌استر فعال‌شونده حرارتی، وینیل استر، پلی‌یورتان یا رزین اپوکسی (پری‌پگ) اشباع شده‌اند. ورق‌های انعطاف‌پذیر پارچه‌بافته (روینگ) روی قالب قرار گرفته و تحت فشار قرار می‌گیرند. سپس برای فعال‌سازی رزین که ابتدا مایع می‌شود و تمام الیاف را خیس می‌کند، و سپس به نتیجه‌ای سخت و مقاوم تبدیل می‌شود، گرم می‌شوند.

تکنیک‌های اصلی تولید مواد کامپوزیتی

1. لایه‌بندی دستی (Hand Lay-Up): در این روش، پارچه‌های فیبر به صورت دستی روی قالب قرار داده شده و سپس رزین به‌طور مستقیم به آن‌ها اعمال می‌شود. این تکنیک ساده و اقتصادی است و برای تولید قطعات بزرگ و پیچیده با شکل‌های مختلف مناسب می‌باشد.
2. پوشش حرارتی (Thermal Curing): پس از چیدمان الیاف و اعمال رزین، قالب در دمای مشخصی گرم می‌شود تا رزین فعال شده و ساختار کامپوزیت تثبیت شود. این فرآیند باعث سخت شدن و مقاومت بیشتر ماده کامپوزیتی می‌شود.
3. فشار بالا: در این روش، فشار به وسیله ابزارهایی مانند پرس‌های مکانیکی یا کیسه‌های خلأ اعمال می‌شود تا الیاف و رزین به‌طور یکنواخت در قالب پخش شده و شکل نهایی را بگیرند. همچنین، از بادکنک‌های فشار الاستیک نیز برای اعمال فشار استفاده می‌شود که با فشار هوا، شکل را به‌جا می‌کند.
4. پرینت سه‌بعدی: تکنولوژی چاپ سه‌بعدی به‌عنوان یک روش نوین برای تولید مواد کامپوزیتی شناخته شده است. در این فرآیند، مواد فیبری و رزینی به‌طور همزمان در قالب چاپ سه‌بعدی ترکیب شده و اشکال پیچیده‌ای ایجاد می‌گردد. این روش امکان تولید قطعات با طراحی‌های دقیق و پیچیده را فراهم می‌آورد.

تفاوت بین کامپوزیت‌های پلیمری و نانوکامپوزیت‌ها

کامپوزیت‌های پلیمری و نانوکامپوزیت‌ها در طبیعت خود بسیار مشابه هستند، اما تفاوت‌های اساسی دارند که ناشی از مقیاس افزودنی‌ها می‌باشد. در کامپوزیت‌های نانو، از نانوذرات مانند نانولوله‌های کربن یا گرافن استفاده می‌شود که به ماتریس پلیمری افزوده می‌شوند. این افزودنی‌ها باعث افزایش مقاومت، سختی و سایر خواص مانند رسانایی الکتریکی یا حرارتی می‌شوند. در مقابل، در کامپوزیت‌های ماکرو، رشته‌های ماکرو یا نانو مواد به‌عنوان تقویت‌کننده به ماتریس افزوده می‌شوند. در هر دو حالت، روش تولید اساساً یکسان است و ماده تقویت‌کننده به‌عنوان یک افزودنی در نظر گرفته شده و هنگام اولین تولید پلت‌ها با پلیمری مخلوط می‌شود. در نهایت، قطعات قالب‌گیری‌شده دارای تقویت‌کننده‌هایی به‌طور یکنواخت در سراسر ماده توزیع شده‌اند.

روش‌های تولید مواد کامپوزیتی با توجه به نوع ماتریس و تقویت‌کننده، تنوع زیادی دارند و هر کدام از آن‌ها برای کاربردهای خاصی مناسب هستند. ترکیب صحیح الیاف کشسان با ماتریس مناسب، امکان تولید مواد با خواص منحصر به فرد مانند استحکام بالا، وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می‌آورد. با پیشرفت فناوری‌های تولیدی، انتظار می‌رود که روش‌های نوین مانند پرینت سه‌بعدی نقش مهم‌تری در تولید مواد کامپوزیتی ایفا کنند و این مواد را برای طیف گسترده‌تری از کاربردها قابل استفاده سازند.

خواص مواد کامپوزیتی

خواص شیمیایی

• پایداری شیمیایی بالا: انتخاب مواد ماتریس و تقویت‌کننده غیرجاذب و غیرهیدروژنوگ، مقاومت محیطی را تضمین می‌کند.غیرهیدروژنوگ به موادی گفته می‌شود که توانایی جذب رطوبت از محیط اطراف را ندارند.
• مقاومت بالا در برابر خوردگی و شرایط محیطی: کامپوزیت‌ها در برابر آب، رطوبت و تابش نور مقاوم هستند.
• تنظیم رسانایی الکتریکی و حرارتی: با استفاده از افزودنی‌ها و تقویت‌کننده‌های مناسب، می‌توان رسانایی‌های مختلفی ایجاد کرد.
• مقاومت در برابر آتش: قابلیت کنترل مقاومت یا بازدارندگی آتش به‌طور دقیق در طراحی قابل اعمال است.

خواص فیزیکی

• نسبت مقاومت به وزن بالا: استحکام بالاتر نسبت به وزن پایین‌تر.
• مقاومت کششی و فشاری بالا: ترکیب مقاومت کششی فیبرها و مقاومت فشاری ماتریس.
• مقاومت خمشی: تحمل نیروهای خمشی بدون شکستگی.
• رسانایی الکتریکی و حرارتی: قابلیت تنظیم شده بر اساس نیاز.
• کاهش وزن و چگالی: مناسب برای کاربردهایی که نیاز به سبک بودن دارند.
• مقاومت به سایش، خستگی و خزش: دوام بالا در شرایط سخت.

انواع مواد کامپوزیتی

بر اساس نوع ماده زمینه

1. کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری (PMCs): شامل الیاف کربن، شیشه یا آرامید در ماتریس پلیمری مانند اپوکسی یا پلی‌استر.
2. کامپوزیت‌های ماتریس فلزی (MMCs): شامل ماتریس‌های فلزی مانند آلومینیوم یا منیزیم با تقویت‌کننده‌های فیبری یا ذره‌ای.
3. کامپوزیت‌های ماتریس سرامیکی (CMCs): شامل ماتریس‌های سرامیکی با تقویت‌کننده‌های فیبری مانند سیلیکون کاربید.
4. کامپوزیت‌های کربن/کربن (CCs): شامل ماتریس کربن با فیبرهای کربن سه‌بعدی.

بر اساس نوع و شکل تقویت‌کننده

1. تقویت‌کننده فیبری (Fiber Reinforcement): شامل الیاف کربن، شیشه، آرامید و غیره.
2. تقویت‌کننده ذره‌ای (Particulate Reinforcement): شامل ذرات سیلیکون کاربید، بور و غیره.
3. تقویت‌کننده ورقه‌ای (Flake/Whisker Reinforcement): شامل ورقه‌های مسطح و فیبرهای کوتاه.

توضیح کامل انواع مواد کامپوزیتی

نانوکامپوزیت‌ها

نانوکامپوزیت‌ها(Nanocomposites) هم به‌صورت مصنوعی و هم به‌صورت طبیعی وجود دارند. تقویت‌کننده‌ها معمولاً نانو ماده‌هایی مانند نانولوله‌های کربن یا گرافن هستند که به ماتریس پلیمری افزوده می‌شوند، یا نانوذرات سیلیکون که به فولاد اضافه می‌شوند تا رشد کریستال‌های ریز را تحریک کنند. در برخی کاربردها، کربنات کلسیم یا تالک نیز می‌توانند در سخت‌تر و قوی‌تر کردن پلیمرها مؤثر باشند.

نانوکامپوزیت‌های معمولی از افزودنی نانو ماده برای افزایش مقاومت، سختی و سایر خواص مانند رسانایی الکتریکی یا حرارتی به ماتریس پلیمری استفاده می‌کنند. نمونه‌های نانوکامپوزیت‌های طبیعی شامل استخوان و صدف هستند. نانو مواد در برخی موارد خطرات بهداشتی قابل توجهی دارند، بنابراین تولید این مواد می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.

کامپوزیت‌های ماتریس فلزی (MMCها)

کامپوزیت‌های ماتریس فلزی(Metal Matrix Composites) از ماتریسی فلزی مانند آلومینیوم یا منیزیم و یک تقویت‌کننده فیبری با استحکام بالا در شکل‌های ذره یا ویسکر تشکیل شده‌اند. تقویت‌کننده‌ها معمولاً فیبر کربن یا ذرات سیلیکون کاربید هستند. این ترکیب خواصی منحصر به‌فرد به‌وجود می‌آورد که از محدودیت‌های فلز پایه فراتر می‌روند؛ از جمله افزایش استحکام و سختی، مقاومت در برابر دماهای بالا قبل از تضعیف، بهبود مقاومت در برابر سایش، و کاهش ضریب انبساط حرارتی.

MMCها در صنایع هوافضا و کاربردهای خودرویی شدیداً مورد استفاده قرار می‌گیرند، و ترکیبی از استحکام بالا و وزن پایین ارائه می‌دهند. همچنین در صنایع الکترونیکی، دستگاه‌های پزشکی و تجهیزات ورزشی نیز به کار می‌روند. فرآوری MMCها چالشی‌تر از بسیاری دیگر از کلاس‌های کامپوزیت است، زیرا دمای بالا و دشواری‌های توزیع یکنواخت تقویت‌کننده، کار را دشوار می‌کند.

ویسکر در زمینه مواد کامپوزیتی به نوعی تقویت‌کننده فیبری اشاره دارد که ویژگی‌های خاصی از نظر اندازه و شکل دارند. ویسکرها معمولاً بسیار نازک و با نسبت طول به قطر بالا هستند. این فیبرهای ریز به منظور افزایش خواص مکانیکی مواد کامپوزیتی، مانند استحکام کششی، سختی و مقاومت در برابر شکستگی، به کار گرفته می‌شوند.

کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری (PMCها)

کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری(Polymer Matrix Composites) رایج‌ترین و قابل‌فهم‌ترین نوع کامپوزیت‌ها هستند. این اصطلاح شامل لایه‌بندی دستی الیاف کربن و شیشه و تزریق یا پیش‌اشباع رزین‌های اپوکسی و پلی‌استر است که ماتریس را تشکیل می‌دهند. این مواد مزایای مختلفی از جمله سختی و استحکام بالا نسبت به وزن، مقاومت حرارتی، شیمیایی و مکانیکی بالا، و مقاومت در برابر سایش را ارائه می‌دهند. از طرفی، PMCها به کارگرانی ماهر نیاز دارند که هزینه تولید را افزایش می‌دهد، اگرچه این هزینه در کاربردهای نیازمند به خروجی با استحکام بالا غالباً قابل توجیه است.

PMCها به‌طور گسترده در صنایع هوافضا، خودروسازی، دریایی و تجهیزات ورزشی استفاده می‌شوند و از مزایای سبک بودن، استحکام و سختی بالا برخوردار هستند. تولید PMCها شامل روش‌هایی مانند لایه‌بندی دستی و پیچش فیبر است که ممکن است کند باشد. برای دستیابی به خواص ایده‌آل ماده، کنترل دقیق فرآیند پخت ضروری است.

پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر شیشه (GFRPها)

GFRPها(Glass Fiber Reinforced Polymers) زیرمجموعه‌ای از کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری هستند که به‌طور خاص شامل الیاف شیشه‌ای پیوند خورده با رزین‌های اپوکسی و پلی‌استر می‌شوند. الیاف شیشه می‌توانند به صورت رشته‌های خرد شده باشند، که درجه‌ای از مقاومت آنیزوتروپیک به ساختارها از طریق جهت‌گیری ترکیبی الیاف می‌بخشد. تقویت‌کننده‌ها همچنین می‌توانند شامل رشته‌های روینگ خرد شده (یا پارچه‌ای) باشند که یک فرآیند منظم‌تر اما کمتر مناسب برای قطعات حجیم ایجاد می‌کند، زیرا الیاف همگی در یک صفحه قرار می‌گیرند. روینگ بافته‌شده کیفیت لایه‌بندی را بهبود می‌بخشد و می‌تواند مقاومت بیشتری را ارائه دهد، اما هزینه بیشتری دارد.

کامپوزیت‌های هیبریدی

کامپوزیت‌های هیبریدی(Hybrid Composites) شامل دو یا چند نوع مختلف الیاف تقویت‌کننده در ماده نهایی هستند. این می‌تواند ترکیبی از الیاف شیشه و کربن باشد که برای افزایش مقاومت در برابر ضربه یا به دلایل زیبایی‌شناسی استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال، در تولید راکت‌های ورزشی برای بهبود عملکرد کششی و خمشی، معمولاً از شبکه تیتانیوم یا رشته‌های آن استفاده می‌شود. این مواد می‌توانند چالش‌برانگیز باشند، زیرا مسائل مربوط به سازگاری ممکن است بر رفتار ماده تأثیر بگذارد؛ به عنوان مثال، یک الیاف ممکن است به ماتریس بهتر از دیگری پیوند یابد. برای تأیید ارزش یا امکان‌پذیری ماتریس هیبریدی، تست‌های گسترده‌ای لازم است. این کامپوزیت‌ها کاربردهایی مشابه PMCها دارند، اما هزینه بالاتر آن‌ها استفاده را محدود می‌کند.

کامپوزیت‌های ماتریس سرامیکی (CMCها)

CMCها(Ceramic Matrix Composites) از ماتریسی سرامیکی و الیاف تقویت‌کننده تشکیل شده‌اند. یک ماتریس سرامیکی مقاومت بسیار بالایی در برابر دما و خوردگی و خواص عالی در برابر سایش ارائه می‌دهد. اما سرامیک‌ها معمولاً زمانی که بدون تقویت‌کننده باشند، ترد و شکننده هستند. افزودن سیلیکون کاربید، آلومینا یا الیاف کربن می‌تواند تردی را کاهش دهد و ماده‌ای کاربردی‌تر تولید کند.

CMCها برای تولید پره‌های توربین گازی، قطعات تخصصی موشک/هوافضا و مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شوند. CMCها بسیار پرهزینه هستند و همچنان تا حدودی ترد باقی می‌مانند که استفاده از آن‌ها را محدود می‌کند. با این حال، این حوزه تحقیقاتی بسیار فعال است و خواص آن‌ها بهبود یافته است.

کامپوزیت‌های الیاف طبیعی (NFCها)

تمایل به استفاده از الیاف طبیعی در ساخت کامپوزیت‌های الیاف طبیعی(Natural Fiber Composites) برای کاهش اثرات زیست‌محیطی استفاده از مواد افزایش یافته است. الیاف طبیعی مانند جوت، کتان، پنبه و چوب به‌طور متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پنل‌های داخلی خودرو معمولاً از الیاف طبیعی رزین‌بسته ساخته می‌شوند که با فشرده‌سازی به شکل قالب در می‌آیند و سپس برای سطح نهایی با پلاستیک یا چرم پوشانده می‌شوند. الیاف چوب به پلیمرها افزوده می‌شوند تا برای نمونه‌سازی سریع FDM/FFF استفاده شوند و برای بهبود استحکام و ایجاد افکت چوبی به‌کار می‌روند. از الیاف طبیعی همچنین در تولید گسترده دک‌های اسکیت‌بورد، معمولاً در ماتریسی از رزین پلی‌استر، استفاده می‌شود.

پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRPها)

CFRPها(Carbon Fiber Reinforced Polymers) زیرمجموعه دیگری از کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری هستند که به‌طور خاص شامل الیاف کربن پیوند خورده با اپوکسی و پلی‌استر هستند. برای لایه‌بندی دستی، فیبر کربن به‌طور معمول به‌عنوان روینگ بافته‌شده استفاده می‌شود که انواع مختلفی از الگوهای بافت برای انواع مختلف بارگذاری و توزیع تنش ارائه می‌دهد. الیاف از پیش با رزین‌های فعال‌شونده حرارتی اشباع شده‌اند، بنابراین پارچه انعطاف‌پذیر لایه‌بندی شده و سپس فشرده و پخته می‌شود تا رزین مایع شده و سپس به حالت جامد و سخت تبدیل شود. فیبر کربن همچنین می‌تواند به‌طور مداوم با پلیمرهای مختلف برای ایجاد پروفیل‌های CFRP پیوسته و پیچیده‌تر ترکیب شود.

پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف آرامید (AFRPها)

AFRPها(Aramid Fiber Reinforced Polymers) نوع دیگری از کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری هستند که از الیاف آرامید به‌عنوان تقویت‌کننده استفاده می‌کنند. کامپوزیت‌های تقویت‌شده با فیبر آرامید در کاربردهای با ضربه بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. الیاف آرامید به‌طور معمول به‌صورت پارچه‌های بافته‌شده استفاده می‌شوند که با رزین‌های اپوکسی و پلی‌استر مناسب پیش‌اشباع شده‌اند و مشابه فیبر کربن و شیشه فرآوری می‌شوند. کامپوزیت دیگری که با آرامید تقویت شده، ماده لانه‌زنبوری آرامید/کاغذ است که در پنل‌های کفپوش کم‌ارتفاع در هوانوردی استفاده می‌شود—که با لایه‌هایی از آلومینیوم و اپوکسی به هم چسبانده می‌شوند و این نمونه‌ای از یک کامپوزیت هیبریدی باارزش بالا است.

کامپوزیت‌های دارای توزیع عملکردی (FGCها)

FGCها (Functionally Graded Composites) می‌توانند به سادگی با افزودن یا تغییر محتوای الیاف در نقاط دارای تنش بالا یا تغییر الگوی بافت در روینگ برای توزیع بهتر بار عمل کنند. علاوه بر این، هیبریدی‌سازی تدریجی نیز می‌تواند به تقویت مقاومت در برابر ضربه در بخش‌های مختلف ساختار کمک کند. این نوع کامپوزیت‌ها در ساخت اجزای هواپیما و فضاپیماهای سبک‌تر و مقاوم‌تر، مانند تیغه‌های توربین و نازل‌های موشک، به کار گرفته می‌شوند. همچنین در دستگاه‌ها و ایمپلنت‌های پزشکی نیز استفاده می‌شوند، جایی که خواص متنوعی باید در نواحی خاصی از مواد ایجاد شود تا واکنش مناسب با بافت‌های زیستی داشته باشد.

مزایا و معایب استفاده از مواد کامپوزیتی در چاپ سه‌بعدی

مزایا

• افزایش استحکام و سختی: امکان تولید قطعات کاربردی‌تر یا کاهش وزن با حفظ استحکام.
• دوام بیشتر: مقاومت بالاتر نسبت به ماده ماتریس به تنهایی.
• تنظیم رسانایی: افزایش رسانایی الکتریکی یا حرارتی با افزودنی‌های مناسب.
• درجه‌بندی عملکردی: تغییر ویژگی‌ها در طول ساخت قطعه از طریق فرآیند چاپ سه‌بعدی.

معایب

• چالش‌های فرآیندی: شکل‌دهی مواد دارای افزودنی با تکنولوژی‌های فعلی ممکن است دشوار باشد.
• محدودیت در انتخاب مواد: کمبود گزینه‌های موجود در بازار.
• هزینه بالا: مواد کامپوزیتی با کارکرد بالا نسبت به گزینه‌های پایه هزینه بیشتری دارند.

کاربردهای صنعتی مواد کامپوزیتی

• پوشش‌های موتورسیکلت و هواپیما: استفاده از کامپوزیت‌ها برای کاهش وزن و افزایش مقاومت.
• میله‌های ماهیگیری: فیبر کربن باندشده با اپوکسی برای استحکام بالا.
• ساخت و ساز: استفاده از تخته سه‌لایی و بتن مسلح برای افزایش دوام و مقاومت.
• تجهیزات ورزشی: تولید راکت‌های ورزشی با عملکرد بهینه.
• پوشش‌های ضد خوردگی و ضد استاتیک: کاربرد در صنایع الکترونیکی و نفت و گاز.
• جراحی‌های ارتوپدی و ایمپلنت‌ها: استفاده از کامپوزیت‌های پزشکی با خواص سفارشی‌سازی شده.

تفاوت کامپوزیت و آلیاژ

اگرچه هر دو ماده شامل ترکیبی از حداقل دو عنصر هستند، تفاوت‌های اساسی بین کامپوزیت‌ها و آلیاژها وجود دارد:

• تعریف و ویژگی‌ها: در آلیاژها، حداقل یکی از اجزا فلز است و ویژگی‌های آلیاژ از فلز اصلی ناشی می‌شود. در کامپوزیت‌ها، ترکیب اجزا می‌تواند شامل مواد غیر فلزی باشد و خواص آن‌ها از ترکیب اجزا به‌وجود می‌آید.
• انحلال در هم: اجزای آلیاژها معمولاً در هم حل می‌شوند، اما در کامپوزیت‌ها اجزا حل و مخلوط نمی‌شوند.
• رهش‌های الکتریکی و حرارتی: آلیاژها معمولاً هادی‌های خوبی هستند، در حالی که برخی کامپوزیت‌ها می‌توانند عایق باشند یا هادی.
• نقاط ذوب و جوش: کامپوزیت‌ها دارای نقاط جوش و ذوب مشخصی هستند که در آلیاژها این نقاط بسته به ترکیب تغییر می‌کند.
• آرایش: کامپوزیت‌ها دارای پیوندهای فیزیکی هستند، در حالی که آلیاژها می‌توانند دارای پیوندهای شیمیایی باشند.

ساختار کامپوزیت‌ها

ساختار کامپوزیت‌ها به نحوه ترکیب اجزا و توزیع تقویت‌کننده‌ها بستگی دارد:

• ساختار لایه‌ای: لایه‌های متوالی مواد مختلف با جهت‌های گبری صحیح روی هم چیده می‌شوند. مثال: بردهای مدار چاپی.
• ساختار ساندویچی: مواد چسبنده بین دو لایه نازک و مستحکم قرار می‌گیرد. مثال: برخی پوشش‌های هواپیما.
• ساختار ساندویچی شانه عسلی (Honeycomb): هسته‌ای با شکل شانه عسلی و چگالی پایین بین دو لایه اصلی قرار می‌گیرد.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

در این مقاله با ساختار، خصوصیات و انواع مختلف مواد کامپوزیتی آشنا شدیم. توسعه فناوری ساخت کامپوزیت‌های دارای زمینه‌های مختلف، امکان بهره‌برداری از ویژگی‌های منحصر به فرد این مواد را در طیف گسترده‌ای از صنایع فراهم کرده است. از خودرو و هوافضا گرفته تا صنایع پزشکی و ورزشی، مواد کامپوزیتی با ارائه استحکام بالا، وزن کم و خواص سفارشی‌سازی شده، نقش مهمی در پیشرفت فناوری ایفا می‌کنند.

مطابق با استانداردهای بین‌المللی، مصرف سالانه کامپوزیت‌ها به ازای هر شهروند حدود ۳ کیلوگرم است که بیش از ۹۵ درصد آن‌ها از نوع زمینه پلیمری می‌باشد که در داخل کشور نیز با روش‌هایی مانند پیچش الیاف، SMC و قالب بسته تولید می‌شوند. انتظار می‌رود صنعت کامپوزیت‌ها در سال‌های آتی در ایران رشد بیشتری داشته باشد، هرچند چالش‌هایی مانند افزایش هزینه‌ها و نیاز به تکنولوژی‌های پیشرفته‌تر نیز وجود دارد.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/3d-printing/composite

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.