آشنایی با صنعت کامپوزیت ها

 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: ۱- فلز پایه ۲- 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 .

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  پیچیده می شد.این طراحان سلاح های قرن دوازدهم، دقیقاً اصول طراحی کامپوزیت را می فهمیدند. اخیراً بعضی از این قطعات موزه ای ۷۰۰ ساله کشیده و آزمون شدند. آنها از نظر قدرت حدود %۸۰ کمانهای کامپوزیتی مدرن بودند. در اواخر دهه ۱۸۰۰، سازندگان کانو قایق های باریک و بدون بادبان و سکان، تجربه می کردند که با چسباندن لایه های کاغذ محکم کرافت   با نوعی لاک به نام شلاک ، 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 ۱۸۷۰ تا ۱۸۹۰ 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  بودند.در اوایل دهه ۱۹۳۰ 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 ۱۹۴۳ و ۱۹۳۶ 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.

فهرست مطالب

۱- فصل اول: مقدمه     1

۲- فصل دوم: مروری بر منابع     4
۱-۲- کامپوزیت های دارای ذرات ریز     5
۱-۱-۲- خواص کامپوزیت های ذره ای     9
 2-1-2- انواع کامپوزیت های ذره ای از لحاظ جنس تقویت کننده     9
۲-۲- کامپوزیت های تقویت شده با الیاف     11
۱-۲-۲- خواص کامپوزیت های تقویت شده با الیاف     13
۲-۲-۲- خصوصیات کامپوزیت های تقویت شده     15
۳-۲- مختصر در مورد آلومینیوم     24
۴-۲- سرامیک های پیشرفته     26
۵-۲- توضیحات مختصر در مورد آزمون مکانیکی     27
۱-۵-۲- آزمون سختی     27
۲-۵-۲- آزمون کشش    29
۲-۵-۳- آزمون تخلخل سنجی    30

۳- فصل سوم: روش انجام آزمایش     32

۴- فصل چهارم: تحلیل نتایج     50
۱-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه AX     52
۲-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه BX     54
۳-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه CX    56
۴-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه DX     58
۵-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه EX    60   
۶-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه AY     62
۷-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه BY    64
۸-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه CY    66
۹-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه DY     68
۱۰-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه EY    70
۱۱-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه AZ     72
۱۲-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه BZ     74
۱۳-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه CZ    76
۱۴-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه DZ    78
۱۵-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه EZ    80

۵- فصل پنجم: تفسیر نتایج    100
نتیجه گیری    109
پیشنهادات    110
منابع    111
 

منابع:

۱- دوره‌آموزشی ساخت کامپوزیتها / نویسنده انجمن سازندگان مواد مرکب CFA، مترجم مسعود اسماعیلی ۱۳۸۱-ISBN964-7089-17-1
۲- متالورژی مکانیکی / جورج ای . دیتر ، ترجمه شهره شهیدی – تهران مرکز نشر دانشگاهی ، ISBN961-01-0548-1
۳-  اصول علم مواد / تألیف حسین تویسرکانی – اصفهان : دانشگاه صنعتی اصفهان ،مرکز نشر ، ۱۳۷۹-ISBN964-6029-77-9
۴- ریخته گری فلزات غیر آهنی / تألیف جلال حجازی – تهران آزاد . ۱۳۸۰-ISBN964-6204-78-3
۵- تکنولوژی و کاربرد کامپوزیت/ تألیف مهندس جمشیدقضاتی مصلح آبادی– تهران انتشارات دانش و فن،  1381-ISBN964-6471-42-0
۶-  ساخت کامپوزیت ها(محصول ،مواد و مهندسی فرایند ) /  تالیف دکتر سا نجی مزومدار –ترجمه  مهندس علی رسولی – تبریز انتشارات دانیال . ۱۳۸۳ISBN 964-90286-1-7
۷- ساختار،خواص و کاربرد آلیاژهای مهندسی / تالیف ویلیام اسمیت-ترجمه دکتر علی اکبر اکرامی و دکتر سید مرتضی سید ریحانی – موسسه انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف.۱۳۸۱ISBN964-6379-71-0
۸- فرشاد اخلاقی،حسن محمدی مقالکی و سید علیرضا لاجوردی ،”تولید کامپوزیت های Al/SiC به روش گردابی “،دوازدهمین سمینار سالیانه جامعه ریخته گران ایران ،دانشگاه تهران –دانشکده فنی ،ص ۱۹۱.
۹-Han,G.Pollar,”Stress-induced microstructual defects in a 15%SiC aluminium alloy metall matrix composite,”Mat.Sci.Letters ,1992,vol.11,P.44.
۱۰-S.V.Kamat,Plastics deformation in Al-Alloy matrix-alumina particulate composites “,Script.metall.1991,Vol .25,P.27.
 
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.