عنوان :

مقاله صنعت کامپوزیت

تعداد صفحات : ۱۲۰

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

کامپوزیت ها 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 .

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 . 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 با افزایش درصد وزنی SiC  تا حدی به آلومینیوم خواص مکانیکی از قبیل سختی و استحکام را می توان بهبود بخشید ولی اگر بیش از حد باشد باعث ایجاد تجمعات SiC  در آلومینیوم می شود، که این امر خود باعث می شود خواص مکانیکی دوباره افت داشته باشند در مورد تعداد دور همزدن مخلوط مذاب نیز می توان گفت که هر چقدر مذاب با سرعت بالاتری همزده شود میزان تخلخل در مذاب بیشتر می شود به این خاطر که میزان هوای بیشتری از بیرون به داخل مذاب به وسیله همزن کشیده می شود و باعث ایجاد تردی در نمونه می شود ولی از یک سو هر چقدر سرعت همزدن بیشتر باشد باعث می شود که به خوبی ذرات SiC در مذاب پخش شوند، وخواص مکانیکی مناسبتری داشته باشیم پس می توان گفت هر چقدر میزان همزدن بیشتر شود خواص مکانیکی از جمله تنش سیلان بیشتری می شود ولی ماده نرمی خود را از دست می دهد یعنی میزان تغییر طول ای که در هنگام شکست انجام می دهد کمتر می شود .

واژه های کلیدی: کامپوزیت ها، فلز پایه، عامل تقویت کننده ، کاربیدسیلیکون، آلومینیوم، رفتار مکانیکی

فهرست مطالب

۱- فصل اول: مقدمه     ۱
۲- فصل دوم: مروری بر منابع     ۴
۱-۲- کامپوزیت های دارای ذرات ریز     ۵
۱-۱-۲- خواص کامپوزیت های ذره ای     ۹
۲-۱-۲- انواع کامپوزیت های ذره ای از لحاظ جنس تقویت کننده     ۹
۲-۲- کامپوزیت های تقویت شده با الیاف     ۱۱
۱-۲-۲- خواص کامپوزیت های تقویت شده با الیاف     ۱۳
۲-۲-۲- خصوصیات کامپوزیت های تقویت شده     ۱۵
۳-۲- مختصر در مورد آلومینیوم     ۲۴
۴-۲- سرامیک های پیشرفته     ۲۶
۵-۲- توضیحات مختصر در مورد آزمون مکانیکی     ۲۷
۱-۵-۲- آزمون سختی     ۲۷
۲-۵-۲- آزمون کشش    ۲۹
۲-۵-۳- آزمون تخلخل سنجی    ۳۰
۳- فصل سوم: روش انجام آزمایش     ۳۲
۴- فصل چهارم: تحلیل نتایج     ۵۰
۱-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه AX     ۵۲
۲-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه BX     ۵۴
۳-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه CX    ۵۶
۴-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه DX     ۵۸
۵-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه EX    ۶۰
۶-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه AY     ۶۲
۷-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه BY    ۶۴
۸-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه CY    ۶۶
۹-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه DY     ۶۸
۱۰-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه EY    ۷۰
۱۱-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه AZ     ۷۲
۱۲-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه BZ     ۷۴
۱۳-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه CZ    ۷۶
۱۴-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه DZ    ۷۸
۱۵-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه EZ    ۸۰
۵- فصل پنجم: تفسیر نتایج    ۱۰۰
نتیجه گیری    ۱۰۹
پیشنهادات    ۱۱۰
منابع    ۱۱۱

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،  ۱۳۸۱-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.

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[۱] 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[۲]  با نوعی لاک به نام شلاک[۳]، 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[۴] 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. صنعت کامپوزیت در اواخر دهه ۱۹۴۰ با علاقه شدید به آن شروع شد و به سرعت در دهه ۱۹۵۰ توسعه یافت. بیشتر روش های امروزی قالبگیری و فرایند انجام کار روی کامپوزیت ها در سال ۱۹۵۵ 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 ۱۹۴۶ و ۱۹۵۵ 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[۵] 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[۶] و یک یا چند ماده دیگر موسوم به ماده تقویت کننده[۷]هستند. کامپوزیت ها از لحاظ شکل ماده تقویت کننده به سه گروه تقسیم بندی می شوند ذره‌ای[۸]، الیافی یا رشته ای ( پیوسته یا ناپیوسته[۹] ) و لایه ای[۱۰]. شکل(۲-۱) 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

۱-۲- کامپوزیت های دارای ذرات ریز[۱]

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 پایه‌نیکل 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[۲]، 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 (۱-۲) علاوه بر ان مقاومت خزشی می تواند برتر از مقاومت خزشی فلزات و آلیاژها باشد .

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 (۲-۱) تعدادی از مواد کامپوزیتی زمینه فلزی را ارائه می دهد که با پراکنده سازی ذرات فاز دوم از طریق متالورژی پودر تولید شده‌اند .

۱-۱-۲- خواص کامپوزیت های ذره ای

خواص معینی از کامپوزیت ذره ای فقط به مقدار نسبی فازها وخواص هریک از اجزای تشکیل دهنده‌آن بستگی دارد.

در این رابطه  چگالی کامپوزیت و  چگالی   کسر حجمی هریک از اجزا هستند

 ۲-۱-۲- 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 .

[۱] _Particutate Composite

۱_Overage

۱_ Rosin

۲_Kraft

۳_Shellac

۱_Bakelhte

۱_Composite Materials

۲_Matrix

۳_Rein Forcement

۴_Particales

۵_Fibre

۶_Laminar

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .