Znanstveniki iz Chernogolovke so ugotovili, kako moč vezi med aluminijasto matriko in ogljikovimi vlakni vpliva na trdnost karbonsko-aluminijevih kompozitov. Izkazalo se je, da njegovo oslabitev poveča trdnost materiala kot celote in ga naredi bolj odpornega na širjenje razpok. Rezultati dela bodo pomagali razviti nove kompozite, ki bodo nadomestili kovinske komponente v letalski in vesoljski industriji. Študija je bila podprta z donacijo Ruske znanstvene fundacije.
Ogljikova vlakna ali preprosto ogljikova vlakna so sestavljena iz tankih pramenov amorfnega ogljika in so znana po svoji moči, lahkosti, pomanjkanju toplotnega raztezanja in kemični odpornosti. Zaradi tega je obetavna osnova za letalske in vesoljske materiale. Običajno se uporablja za ojačitev plastične matrice v kompozitih iz ogljikovih vlaken. Vendar pa veliko pogonskih enot letal ni mogoče izdelati iz tega materiala zaradi nizke odpornosti proti razpokam. Krhko plastiko lahko zamenjamo z lahkim in nodularnim aluminijem ali njegovo zlitino.
»Poleg vlakna in matrice k mehanskim lastnostim kompozita prispeva tudi njihov vmesnik. Če je trdnost vezi med njima previsoka, nič ne bo preprečilo širjenja razpoke v takem materialu, posledično bo prezgodaj propadel. Pri našem delu smo predlagali nov pristop za oslabitev vmesnika z izbiro materiala matrike. V primerjavi z drugimi uporabljenimi metodami se je naša metoda izkazala za veliko bolj učinkovito, enostavnejšo in cenejšo. Upam, da nam bo to omogočilo, da ga čim prej implementiramo v končni izdelek,« pravi Sergej Gališev, vodja projekta Ruske znanstvene fundacije, kandidat tehničnih znanosti, višji raziskovalec na Inštitutu za fiziko trdnega telesa Yu. A. Osipyan Ruske akademije znanosti.
Raziskovalci z Inštituta za fiziko trdnega telesa RAS in Inštituta za strukturno makrokinetiko in probleme znanosti o materialih po imenu AG Merzhanov RAS (Chernogolovka) so analizirali, katere snovi je mogoče dodati aluminiju, tako da je vez med matriko in vlaknom manj močna kot v primeru uporabe čistega aluminija. Izbira je padla na kositer - dobro se meša z aluminijem v tekoči fazi, vendar z njim ne tvori novih spojin, pa tudi z ogljikom (tudi v procesu izdelave kompozita pri temperaturah nad 600 ° C). Avtorji so izmerili mehanske lastnosti materialov z različno vsebnostjo kositra v matrici, njegova največja koncentracija je bila 50 atomskih odstotkov (za njihov izračun se ne uporablja masa, temveč število atomov).
Izkazalo se je, da se lastnosti kompozita spreminjajo skoraj linearno s povečanjem količine kositra: moč matrice in vmesnika se je zmanjšala, vendar se je trdnost celotnega materiala povečala s 1450 na 2365 MPa (za primerjavo, najmočnejši aluminijeve zlitine imajo trdnost največ 850 MPa). To odvisnost razlagamo z bolj enakomerno porazdelitvijo obremenitve na vlakno in nižjo koncentracijo napetosti na koncu morebitne razpoke. Z drugimi besedami, to je mogoče razložiti z dejstvom, da je šibka meja neke vrste mehanska varovalka za širjenje razpok. Slednji doseže točko stika med komponentami kompozita, vendar ne gre po začetni poti, temveč vzdolž meje. Sprememba smeri zahteva energijo, nadaljnje širjenje razpok pa je za sistem nedonosno.
»Verjamemo, da je z legiranjem matrice s kositrom in drugimi elementi mogoče dodatno povečati trdnost kompozita ogljik-aluminij, kar bo naša skupina testirala v naslednjih poskusih. Za to je veliko predpogojev, na primer najmočnejši vzorec, ki smo ga uspeli pridobiti do danes, ima moč skoraj 3000 MPa,« povzema Oleg Averičev, kandidat tehničnih znanosti, raziskovalec na ISMAN RAS.
Uporabljeni so bili materiali članka "Vpliv vsebnosti kositra na trdnost kompozitne žice iz ogljikovih vlaken/Al-Sn-matrix"; Sergej Gališev, Valerij Orlov, Bulat Atanov, Evgenij Kolivanov, Oleg Averičev, Tigran Akopdžanjan; Revija Metals, posebna izdaja Aluminijeve in magnezijeve zlitine in kompoziti: oblikovanje, priprava in obdelava, december 2021
bbabo.Net