Chernogolovka'dan bilim adamları, alüminyum matris ve karbon fiber arasındaki bağın gücünün, karbon-alüminyum kompozitlerinin gücünü nasıl etkilediğini buldular. Zayıflamasının malzemenin bir bütün olarak gücünü arttırdığı ve onu çatlak yayılmasına karşı daha dirençli hale getirdiği ortaya çıktı. Çalışmanın sonuçları, havacılık ve uzay endüstrilerinde metal bileşenlerin yerini alacak yeni kompozitlerin geliştirilmesine yardımcı olacak. Çalışma, Rus Bilim Vakfı'ndan bir hibe ile desteklenmiştir.
Karbon fiber veya basitçe karbon fiber, amorf karbonun ince tellerinden oluşur ve gücü, hafifliği, termal genleşme olmaması ve kimyasal direnci ile bilinir. Bu, onu havacılık ve uzay malzemeleri için umut verici bir temel haline getiriyor. Tipik olarak, karbon fiber kompozitlerde plastik matrisi güçlendirmek için kullanılır. Ancak, düşük çatlama direnci nedeniyle bu malzemeden birçok uçak güç ünitesi yapılamaz. Kırılgan plastik, hafif ve sünek alüminyum veya alaşımı ile değiştirilebilir.
"Elyaf ve matrise ek olarak, ara yüzleri de kompozitin mekanik özelliklerine katkıda bulunuyor. Aralarındaki bağın gücü çok yüksekse, böyle bir malzemede çatlağın yayılmasını hiçbir şey engelleyemez, sonuç olarak erken başarısız olur. Çalışmamızda, matris malzemesini seçerek arayüzü zayıflatmak için yeni bir yaklaşım önerdik. Bunun için kullanılan diğer yöntemlere göre bizim yöntemimiz çok daha verimli, basit ve ucuz çıktı. Umarım bu, mümkün olan en kısa sürede bitmiş üründe uygulamamıza izin verir, ”diyor Rus Bilim Vakfı proje yöneticisi, Teknik Bilimler Adayı, Yu. A. Osipyan Katı Hal Fiziği Enstitüsü'nde kıdemli araştırmacı Sergey Galyshev Rusya Bilimler Akademisi'nden.
Katı Hal Fiziği Enstitüsü RAS ve AG Merzhanov RAS (Chernogolovka) adını taşıyan Yapısal Makrokinetik ve Malzeme Bilimi Sorunları Enstitüsü'nden araştırmacılar, matris ile elyaf arasındaki bağın alüminyuma hangi maddelerin eklenebileceğini analiz etti, böylece matris ve lif arasındaki bağ, alüminyumdan daha az güçlü oldu. saf alüminyum kullanılması durumunda. Seçim kalay üzerine düştü - sıvı fazda alüminyum ile iyi karışır, ancak onunla ve karbonla (600 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda bir kompozit üretme sürecinde bile) yeni bileşikler oluşturmaz. Yazarlar, matriste farklı kalay içeriğine sahip malzemelerin mekanik özelliklerini ölçtüler, maksimum konsantrasyonu atomik yüzde 50 idi (hesaplamaları için kütle değil, atom sayısı kullanıldı).
Kalay miktarındaki bir artışla kompozitin özelliklerinin neredeyse doğrusal olarak değiştiği ortaya çıktı: matrisin ve arayüzün gücü azaldı, ancak tüm malzemenin gücü 1450'den 2365 MPa'ya yükseldi (karşılaştırma için, en güçlüsü alüminyum alaşımları 850 MPa'dan fazla olmayan bir güce sahiptir). Bu bağımlılık, fiber üzerindeki yükün daha düzgün dağılımı ve olası bir çatlağın sonunda daha düşük stres konsantrasyonu ile açıklanmaktadır. Başka bir deyişle, bu, zayıf sınırın, çatlak yayılımı için bir tür mekanik sigorta olduğu gerçeğiyle açıklanabilir. İkincisi, kompozitin bileşenleri arasındaki temas noktasına ulaşır, ancak ilk yörünge boyunca değil, sınır boyunca gider. Yön değiştirmek enerji gerektirir ve daha fazla çatlak yayılımı sistem için karlı değildir.
"Matrisi kalay ve diğer elementlerle alaşımlayarak, grubumuzun sonraki deneylerde test edeceği karbon-alüminyum kompozitinin gücünü daha da artırmanın mümkün olduğuna inanıyoruz. Bunun için birçok ön koşul var, örneğin, bugüne kadar elde etmeyi başardığımız en güçlü örnek neredeyse 3000 MPa'lık bir güce sahip,” diye özetliyor ISMAN RAS araştırmacısı teknik bilimler adayı Oleg Averichev.
"Kalay İçeriğinin Bir Karbon Fiber/Al-Sn-Matriks Kompozit Telin Mukavemeti Üzerindeki Etkisi" makalesindeki malzemeler kullanıldı; Sergei Galyshev, Valery Orlov, Bulat Atanov, Evgeniy Kolyvanov, Oleg Averichev, Tigran Akopdzhanyan; Metals Magazine, Alüminyum ve Magnezyum Alaşımları ve Kompozitler Özel Sayısı: Şekillendirme, Hazırlama ve İşleme, Aralık 2021
bbabo.Net