سمینار فرآوری و خواص کامپوزیت زمینه فلزی رشته ای با روشهای حالت جامد

فهرست سرفصل مطالب

چکیده

مقدمه

فصل اول: مروری بر کامپوزیت های زمینه فلزی

فصل دوم: مروری بر روش های فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی

فصل سوم : روش های فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای در حالت جامد

فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادها

منابع و ماخذ

چکیده انگلیسی

فهرست جدول ها

فهرست شکل ها

---------------

فراوری و خواص کامپوزیتهای زمینه فلزی رشته ای از طریق روشهای حالت جامد

چکیده

کامپوزیت های زمینه فلزی به دلیل داشتن خواصی از قبیل استحکام و سفتی ویژه بالا در سال های اخیر همواره مورد توجه محققین بوده و در صنایعی از قبیل خودرو سازی و هوافضا مورد استفاده قرار می گیرند. در این بین کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای به خاطر ویژگی های منحصر به فردشان از جایگاه ویژه ای در میان کامپوزیت های زمینه فلزی برخوردارند . یکی از موانع پیش روی توسعۀ این دسته از کامپوزیت های زمینه فلزی، پیچیدگی و مشکلات فراوری آنها می باشد. به دلیل نقطه ذوب نسبتاً بالای اغلب ماتریس های فلزی و نیز به خاطر مشکلات موجود در دمای بالا، روش های حالت جامد برای فراوری این دسته از کامپوزیت ها توسعه یافته اند. روش های متداول فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای در حالت جامد اغلب شامل فرایندهای فویل -الیاف-فویل، پوشش دهی تک نوارها با فاز زمینه، پوشش دهی الیاف با فاز زمینه و روش های متالورژی پودر دوغابی می باشند. روش های متالورژی پودر دوغابی اغلب بر اساس تکنیک ریخته گری نواری و بر مبنای روش پودر -پارچه پایه گ ذاری شده اند. این روش ها شامل فرایندهای پودر -الیاف-پودر، پوشش دهی تک نوارها با پودر و پوشش دهی الیاف با پودر می باشند. به طور کلی هر یک از روش های ذکر شده دارای مزایا و محدودیت هایی هستند، لذا بر اساس خواص مورد نیاز و نیز امکانات در دسترس، می توان با کمک یکی از روش های فوق کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای را فراوری نمود

مقدمه

امروزه تحقیقات متعددی در رابطه با مواد نو انجام می شود . دسته ای از این مواد، کامپوزیت های زمینه فلزی هستند، که در چند سال اخیر بسیار مورد توجه محققین قرار داشته و در حال توسعه می باشند. کامپوزیت های زمینه فلزی با بهره گیری از دو فاز سرامیکی و فلزی دارای ویژگی هایی از قبیل استحکام و سفتی ویژه بالا می باشند. یکی از انواع دسته بندی کامپوزیت های زمینه فلزی، طبقه بندی آنها بر اساس نوع و شکل فاز تقویت کننده می باشد. بر این اساس اگر کامپوزیت توسط الیاف پیوسته سرامیکی تقویت شده باشد، به آن کامپوزیت زمینه فلزی رشته ای گفته می شود. کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای، به دلیل اینکه فاز تقویت کننده در آنها به طور پیوسته در فاز زمینه قرار می گیرد، دارای خواص و ویژگی های منحصر به فردی می باشند. این دسته از کامپوزیت های زمینه فلزی، دارای استحکام و سفتیِ بیشتری نسبت به کامپوزیت های زمینه فلزی با فاز تقویت کننده غیر پیوسته هستند. از طرفی در کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای، به دلیل اینکه الیاف تقویت کننده در جهات خاصی در فاز زمینه قرار می گیرند، لذا دارای خواص آنیزوتروپیک می باشند. به طور کلی کامپوزیت های زمینه فلزی در صنایعی از قبیل هوافضا و خودروسازی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند .

در کامپوزیت های زمینه پلیمری، استفاده از فاز تقویت کننده پیوسته چندان مشکل نبوده، لذا در ساخت این دسته از کامپوزیت ها اغلب از الیاف پیوسته استفاده می شود. اما در کامپوزیت های زمینه فلزی به دلیل بالا بودن دمای فراوری کامپوزیت، استفاده از الیاف تقویت کننده پیوسته مشکل تر بوده، لذا محدودیت هایی در استفاده از روش های حالت مایع (ذوبی) وجود دارد. بر این اساس روش های فراوری حالت جامد دردست توسعه قرار گرفته اند. از طرفی اغلب روش های فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی در حالت جامد، مخصوص کامپوزیت هایی با فاز تقویت کننده غیر پیوسته هستند، زیرا فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای، پیچیده تر و مشکل تر می باشد. به طور کلی روش های محدودی جهت فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای در حالت جامد وجود دارد که در این سمینار به آنها اشاره شده است.

کامپوزیت های زمینه فلزی

کلیات و تاریخچه ای از کامپوزیت های زمینه فلزی

کامپوزیت های زمینه فلزی همانند سایر انواع کامپوزیت ها، دست کم از دو فاز، که از لحاظ فیزیکی و شیمیایی از هم مجزا هستند، تشکیل شده و دارای خواصی می باشند که هر یک از این فازها به تنهایی فاقد آن هستند . در این دسته از کامپوزیت ها معمولاً دو فاز وجود دارد، که یک فاز مانند الیاف و یا ذرات در داخل یک زمینه فلزی توزیع شده است . به طور مثال می توان از کامپوزیت زمینه آلومینیمیِ تقویت شده با الیاف پیوسته Al2O3 نام برد که از آن در خطوط انتقال نیرو استفاده می شود. به عنوان مثال های دیگر می توان از کامپوزیت زمینه مسی با فیلامنت تقویت کننده Ti-Nb ،که در ساخت قطعات مغناطیسی ابر رسانا از آنها استفاده می شود و نیز کامپوزیت زمینه آلومینیمی تقویت شده با ذرات SiC ،که در صنایع هوافضا، خودروسازی و کاربردهای مدیریت گرما مورد استفاده قرار می گیرد، نام برد. در شکل (1-1) ریز ساختار یک کامپوزیت SiC/Al نشان داده شده است

طبقه بندی روش های فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی

همان طور که در فصل قبل اشاره شد، روش فراوری و تولید کامپوزیت های زمینه فلزی می تواند اثر تعیین کننده ای در خواص نهایی محصول بدست آمده داشته باشد، لذا با توجه به خواص مورد نیاز و نیز کاربرد قطعه کامپوزیتی، می بایست روش مناسب فراوری یک کامپوزیت زمینه فلزی انتخاب گردد .

مواد کامپوزیتی زمینه فلزی را می توان با روش ها و تکنیک های مختلفی تهیه و تولید کرد . به منظور انتخاب یک روش مهندسی مناسب برای تولید کامپوزیت های زمینه فلزی، می بایست کمیت و توزیع فاز تقویت کننده (ذرات و الیاف)، آلیاژ زمینه و نیز کاربردهای کامپوزیت را مورد توجه قرار داد .

از طرفی در انتخاب فرایند تولید هر کامپوزیت زمینه فلزی، فاکتورهای متعددی در بهبود خواص کامپوزیت موثر هستند که باید رعایت شوند، برخی از این عوامل عبارتند از :

.1 کم کردن صدمات وارده و حفظ استحکام فاز تقویت کننده

.2 ارتقاء میزان ترشوندگی و اتصال میان فاز زمینه و تقویت کننده

3. انعطاف پذیری، که امکان پشت بندی فاصله بندی و جهت گیری مناسب فاز تقویت کننده را در داخل فاز زمینه فراهم می کند.

روش های فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای در حالت جامد

مقدمه

به طور کلی از مجموع روش های فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی، تنها تعداد محدودی روش وجود دارد که به کمک آنها می توان کامپوزیت های زمینه فلزی با الیاف پیوسته را فراوری کرد . این امر اغلب به خاطر پیچیده تر بودن فرایند تولید این دسته از کامپوزیت های زمینه فلزی و کاربرد خاص آنها می باشد. در شکل (1-3) روش های متداول فراوری کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای نشان داده شده است

از طرفی اغلب روش های تولید کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای در حالت جامد را، بر اساس تکنیک های پیش فراوری، می توان در چهار گروه اصلی تقسیم بندی کرد؛ این روش ها، در حقیقت راه های کنار هم قرار دادن الیاف و فاز زمینه قبل ازعملیات تثبیت و متراکم سازی می باشد این روش ها که در شکل های ( 2-3) و (3-3) نشان داده شده اند، عبارتند از :

- روش فویل - فویل - الیاف

- روش پوشش دهی تک نوارها با فاز زمینه

- روش پوشش دهی الیاف با فاز زمینه

این سه روش در واقع شکل های مختلف روش اتصال نفوذی می باشند، که به کمک آنها کامپوزیت های زمینه فلزی رشته ای و یا لایه ای در حالت جامد فراوری می شوند . در این روش ها اجزاء فاز زمینه و فاز تقویت کننده با تکنیک های خاصی در محفظه ای بر روی هم قرار گرفته و در مرحله بعد در اثر اعمال فشار مکانیکی در دمای بالا به هم متصل می شوند. این اتصال به کمک نفوذ انجام می گیرد و در واقع نفوذ متقابل اتم ها، در دمای بالا، از یک سطح تمیز فلزی که در تماس با سطح تمیز دیگر است، باعث ایجاد اتصال می گردد

...