دانلود مقاله صنعت کامپوزیت

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: 1- فلز پایه 2- 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 .

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 .

سپاس‏گذاری با سپاس و قدردانی از استاد گرامی جناب آقای مهندس زهیر سراجان و جناب آقای مهندس حاجی صفری که از راهنمائیهای خالصانه ایشان درانجام این پروژه بهره‏مندشدیم و نیز مدیریت محترم گروه مهندسی مواد جناب آقای مهندس حسین زاده که در طی دوران تحصیل اینجانب را یاری نمودند.

فهرست مطالب عنوان صفحه 1- فصل اول: مقدمه 1 2- فصل دوم: مروری بر منابع 4 1-2- کامپوزیت های دارای ذرات ریز 5 1-1-2- خواص کامپوزیت های ذره ای 9 2-1-2- انواع کامپوزیت های ذره ای از لحاظ جنس تقویت کننده 9 2-2- کامپوزیت های تقویت شده با الیاف 11 1-2-2- خواص کامپوزیت های تقویت شده با الیاف 13 2-2-2- خصوصیات کامپوزیت های تقویت شده 15 3-2- مختصر در مورد آلومینیوم 24 4-2- سرامیک های پیشرفته 26 5-2- توضیحات مختصر در مورد آزمون مکانیکی 27 1-5-2- آزمون سختی 27 2-5-2- آزمون کشش 29 2-5-3- آزمون تخلخل سنجی 30 3- فصل سوم: روش انجام آزمایش 32 4- فصل چهارم: تحلیل نتایج 50 1-4- نتایج حاصل از آزمون نونه AX 52 2-4- نتایج حاصل از آزمون نونه BX 54 3-4- نتایج حاصل از آزمون نونه CX 56 4-4- نتایج حاصل از آزمون نونه DX 58 5-4- نتایج حاصل از آزمون نونه EX 60 6-4- نتایج حاصل از آزمون نونه AY 62 7-4- نتایج حاصل از آزمون نونه BY 64 8-4- نتایج حاصل از آزمون نونه CY 66 9-4- نتایج حاصل از آزمون نونه DY 68 10-4- نتایج حاصل از آزمون نونه EY 70 11-4- نتایج حاصل از آزمون نونه AZ 72 12-4- نتایج حاصل از آزمون نونه BZ 74 13-4- نتایج حاصل از آزمون نونه CZ 76 14-4- نتایج حاصل از آزمون نونه DZ 78 15-4- نتایج حاصل از آزمون نونه EZ 80 5- فصل پنجم: تفسیر نتایج 100 نتیجه گیری 109 پیشنهادات 110 منابع 111 فهرست شکل ها عنوان صفحه 2-1- فرم های مختلف ساختارهای کامپوزیت 5 2-2- فرآیند ریخته گری کامپوزیت 12 2-3- نمایش تنش کششی و برشی 15 2-4- ساختار کامپوزیت لایه ای 19 2-5- کامپوزیت تقویت کننده شده با الیاف 19 2-6- نمونه آزمون کشش 30 3-1- نمونه آزمون کشش 47 4-1- ساختار AX 53 4-2- ساختار BX 55 4-3- ساختار CX 57 4-4- ساختار DX 59 4-5- ساختار EX 61 4-6- ساختارAY 63 4-7- ساختارBY 65 4-8- ساختارCY 67 4-9- ساختارDY 69 4-10- ساختار EY 71 4-11- ساختار AZ 73 4-12- ساختارBZ 75 4-13- ساختار CZ 77 4-14- ساختار DZ 79 4-15- ساختارEZ 81 فهرست نمودارها عنوان صفحه 2-1- مقایسه بین استحکام تسیلم 7 2-2- تأثیر خاک رس برخواص 11 2-3- نمودار تنش – کرنش 14 2-4- ازدیاد طول شیشه 16 4-1- نمودار کشش AX 52 4-2- نمودار کشش BX 54 4-3- نمودار کشش CX 56 4-4- نمودار کشش DX 58 4-5- نمودار کشش EX 60 4-6- نمودار کشش AY 62 4-7- نمودار کشش BY 64 4-8- نمودار کششCY 66 4-9- نمودار کششDY 68 4-10- نمودار کششEY 70 4-11- نمودار کشش AZ 72 4-12- نمودار کششBZ 74 4-13- نمودار کششCZ 76 4-14- نمودار کششDZ 78 4-15- نمودار کشش EZ 80 4-16- منحنی بر حسب SiC در سرعت 400 82 4-17- منحنی بر حسب SiC در سرعت 800 84 4-18- منحنی بر حسب SiC در سرعت 1200 86 4-19- تنش بر حسب SiC در سرعت 400 88 4-20- تنش بر حسب SiC در سرعت 800 90 4-21- تنش بر حسب SiC در سرعت 1200 92 4-22- انرژی بر حسب SiC در سرعت 400 94 4-23- انرژی بر حسب SiC در سرعت 800 96 4-24- انرژی بر حسب SiC در سرعت 1200 98 فهرست جداول عنوان صفحه 2-1- مثالها و کاربردهای کامپوزیت 8 2-2- خواص الیاف 22 2-3- تأثیر مکانیزم های استحکام بخش در آلومینیوم 25 2-4- خواص سرامیک ها 27 4-1- درصد وزنی SiC 50 4-2- سرعت همزن 51 4-3- سختی نمونه AX 53 4-4- سختی نمونه BX 55 4-5- سختی نمونه CX 57 4-6- سختی نمونه DX 59 4-7- سختی نمونه EX 61 4-8- سختی نمونه AY 63 4-9- سختی نمونه BY 65 4-10- سختی نمونه CY 67 4-11- سختی نمونه DY 69 4-12- سختی نمونه EY 71 4-13- سختی نمونه AZ 73 4-14- سختی نمونه BZ 75 4-15- سختی نمونه CZ 77 4-16- سختی نمونه DZ 79 4-17- سختی نمونه EZ 81 4-18- سختی بر حسب SiC سرعت 400 82 4-19- بیشترین و کمترین سختی سرعت 400 83 4-20- تغییرات سختی 83 4-21- سختی بر حسب SiC سرعت 800 84 4-22- بیشترین و کمترین سختی سرعت 800 85 4-23- تغییرات سختی 85 4-24- سختی بر حسب SiC سرعت 1200 86 4-25- درصد تغییرات سختی 87 4-26- تنش شکست بر حسب SiC سرعت 400 88 4-27- بیشترین و کمترین تنش سرعت 400 89 4-28- تغییرات تنش سرعت 400 89 4-29- تنش بر حسب درصد SiC سرعت 800 90 4-30- بیشترین و کمترین تنش 91 4-31- تغییرات تنش سرعت 800 91 4-32- تنش بر حسب درصد SiC سرعت 1200 92 4-33- بیشترین و کمترین تنش 93 4-34- تغییرات تنش سرعت 1200 93 4-35- انرژی بر حسب SiC سرعت 400 94 4-36- بیشترین و کمترین تنش 95 4-37- تغییرات تنش سرعت 400 95 4-38- انرژی بر حسب SiC سرعت 800 96 4-39- بیشترین و کمترین تنش 97 4-40- درصد تغیرات انرژی سرعت 800 97 4-41- انرژی بر حسب SiC سرعت 1200 98 4-42- بیشترین و کمترین تنش 99 4-43- تغییرات انرژی سرعت 1200 99 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 پیچیده می شد.این طراحان سلاح های قرن دوازدهم، دقیقاً اصول طراحی کامپوزیت را می فهمیدند.

اخیراً بعضی از این قطعات موزه ای 700 ساله کشیده و آزمون شدند.

آنها از نظر قدرت حدود %80 کمانهای کامپوزیتی مدرن بودند.

در اواخر دهه 1800، 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 1870 تا 1890 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 1930 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 1943 و 1936 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 1940 با علاقه شدید به آن شروع شد و به سرعت در دهه 1950 توسعه یافت.

بیشتر روش های امروزی قالبگیری و فرایند انجام کار روی کامپوزیت ها در سال 1955 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 1946 و 1955 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 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 و یک یا چند ماده دیگر موسوم به ماده تقویت کنندههستند.

کامپوزیت ها از لحاظ شکل ماده تقویت کننده به سه گروه تقسیم بندی می شوند ذره‌ای، الیافی یا رشته ای ( پیوسته یا ناپیوسته ) و لایه ای.

شکل(2-1) 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 شکل 2-1- فرم های مختلف ساختارهای کامپوزیت دو فاز ی( الف ) ذره ای کروی شکل ،( ب ) الیافی به صورت میله هایی در جهتz (ج) لایه