סיבי פחמן לעומת אלומיניום

סיבי פחמן מחליפים את האלומיניום במגוון הולך וגדל של יישומים ועושים זאת בעשורים האחרונים. סיבים אלה ידועים בכוחם ובקשיחותם יוצאי הדופן והם גם קלים במיוחד. קווצות סיבי פחמן משולבות עם שרפים שונים ליצירת חומרים מרוכבים. חומרים מרוכבים אלה מנצלים את התכונות של סיבים ושל שרף. מאמר זה מספק השוואה בין המאפיינים של סיבי פחמן לעומת אלומיניום, יחד עם כמה יתרונות וחסרונות של כל חומר.

סיבי פחמן לעומת אלומיניום נמדדים

להלן ההגדרות של המאפיינים השונים המשמשים להשוואת שני החומרים:

מודולוס של גמישות = "נוקשות" של חומר. היחס בין לחץ למתח לחומר. שיפוע עקומת המתח לעומת המתח עבור חומר באזור האלסטי שלו.

חוזק מתיחה אולטימטיבי = הלחץ המרבי שחומר יכול לעמוד בו לפני השבירה.

צפיפות = מסת החומר ליחידת נפח.

נוקשות ספציפית = מודולסטיות של גמישות חלקי צפיפות החומר. משמש להשוואת חומרים עם צפיפות שונה.

חוזק מתיחה ספציפי = חוזק מתיחה חלקי צפיפות החומר.

בהתחשב במידע זה, התרשים הבא משווה סיבי פחמן ואלומיניום.

הערה: גורמים רבים יכולים להשפיע על מספרים אלה. אלה הכללות; לא מדידות מוחלטות. לדוגמה, חומרים שונים של סיבי פחמן זמינים עם קשיחות או חוזק גבוהים יותר, לרוב עם פיתרון בהפחתת תכונות אחרות.

מדידה סיבי פחמן אֲלוּמִינְיוּם פחמן / אלומיניום
השוואה
מודולוס של גמישות (E) GPa 70 68.9 100%
חוזק מתיחה (σ) MPa 1035 450 230%
צפיפות (ρ) g / cm3 1.6 2.7 59%
נוקשות ספציפית (E / ρ) 43.8 25.6 171%
חוזק מתיחה ספציפי (σ / ρ) 647 166 389%

תרשים זה מראה כי סיבי פחמן הם בעלי חוזק מתיחה ספציפי של פי 3.8 מזה של אלומיניום וקשיחות ספציפית של פי 1.71 מאלומיניום.

השוואת תכונות תרמיות של סיבי פחמן ואלומיניום

שתי תכונות נוספות המראות את ההבדלים בין סיבי פחמן לאלומיניום הן התרחבות תרמית ומוליכות תרמית.

התפשטות תרמית מתארת ​​כיצד ממדי החומר משתנים כאשר הטמפרטורות משתנות.

מדידה סיבי פחמן אֲלוּמִינְיוּם אלומיניום / פחמן
השוואה
התפשטות תרמית 2 ב / ב / מעלות צלזיוס 13 ב / ב / ° F 6.5

לאלומיניום יש פי שש מההתרחבות התרמית של סיבי פחמן.

יתרונות וחסרונות

בעת תכנון חומרים ומערכות מתקדמים, על המהנדסים לקבוע אילו מאפייני חומר הם החשובים ביותר ליישומים ספציפיים. כאשר יש חשיבות לחוזק גבוה למשקל או לנוקשות גבוהה למשקל, סיבי פחמן הם הבחירה המתבקשת. מבחינת תכנון מבני, כאשר משקל נוסף יכול לקצר את מחזורי החיים או להוביל לביצועים גרועים, על המעצבים להסתכל על סיבי פחמן כחומר הבניין הטוב יותר. כאשר קשיחות חיונית, סיבי פחמן משולבים בקלות עם חומרים אחרים כדי להשיג את המאפיינים הדרושים.

מאפייני התפשטות תרמית נמוכים של סיבי פחמן הם יתרון משמעותי בעת יצירת מוצרים הדורשים דיוק גבוה, ויציבות ממדית בתנאים בהם הטמפרטורה משתנה: מכשירים אופטיים, סורקי תלת מימד, טלסקופים וכו '.

יש גם כמה חסרונות בשימוש בסיבי פחמן. סיבי פחמן אינם מניבים. תחת עומס, סיבי פחמן יתכופפו אך לא יתאימו באופן קבוע לצורה החדשה (אלסטית). ברגע שעולה על חוזק המתיחה האולטימטיבי של חומר סיבי הפחמן, נכשל פתאום סיבי הפחמן. על המהנדסים להבין התנהגות זו ולכלול גורמי בטיחות שיחשבו עליה בעת תכנון מוצרים. חלקי סיבי פחמן גם יקרים משמעותית מאלומיניום בגלל העלות הגבוהה לייצור סיבי פחמן והמיומנות והניסיון הרב הכרוכים ביצירת חלקים מרוכבים איכותיים.


זמן פרסום: 24 ביוני 24-2021