Көміртекті талшық және алюминий

Көміртек талшығы алюминийдің қолданыстағы сан алуан түрлерін алмастырады және мұны соңғы бірнеше онжылдықта қолданып келеді. Бұл талшықтар ерекше беріктігі мен қаттылығымен танымал және өте жеңіл. Көміртекті талшықтың жіптері әртүрлі шайырлармен біріктіріліп, композициялық материалдар жасайды. Бұл композициялық материалдар талшықтың да, шайырдың да қасиеттерін пайдаланады. Бұл мақалада көміртегі талшығының алюминийге қарсы қасиеттерін, әр материалдың кейбір оң және теріс жақтарын салыстыру қарастырылған.

Алюминиймен өлшенген көміртекті талшық

Төменде екі материалды салыстыру үшін қолданылатын әртүрлі қасиеттердің анықтамалары келтірілген:

Серпімділік модулі = Материалдың «қаттылығы». Материал үшін кернеулер мен кернеулердің арақатынасы. Материалдың икемді аймағындағы кернеу мен деформация қисығының көлбеуі.

Шекті созылу беріктігі = материал сынғанға дейін шыдай алатын максималды кернеу.

Тығыздық = материалдың көлем бірлігіне массасы.

Меншікті қаттылық = Серпімділік модулі материалдың тығыздығына бөлінеді. Материалдарды бір-біріне ұқсамайтын тығыздықпен салыстыру үшін қолданылады.

Меншікті созылу беріктігі = Созылу беріктігі материалдың тығыздығына бөлінеді.

Осы ақпаратты ескере отырып, келесі диаграмма көміртекті талшық пен алюминийді салыстырады.

Ескерту: бұл сандарға көптеген факторлар әсер етуі мүмкін. Бұл жалпылау; абсолютті өлшемдер емес. Мысалы, әр түрлі көміртекті талшықтардың материалдары жоғары қаттылықпен немесе беріктікпен қол жетімді, көбінесе басқа қасиеттердің төмендеуіне байланысты.

Өлшеу Көміртекті талшық Алюминий Көміртек / алюминий
Салыстыру
Серпімділік модулі (E) GPa 70 68.9 100%
Созылу күші (σ) МПа 1035 450 230%
Тығыздығы (ρ) г / см3 1.6 2.7 59%
Ерекше қаттылық (E / ρ) 43.8 25.6 171%
Меншікті созылу беріктігі (σ / ρ) 647 166 389%

Бұл диаграмма көміртекті талшықтың созылу кезіндегі беріктігі алюминийден шамамен 3,8 есе, ал қатаңдығы алюминийден 1,71 есе үлкен екенін көрсетеді.

Көміртекті талшық пен алюминийдің жылу қасиеттерін салыстыру

Көміртекті талшық пен алюминий арасындағы айырмашылықты көрсететін тағы екі қасиет - термиялық кеңею және жылу өткізгіштік.

Термиялық кеңею температура өзгерген кезде материалдың өлшемдері қалай өзгеретінін сипаттайды.

Өлшеу Көміртекті талшық Алюминий Алюминий / көміртек
Салыстыру
Термиялық кеңейту 2 in / in / ° F 13 in / in / ° F 6.5

Алюминий көміртекті талшықтың шамамен алты есе кеңеюіне ие.

Артықшылықтары мен кемшіліктері

Жетілдірілген материалдар мен жүйелерді жобалағанда инженерлер нақты қосымшалар үшін қандай материал қасиеттерінің маңызды екенін анықтауы керек. Салмақтан жоғары салмаққа немесе қаттылықтан салмаққа үлкен мән болғанда, көміртек талшығы айқын таңдау болады. Құрылымдық дизайн тұрғысынан қосымша салмақ өмірлік циклдарды қысқартуы немесе нашар өнімділікке әкелуі мүмкін болса, дизайнерлер көміртегі талшығын құрылыс материалы ретінде жақсы деп санауы керек. Қаттылық қажет болғанда, қажетті сипаттамаларды алу үшін көміртекті талшық басқа материалдармен оңай қосылады.

Көміртек талшығының төмен жылулық кеңею қасиеттері жоғары дәлдікті қажет ететін өнімдерді жасау кезінде айтарлықтай артықшылығы болып табылады, және температура ауытқып тұратын жағдайларда өлшемдік тұрақтылық: оптикалық құрылғылар, 3D сканерлер, телескоптар және т.б.

Көміртекті талшықты қолданудың бірнеше кемшіліктері де бар. Көміртекті талшық бермейді. Жүктеме кезінде көміртекті талшық майысады, бірақ жаңа пішінге (серпімді) тұрақты сәйкес келмейді. Көміртекті талшық материалының созылу шегі жоғары болғаннан кейін көміртек талшығы кенеттен сәтсіздікке ұшырайды. Инженерлер бұл әрекетті түсініп, өнімді жобалау кезінде оны ескеру үшін қауіпсіздік факторларын қамтуы керек. Көміртекті талшықтардың бөлшектері алюминийден гөрі айтарлықтай қымбат, себебі көміртекті талшықтарды өндіруге кететін шығындар жоғары және композициялық бөлшектерді жасаудың үлкен шеберлігі мен тәжірибесі бар.


Хабарлама уақыты: 24-маусым-2021