Fibra karboni vs alumini

Fibra e karbonit po zëvendëson aluminin në një larmi në rritje aplikimesh dhe e ka bërë këtë për dekadat e fundit. Këto fibra janë të njohura për forcën dhe ngurtësinë e tyre të jashtëzakonshme dhe janë gjithashtu jashtëzakonisht të lehta. Fijet e fibrave të karbonit kombinohen me rrëshira të ndryshme për të krijuar materiale të përbëra. Këto materiale të përbërë përfitojnë nga vetitë e fibrave dhe rrëshirës. Ky artikull ofron një krahasim të vetive të fibrave të karbonit kundrejt aluminit, së bashku me disa pro dhe kundër të secilit material.

Fibra e karbonit vs alumini e matur

Më poshtë janë përcaktimet e vetive të ndryshme të përdorura për të krahasuar dy materialet:

Moduli i elasticitetit = "ngurtësia" e një materiali. Raporti i stresit ndaj sforcimit për një material. Pjerrësia e kurbës së tensionit vs sforcimit për një material në rajonin e tij elastik.

Forca e tërheqjes përfundimtare = sforcimi maksimal që një material mund të përballojë përpara se të thyhet.

Dendësia = masa e materialit për njësi të vëllimit.

Ngurtësi specifike = Moduli i elasticitetit i ndarë nga dendësia e materialit. Përdoret për krahasimin e materialeve me dendësi të pangjashme.

Rezistencë specifike në tërheqje = Rezistenca në tërheqje e ndarë nga dendësia e materialit.

Me këtë informacion në mendje, grafiku i mëposhtëm krahason fibra karboni dhe alumini.

Shënim: Shumë faktorë mund të ndikojnë në këto numra. Këto janë përgjithësime; jo matje absolute. Për shembull, materiale të ndryshme me fibra karboni janë në dispozicion me ngurtësi ose forcë më të lartë, shpesh me një shkëmbim në zvogëlimin e vetive të tjera.

Matja Fiber karboni Alumini Karboni / Alumini
Krahasimi
Moduli i elasticitetit (E) GPa 70 68.9 100%
Rezistenca në tërheqje (σ) MPa 1035 450 230%
Dendësia (ρ) g / cm3 1.6 2.7 59%
Ngurtësi specifike (E / ρ) 43.8 25.6 171%
Rezistencë specifike në tërheqje (σ / ρ) 647 166 389%

Kjo tabelë tregon se fibrat e karbonit kanë një forcë tërheqëse specifike afërsisht 3.8 herë më të lartë se ajo të aluminit dhe një ngurtësi specifike prej 1.71 herë atë të aluminit.

Krahasimi i vetive termike të fibrave të karbonit dhe aluminit

Dy veti të tjera që tregojnë ndryshimet midis fibrave të karbonit dhe aluminit janë zgjerimi termik dhe përçueshmëria termike.

Zgjerimi termik përshkruan se si ndryshojnë dimensionet e një materiali kur ndryshojnë temperaturat.

Matja Fiber karboni Alumini Alumini / karboni
Krahasimi
Zgjerimi termik 2 në / në / ° F 13 në / në / ° F 6.5

Alumini ka afërsisht gjashtë herë zgjerimin termik të fibrave të karbonit.

Pro dhe kundra

Kur dizajnojnë materiale dhe sisteme të përparuara, inxhinierët duhet të përcaktojnë se cilat veti të materialit janë më të rëndësishme për aplikime specifike. Kur ka rëndësi forca e lartë në peshë ose ngurtësia e lartë në peshë, fibra karboni është zgjedhja e dukshme. Për sa i përket dizajnit strukturor, kur pesha e shtuar mund të shkurtojë ciklet e jetës ose të çojë në performancë të dobët, projektuesit duhet të shikojnë tek fibrat e karbonit si materiali më i mirë i ndërtimit. Kur qëndrueshmëria është thelbësore, fibra karboni kombinohet lehtësisht me materiale të tjera për të marrë karakteristikat e nevojshme.

Karakteristikat e ulëta të zgjerimit termik të fibrave të karbonit janë një avantazh i rëndësishëm kur krijoni produkte që kërkojnë një shkallë të lartë saktësie dhe qëndrueshmëri dimensionale në kushtet ku luhaten temperaturat: pajisje optike, skanera 3D, teleskopë, etj.

Ka edhe disa disavantazhe në përdorimin e fibrave të karbonit. Fibra e karbonit nuk jep. Nën ngarkesë, fibra karboni do të përkulet, por nuk do të përputhet përgjithmonë me formën e re (elastike). Sapo të tejkalohet forca përfundimtare në tërheqje e materialit me fibra karboni, fibra karboni dështon papritmas. Inxhinierët duhet ta kuptojnë këtë sjellje dhe të përfshijnë faktorë sigurie për ta llogaritur atë gjatë dizajnimit të produkteve. Pjesët e fibrave të karbonit janë gjithashtu dukshëm më të shtrenjta se alumini për shkak të kostos së lartë për të prodhuar fibra karboni dhe aftësive dhe përvojës së madhe të përfshirë në krijimin e pjesëve të përbëra me cilësi të lartë.


Koha e postimit: Qershor-24-2021