Karbon Fiber ve Alüminyum

Karbon fiber, giderek artan çeşitli uygulamalarda alüminyumun yerini alıyor ve son birkaç on yıldır bunu yapıyor. Bu lifler, olağanüstü mukavemet ve sertlikleriyle bilinir ve ayrıca son derece hafiftir. Karbon fiber şeritler, kompozit malzemeler oluşturmak için çeşitli reçinelerle birleştirilir. Bu kompozit malzemeler hem elyafın hem de reçinenin özelliklerinden yararlanır. Bu makale, her malzemenin bazı artıları ve eksileri ile birlikte karbon fiberin alüminyuma karşı özelliklerinin bir karşılaştırmasını sağlar.

Karbon Fiber ve Alüminyum Ölçülen

Aşağıda, iki malzemeyi karşılaştırmak için kullanılan farklı özelliklerin tanımları verilmiştir:

Esneklik modülü = Bir malzemenin "sertliği". Bir malzeme için gerilimin gerinim oranı. Elastik bölgesindeki bir malzeme için gerilmeye karşı gerinim eğrisinin eğimi.

Nihai çekme mukavemeti = bir malzemenin kırılmadan önce dayanabileceği maksimum stres.

Yoğunluk = malzemenin birim hacimdeki kütlesi.

Özgül sertlik = Elastisite modülü bölü malzemenin yoğunluğu. Farklı yoğunluktaki malzemeleri karşılaştırmak için kullanılır.

Özgül çekme mukavemeti = Malzemenin yoğunluğuna bölünen çekme mukavemeti.

Bu bilgiler göz önünde bulundurularak, aşağıdaki çizelge karbon fiber ve alüminyumu karşılaştırır.

Not: Bu sayıları birçok faktör etkileyebilir. Bunlar genellemeler; mutlak ölçümler değil. Örneğin, daha yüksek sertlik veya mukavemete sahip farklı karbon fiber malzemeler mevcuttur ve genellikle diğer özelliklerin azaltılmasında bir ödünleşim vardır.

Ölçüm Karbon fiber Alüminyum Karbon/Alüminyum
Karşılaştırmak
Elastisite modülü (E) GPa 70 68.9 100%
Çekme mukavemeti (σ) MPa 1035 450 %230
Yoğunluk (ρ) g/cm3 1.6 2.7 %59
Özgül sertlik (E/ρ) 43.8 25.6 %171
Özgül çekme mukavemeti (σ /ρ) 647 166 %389

Bu çizelge, karbon fiberin, alüminyumunkinin yaklaşık 3,8 katı özgül gerilme mukavemetine ve alüminyumunkinin 1,71 katı özgül sertliğe sahip olduğunu göstermektedir.

Karbon fiber ve alüminyumun termal özelliklerinin karşılaştırılması

Karbon fiber ve alüminyum arasındaki farkları gösteren iki özellik daha termal genleşme ve termal iletkenliktir.

Termal genleşme, sıcaklık değiştiğinde bir malzemenin boyutlarının nasıl değiştiğini açıklar.

Ölçüm Karbon fiber Alüminyum Alüminyum/Karbon
Karşılaştırmak
Termal Genleşme 2 inç/inç/°F 13 inç/inç/°F 6.5

Alüminyum, karbon fiberin termal genleşmesinin yaklaşık altı katıdır.

Lehte ve aleyhte olanlar

Mühendisler, gelişmiş malzemeler ve sistemler tasarlarken, belirli uygulamalar için hangi malzeme özelliklerinin en önemli olduğunu belirlemelidir. Yüksek mukavemet-ağırlık veya yüksek sertlik-ağırlık önemli olduğunda, karbon fiber bariz seçimdir. Yapısal tasarım açısından, eklenen ağırlık yaşam döngülerini kısaltabileceği veya düşük performansa yol açabileceği zaman, tasarımcılar daha iyi yapı malzemesi olarak karbon fiberi görmelidir. Tokluk gerekli olduğunda, gerekli özellikleri elde etmek için karbon fiber diğer malzemelerle kolayca birleştirilir.

Karbon fiberin düşük termal genleşme özellikleri, yüksek derecede hassasiyet ve sıcaklıkların dalgalandığı koşullarda boyutsal kararlılık gerektiren ürünler oluştururken önemli bir avantajdır: optik cihazlar, 3D tarayıcılar, teleskoplar, vb.

Karbon fiber kullanmanın birkaç dezavantajı da vardır. Karbon fiber verim vermez. Yük altında, karbon fiber bükülecek ancak yeni şekle (elastik) kalıcı olarak uymayacaktır. Karbon fiber malzemenin nihai çekme mukavemeti aşıldığında, karbon fiber aniden başarısız olur. Mühendisler bu davranışı anlamalı ve ürünleri tasarlarken hesaba katmak için güvenlik faktörlerini içermelidir. Karbon fiber parçalar ayrıca, karbon fiber üretmenin yüksek maliyeti ve yüksek kaliteli kompozit parçalar yaratma konusundaki büyük beceri ve deneyim nedeniyle alüminyumdan önemli ölçüde daha pahalıdır.


Gönderim zamanı: Haziran-24-2021