كل شيء عن المركب

أبسط نظائرها المركبة التي تتبادر إلى الذهن للمبتدئين هي حلوى الوفل والخشب الرقائقي. في الحالة الأولى ، توجد حشوة كريمية بين الكعك مع نتوءات شبكية. الخيار الثاني هو طبقات من الألياف مرتبة بشكل عمودي ، والتي يتم تشريبها بتركيبة لاصقة.

المركب هو مزيج من طبقات من أنواع مختلفة ومتباينة من المواد التي تختلف في عدد من الخصائص الفيزيائية والتكنولوجية والميكانيكية. أحد المتطلبات الرئيسية هو الحياد ، والذي يوفره تشابه كبير في الخواص الكيميائية للطبقات المستخدمة. تختلف الخصائص التكنولوجية والميكانيكية وكذلك عدد من الخصائص الفيزيائية للمركب الذي تم الحصول عليه عن المعلمات الأولية المماثلة لكل طبقة على حدة.

لا يوجد سوى نوعين من الطبقات البينية في مادة مركبة: مصفوفة بها خلايا وحشو. إن أبسط نظير بناء للمركب هو الخرسانة المسلحة ، المكونة من إطار فولاذي ، المساحة التي بداخلها (وجزئيًا خارجه) مملوءة بصب الخرسانة ، والتي تصلب واكتسبت قوة في غضون شهر من تاريخ صب المحلول الخرساني .

حسب الهيكل الهيكلي ، تكون المواد المركبة ليفي ، مقوى بالتشتت ، مقسى جزئيًا (يجب عدم الخلط بينه وبين التصلب الجزئي ، المذكور بمعنى بعض التحسن في معايير التكوين) و نانومترية.

أمثلة على المواد المركبة.

• أوراق الطوابع مقابل النقود والمستندات التي تحتوي على شعر اصطناعي يزيد من قوة الشد والتآكل. وهي أيضًا أحد المؤشرات العديدة لتزوير التذاكر.
• طوب طيني مع قش متضمن. يكتسب الطوب اللبن بعض المقاومة للتشقق.
• لاصق إيبوكسي بمسحوق معدني أو خشب. يتم إدخال الأخير في التركيبة من أجل توفير راتنجات الايبوكسي.
• الكربون الذي ينكسر في تأثيرات متعددة الاتجاهات. لا تتصدع إلا عندما تتزامن الصدمات والاهتزازات في متجه تأثيرها مع الاتجاه الذي يتحرك فيه سائق الدراجة. إذا اصطدمت بإطار دراجة كربونية بشكل مسطح على أي شيء ، على سبيل المثال ، عمود خرساني ، فإن ألياف الكربون سوف تتفتت إلى أجزاء.
• ثلاثي - طبقات زجاجية على الواقي الأمامي والخلفي للسيارة ، مثبتة معًا بواسطة طبقات من السليلويد. في حالة وقوع حادث ، يتم استبعاد تناثر عدد كبير من الشظايا الإسفينية ، مما يؤدي غالبًا إلى فقدان رؤية السائق المتورط في الحادث.

وبالتالي، زجاج مصفح لسيارات الشرطة والجيش مصنوع من ثلاث طبقات أو أكثر من الزجاج المقسّى - لا يمكن ثقبها إلا برصاصات أو قذائف خارقة للدروع. ينتمي الزجاج المدرع إلى مواد مركبة مغلفة. يقسم تنوع التطورات المتاحة اليوم المواد المركبة إلى عشرات الأنواع والأصناف ، كل منها مطلوب بشدة في السوق لخدمات البناء والإصلاح.

وبالتالي، هناك مرآة وملء وكوارتز ومواد مركبة أخرى مصممة لتطبيقات محددة. تختلف خصائص كل نوع من هذه الأنواع عن بعضها البعض. على سبيل المثال ، لا تحترق النانو والمركبات الدقيقة الخالية من البوليمر.يتم تفحمها فقط عند تسخينها لمئات درجات مئوية على الأقل ، مما يسهل استخدامها في درجات حرارة غير معتادة لظروف الغرفة.

يتم تصنيع المواد المركبة وفقًا للمخطط التالي. أولاً ، يتم تطبيق مكون المصفوفة على ألياف التسليح ، ثم يتم تشكيل شرائط مكون التسليح والمصفوفة نفسها باستخدام قالب ضغط. يتم ضغط المادة الناتجة وتلبيدها وتطبيق طلاء إضافي على الألياف. علاوة على ذلك ، يتم إرسال المادة الثانوية المشكلة (المرحلة التالية) لإعادة الضغط ، وتجتاز مرحلة تطبيق المصفوفة في شكل رش باستخدام البلازما. الضغط الثالث - الضغط - هو المرحلة النهائية. وبالتالي ، يتم الضغط (الضغط) ثلاث مرات على الأقل.

المواد المركبة الطبيعية خفيفة الوزن ومتينة وحديثة. وهي تستخدم بشكل أساسي للطائرات ، بما في ذلك الطائرات والصواريخ. يتم إنشاء المركبات غير المعقدة بواسطة الطبيعة نفسها ، على سبيل المثال ، حلقات الأشجار من الخشب واللحاء. المواد المركبة الطبيعية التي يصنعها الإنسان هي طوب طيني يحتوي على رمل وكتل رمل أسمنتي مع إضافة نشارة الخشب وغيرها.

يتم التعرف على الألياف الزجاجية كأحد الألياف المركبة الكلاسيكية. إنه شريط بلاستيكي مركب يلتصق بجميع أنواع الأسطح. هذه المصفوفة تثبت خيوط الألياف الزجاجية في مكانها. بفضل الشعيرات الزجاجية المضغوطة بهذه الطريقة ، يتم ضمان قوة هذه المادة. البلاستيك ناعم ومرن بطبيعته ، بينما الزجاج صلب وهش.

من خلال الجمع بين هذه الخصائص ، من الممكن الحصول على مادة مرنة للغاية وفي نفس الوقت صلبة ، حيث يكمل البلاستيك والزجاج بعضهما البعض. يستخدم المركب لتصنيع هياكل السيارات والقوارب ذات المحركات. مركب الزجاج لا يصدأ أو يتأكسد.

تحتوي مواد البناء الأكثر حداثة التي ظهرت بعد ذلك بكثير على المعدن والسيراميك و / أو البوليمر كمادة رئيسية. يأخذ تصنيف هذه المواد أيضًا في الاعتبار المضافات غير المعدنية ، مثل رقائق الخشب أو الغبار. يستخدم الخشب المركب المقوى بالبلاستيك ، أو اللوح المركب (ومواد الألواح المصنوعة من نفس المكونات) ، في صناعة الأثاث وأرضيات الشرفة الأرضية أو سطح السفينة.

يتم استخدام الخشب ، المسحوق والمختلط مع البوليمر المصهور إلى حالة لينة ، كغطاء سطح صلب ، حيث يمكنك المشي وحتى نقل الأثاث: لوح أو لوح من البلاستيك الخشبي لن ينكسر أو يتصدع ، كونه مادة صلبة.

MDF - صندوق أو ملف تعريف صلب، التي لا تستخدم الراتنجات الاصطناعية أو البلاستيك ، ولكنها تستخدم حصريًا الراتنجات ذات الأصل الطبيعي. يتم سحق الخشب إلى شرائح ويتم تشريب الغبار بهذه المادة ثم يمر عبر مراحل التلبيد والضغط في الفرن. المنتجات الشائعة المصنوعة من MDF هي أبواب عالية الجودة وتصفيح. أثناء تلبيد وتصلب الراتينج ، تتبلمر - يتم تكوين بوليمر طبيعي يتم فيه إذابة غبار الخشب (وتوزع الرقائق).

أبسط مثال على ذلك هو سبائك الألومنيوم أو المغنيسيوم المقواة بألياف الكربون. ولكن يمكن تكميل الألومنيوم بكربيد السيليكون ، ويمكن استكمال تركيبة النحاس والنيكل بالجرافين ، وهو نوع فرعي من ألياف الكربون.المواد المركبة ذات المصفوفة المعدنية قوية ، ولها صلابة مقبولة لحل معظم المشاكل ، ومقاومة للتآكل ، ومقاومة للأكسدة ، وخفة نسبية مقارنة بالمنتجات المعدنية بالكامل.

إنها باهظة الثمن ويصعب معالجتها. على سبيل المثال ، عناصر المكبس لمحركات الاحتراق الداخلي للديزل مصنوعة من مركبات حديثة. انحياز مركب للواجهة مصنوع من صفائح الألمنيوم ، بين الطبقات التي يُسكب منها البلاستيك. يساعد التلوين على إعطاء لون مختلف لمثل هذه النهاية.

بدلاً من المعدن ، فإن المادة الرئيسية في مركب السيراميك ، كما قد تتخيل ، هي السيراميك. على سبيل المثال ، يتم استخدام الزجاج المحتوي على البورون على أساس شوائب السيليكات كعنصر. إنه بمثابة مكون مصفوفة ثانوي ويتم تعزيزه بألياف الكربون أو شوائب السيراميك ، حيث يتم استخدام كربيد السيليكون. يسمح مركب السيراميك ، على سبيل المثال ، بالتعامل مع هشاشة السيراميك الصلب ، مما يخلق تعزيزًا مميزًا للتغلب على ظاهرة تكسير شبكي.

مركب كربيد الكربون هو أحد المنتجات الأكثر طلبًا في السوق للمواد المركبة.، مما يجعل من الممكن الحصول على تركيبة تتفوق على ألياف الكربون والمركب من حيث خصائص قوتها ومؤشرًا على موثوقية قطع العمل المصنوعة من هذه المادة. يتم استخدام هذا المركب ، على سبيل المثال ، في إنتاج أجزاء لنظام الكبح وقابض السيارات.

اليوم ، لا يتوقف تطوير المزيد من المواد الحديثة ، والتي من شأنها أن تحل محل تلك التي اخترقت السوق بالفعل ، والتي تحتوي على عشرات الآلاف من أنواع المنتجات المصنوعة منها. وبالتالي، أبعاد الألياف المقواة في تكنولوجيا النانو أصغر 1000 مرة من سابقاتها الأطول. إحدى مواد المستقبل هي الأنابيب النانوية الكربونية ، والتي تُصنع منها ، على سبيل المثال ، عصي الهوكي. في هذا المثال ، يتم طلاء ألياف الكربون النانوية بمادة مركبة من النيكل والكوبالت. هذا النادي أقوى بثلاث مرات تقريبًا وخُمس أكثر خاليًا من التواء بدون تكسير من منتج مشابه مصنوع من سبائك الصلب.

تصنف المواد المركبة المتصلبة بالتشتت على أنها مواد نانوية حيث يصل طول الألياف الرئيسية إلى 100 نانومتر. لكن في السنوات الأخيرة ، تقلص طول عشرة جسيمات نانوية إلى 10 نانومتر - يتم استخدام نهج مماثل ، على سبيل المثال ، في أشباه الموصلات والموصلات التي تشكل بلورة من معالج دقيق أو متحكم أو دوائر دقيقة تشكل ذاكرة إلكترونية. يتم تطبيق معايير محددة بدقة على الحزم والألواح المركبة: على سبيل المثال ، يجب أن تكون الصلابة (معامل يونج) 130 جيجا باسكال على الأقل ، ويجب أن تقاوم المواد الإجهاد ، وأن تكون ثابتة الأبعاد. الهدف هو حل كل هذه المشاكل في نفس الوقت. العيوب - التكلفة العالية بسبب زيادة العبء المعرفي المكثف في تطوير وتنفيذ والتطبيق العملي لهذه المواد.

يشكل السوق الروسي لإنتاج CM 3٪ فقط من إمدادات التصدير على المستوى العالمي. ويرجع ذلك إلى عدم وجود وثائق تنظيمية موحدة تبسط إنتاج مواد البناء المركبة ، وحتى وقت قريب تم استيراد 90٪ من المواد الخام للإنتاج.

وبالتالي، بدأ إنتاج البلاستيك المقوى بألياف الكربون في روسيا للتو في التطور ، بينما ، على سبيل المثال ، تعد الصين واحدة من المنتجين الرئيسيين للمركبات. تعتمد المواد الجديدة ، التي شارك العلماء الروس أيضًا في إنشائها ، بشكل أساسي على استخدام الجسيمات النانوية.

تُستخدم المواد المركبة في صناعة الطائرات لإنتاج مكونات معينة للمحركات وهياكل تحميل الطائرات. تستخدمها الصناعات الفضائية لإنتاج الهياكل الحاملة والكسوة للصواريخ والأقمار الصناعية ، والتي تتعرض لتدفئة قوية عند دخول المدار. تستخدم صناعة السيارات المواد المركبة لهيكل السيارة والمصدات. تستخدم صناعة التعدين CM كمواد للتدريبات. تستخدم الهندسة المدنية CM لبناء عناصر للجسور وغيرها من الهياكل الشاهقة.

الشرط الأساسي في مختلف فروع الهندسة الميكانيكية هو تخفيف الوزن الثقيل للسيارات والمعدات الخاصة وجميع أنواع المركبات: ما يصل إلى 70٪ من المكونات مواد غير معدنية. تتضمن أرضية التسوية الذاتية (أرضيات السكب) ، بالإضافة إلى صب السلالم ، استخدام مركب ، حيث يوجد ، قبل أن يتفاعل مع الهواء ، مادة شبه سائلة ، وربما شراب. يمكن تطبيق هذا المركب بسهولة على الأرضية السفلية الخرسانية باستخدام غراء الإيبوكسي الذي يذوب فيه حشو القاعدة.

يعتمد حساب جدوى استخدام التصنيع المستمر على المعلمة الأكثر أهمية - فعالية استخدام التقنيات المناسبة. يمكن دمج المصفوفات المعدنية وغير المعدنية في تصنيع مركب أكثر تعقيدًا في تسلسل مختلف. على سبيل المثال ، إطار الدراجة ، في جهاز الجري الذي يتم فيه استخدام عدة طبقات من الألياف المقواة: النايلون ، والكيفلار ، والأسلاك الفولاذية الرقيقة والمركب ، مما يجعل من الممكن زيادة عدد خطوط الحماية. بفضل هذه التقنيات ، لا "يمسك" راكبو الدراجات الأشواك وقطع الزجاج والأسلاك ، ويتحركون على جانب الطريق دون الأسفلت والطرق الترابية والطرق الصخرية.

لن يمر مثل هذا الإطار مرة واحدة ، ولكن ما لا يقل عن عشرين ألف كيلومتر قبل أن يتآكل كثيرًا لدرجة أن ثقوبه ستصبح مع ذلك أمرًا متكررًا. يتيح لك حساب تكلفة أحد هذه الإطارات ، والتي يمكن أن تزيد فيها علامة السعر هذه 10 مرات أو أكثر ، الاستفادة من انخفاض عام صغير في السعر ، دون تغيير الإطارات المماثلة حتى 10 مرات (يعتبر هذا العامل وقتًا مستغرقًا عند التلاعب بالإصلاح) - عند اجتياز كل هؤلاء مسافة 20000 كم نفسها على نفس الإطارات.

في هذه الحالة ، تعتبر إطارات الدراجات نوعًا من المركبات المتعددة ، حيث يتم استخدام عدة طبقات تعزيز (المصفوفات) وليس واحدة. يعتمد حساب إنتاج نوع معين من المواد المركبة على الشكل الذي تستخدم فيه. يتم استخدام شوائب التعزيز كخيوط أو أشرطة أو قماش رقيق أو مكون ليفي أو حبل. كمية مادة التقسية في المادة من حيث الحجم والوزن هي 30-80٪ ، اعتمادًا على الغرض من نوع معين من المركبات.