Komposiitit metallimatriisilla

Komposiitit, joissa on metallimatriisi ( eng.  metal matrix composites ) - komposiitit , joissa matriisi on metalli tai metalliseos.

Kuvaus

Metallimatriisikomposiitit jaetaan kuituvahvisteisiin (kuitukomposiitit) ja täytetään hienoilla hiukkasilla, jotka eivät liukene perusmetalliin (dispersiovahvistetut komposiitit).

Metallimatriisikuitukomposiiteilla on kaksi pääetua yleisempiin polymeerimatriisikomposiitteihin verrattuna: niitä voidaan käyttää paljon korkeammissa lämpötiloissa ja ne ovat tehokkaampia suhteellisen pienissä, erittäin jännittyneissä rakenneosissa. Jälkimmäisen tosiasian määrää mahdollisuus vähentää merkittävästi liitosrakenneosien massaa johtuen metallimatriisin suuremmasta lujuudesta esimerkiksi polymeerimatriisiin verrattuna ja komposiittien valmistettavuus sellaisella matriisilla (mahdollisuus kierreliitosten käytöstä jne.).

CMM:n kuidut kantavat pääkuorman, kun taas tämän tyyppisissä komposiiteissa kuormansiirtopituus on paljon pienempi kuin vastaava pituus komposiiteissa, joissa on polymeerimatriisi, johtuen matriisissa olevista suurista mahdollisista leikkausjännityksistä (edellyttäen, että siinä on riittävän vahva sidos kuidun ja matriisin välisessä rajapinnassa ). Tämä seikka vaikuttaa positiivisesti komposiitin lujuusominaisuuksiin kuidun lujuuden mittakaavariippuvuuden vuoksi. On myös tilanteita, joissa kuidun ja matriisin vuorovaikutus lisää merkittävästi kuidun tehollista lujuutta, minkä seurauksena komposiitin todellinen lujuus on suurempi kuin yksittäisten kuitujen testaustuloksilla saatu arvo. Tämän tyyppiset vaikutukset tekevät kuituisista MMC-materiaaleista lupaavia. Muovisen metallimatriisin CMM:n tärkeä ominaisuus on mahdollisuus suunnitella rakenteita haurailla kuiduilla, joiden halkeamiskestävyys ylittää vahvistamattoman matriisin.

Tyypillisiä metallimatriisikomposiitteja ovat boori -alumiini (boorikuitu - alumiiniseoksiin perustuva matriisi), hiili-alumiini ( hiilikuitukomposiitit ), piikarbidikuitujen komposiitit titaani- tai titaani-aluminidimatriisissa sekä oksidikuidut nikkelipohjainen matriisi. Jälkimmäisten avulla on mahdollista nostaa merkittävästi (jopa 1200 °C) lämmönkestävien materiaalien käyttölämpötilaa.

Toisin kuin kuitukomposiiteissa, dispersiovahvistetuissa materiaaleissa matriisi on pääasiallinen kantava komponentti, ja hajaantuneet hiukkaset hidastavat dislokaatioiden liikettä, mikä lisää materiaalin myötörajaa ja lujuutta. Suuri lujuus saavutetaan hiukkaskoolla 10–500 nm, joiden keskimääräinen etäisyys on 100–500 nm ja niiden tasainen jakautuminen matriisissa. Dispersiovahvistettuja komposiitteja voidaan valmistaa useimpien tekniikassa käytettävien metallien ja metalliseosten pohjalta.

CMM:n tärkeimmät sovellukset ovat tällä hetkellä ilmailu- ja avaruusrakenteet, ja ne voivat tulevaisuudessa korvata metalliseoksia monissa maanpäällisissä sovelluksissa, mukaan lukien autotekniikka.

Kirjallisuus

Linkit