XIII. előadás május 6. Kompozitok

Átírás

1 Bevezetés s az anyagtudományba nyba XIII. előadás május 6. Kompozitok Kompozit: a legalább két, számottevő mennyiségben jelen levő, fázisból álló anyagok. A fázisok kémiailag eltérőek, és a fázishatárok jól elkülönülnek. A kompozit anyag egy bizonyos tulajdonsága mindig valahol a mátrix és az erősítő fázis tulajdonsága közé esik. A kompozitok azért érdekesek, mert olyan tulajdonság-kombinációkkal rendelkeznek, melyek páratlanok, vagy jelentősen felülmúlják az egyfázisú anyagok viselkedését. Kompozitokat általában azért hozunk létre, hogy 1) anyagi tulajdonságok szokatlan kombinációját valósíthassuk meg, pl. hogy egy műanyag tömegét és flexibilitását egy kerámia erősségével ötvözhessük (kombinált hatás elve), vagy hogy 2) elkerülhessük a különböző anyagfajták kötésének szükségességét. Természetes kompozitok: fa (erős és flexibilis cellulóz szálak kemény ligninbe ágyazva ) vagy csont (erős és puha kollagén + kemény és törékeny apatit). A kompozitok tulajdonságai az őket felépítő fázisok tulajdonságaitól, azok relatív mennyiségétől és a diszpergált fázis geometriájától függnek. XIII/2

2 A tulajdonságok hígulása Young modulus: volfrám részecskék Cu mátrixban E(GPa) felső határ: E k = VmE m + V d E d alsó határ: 1 = V m + V d E k E m E d Az indexek jelentése: k kompozit m mátrix d diszpergált fázis v/v% volfrám (Cu) (W) A keverési szabály értelmében a kompozit Young modulusa a fent definiált alsó és felső határ közé esik. További tulajdonságok, melyek hasonlóképp viselkednek: - elektromos vezetőképesség - hővezetőképesség XIII/3 A szálak szakadása elkezdődik, de a kompozit még nem szakad, hisz 1) a rövidebb szálak is tartanak, és 2) a mátrik még képes képlékeny alakváltozásra. XIII/4

3 A diszpergált fázis f geometriája diszpergált fázis mátrix koncentráció méret alak eloszlás orientáció XIII/5 A kompozitok csoportosítása sa 1/31 Eloszlatott Fém Mátrix Fém Kerámia Műanyag porkohászati termékek (nem elegyedő fémek) cermetek (kerámiafém kompozitok) féktárcsák Kerámia cermet: fémbe (Co, Ni) ágyazott karbidok (WC, TiC), nitridek szál/részecske erősített fémek szerszám pl. SiC-dal erősített Al 2 O 3 szerszám anyagok üvegszálas anyagok Műanyag Kevlar szálak epoxy mátrixban Egyéb elemek (pl. szén, bór) szálerősített fémek (autóipar, légiközlekedés) szénnel adalékolt gumi (abroncs) bórral, szénnel erősített műanyag MMC CMC PMC Metal Matrix Composites Ceramic Matrix Composites Polymer Matrix Composites XIII/6

4 A kompozitok csoportosítása sa 2/3 Mátrix: - A folytonos fázis - Szerepe: - a terhelés közvetítése - a fázis védelme - Típusai: MMC, CMC, PMC A diszpergált fázis: - Cél: a mátrix tulajdonságának javítása MMC: σ y, TS, kúszás növelése CMC: K c növelése PMC: E, σ y, TS, kúszás növelése - Fajtái: részecske, szál, szerkezeti XIII/7 Kompozitok csoportosítása sa 3/3 Kompozitok részecske-erősített szálerősített szerkezeti kontinuum mechanika molekuláris kölcsönhatások rendezett véletlenszerűen orientált XIII/8

5 Alkalmazási területek már az egyiptomiak ismerték a szalmával erősített agyagot légiközlekedés sport termékek autógyárak építőipar... XIII/9 Az anyagtudós s síléces XIII/10

6 MYTHOS ár-apály erőmű Három egyenként 60kg-os lapátja egyenként 10m hosszú Maximális teljesítmény (2 m/s áramlásnál) 150 kw Szénszálas szerkezeti kompozit XIII/11 Széler lerőművek laminált üvegszál struktúra 81m XIII/12

7 Porsche Carrera GT 1,380 kg 605 LE Karosszéria + motor és erőátviteli elemeket tartó rögzítések: C-szálas műanyag Kerámia kompozit kuplung és fék XIII/13 Boeing 787 Dreamliner szénszálas, laminált szén (szendvics) üvegszál alumínium titán XIII/14

8 Boeing 787 Dreamliner 787 AB Kompozit Al Ti 15 Acél 10 Egyéb 5-20% üzemanyag felhasználás -20% kevesebb káros anyag kibocsátás Jobb mechanikai tulajdonságok, ellenállóbb a korrozióval szemben hosszabb hasznos élettartam Nagyobb páratartalmat tesz lehetővé a kabinban komfortosabb Első repülés: december 15. XIII/15 Orion, a 6 emberes visszatérő egység Olcsóbb és könnyebb, mint a Ti alapú megoldás, s ugyanakkor teljesíti a specifikációkat: Tűri a rezgésterhelést. Elviseli az űrben jellemző extrém nagy T-változásokat. Nem sérül a mikrometeoritok becsapódásakor. Visszatérés során 2,760 C hőmérsékleten sem olvad meg. Kibírja a vízreszálláskor jellemző 12.2 m/s-os becsapódást. XIII/16

9 2010. május 13. Problémamegoldás (teljes anyag, feladatok!!) Hallgatói véleményezés Dolgozatok végső beadási határideje: Kötelező írásbeli vizsgadolgozat: május 21., péntek 8-10 Kis Árpád tanterem XIII/17