دانلود تحقیق آشنایی با کامپوزیت ها

مقدمه: بسیاری از فن آوریهای نوین به موادی نیاز دارند که ترکیب غیر معمولی از خواص را با آلیاژهای فلزی ، سرامیکی و پلیمرهای معمولی حاصل نمی آید بدست می دهد .

به عنوان نمونه مواد مورد نیاز درسفینه های فضائی ، زیر دریائی ها و کاربردهای حمل و نقل از این قبیل است که باید در عین چگالی کم ، استحکام سفتی و مقاومت به سایش و ضربه نیز وجود داشته باشد.معمولا مواد مستحکم نسبتا چگال هستند واستحکام ضربه کمی دارند .

کامپوزیت عبارت است از هر ماده چند فازی که سهم کافی از خواص هریک از فازها در آن وجود دارد وبنابراین ترکیب مناسبی از خواص بدست می آید.برخی انواع کامپوزیت مانندآلیاژ های فلزی چند فازی ، سرامیکها وپلیمرها مورد بحث واقع می شود .بعنوان مثال ریزساختار فولاد های پرلیتی متشکل از لایه های فریت و سمنتیت است .

فاز فریت نرم و انعطاف پذیر است در حالی که سمنتیت بسیار ترد و سخت است.

ترکیب مطلوب استحکام و انعطاف پذیر ی بالا در پرلیت ناشی ازوجود دو فاز مختلف فریت وسمنتیت است.کامپوزیت هایی درطبیعت نیز یافت می شود.چوب متشکل ازالیاف سلولزی مستحکم وانعطاف پذیر است که توسط یک ماده سفت تر به نام لیگنین کنار هم قرار گرفته اند.استخوان نیز یک کامپوزیت مستحکم و ترد است.

کاپوزینت یک ماده چند فازی است که بصورت مصنوعی ساخته می شود فازها باید از لحاظ شیمیائی متفاوت باشد و با فصل مشترکهایی مچزا شوند.

مطابق این تعریف ، اغلب آلیاژ های فلزی و بسیاری از سرامیکها کامپوزیت نیستند زیرا فارهای چند گانه آنها درنتیجه یک پدیده طبیعی تشکیل شده است .بسیاری از کامپوزیت هاتنها از دو فاز تشکیل شده اند: فاز زمینه که پیوسته است وفاز دیگر که غالبا فاز پراکنده است گفته می شود در بر گرفته است .

خواص کامپوزیت به خواص فازهای تشکیل دهنده آن ، مقادیر آنها و هندسه فاز پراکنده شده وا بسته است .

منظور از هندسه فاز پراکنده شده ، شکل و اندازه ذرات ، نحوه توزیع و جهت آنهاست .

کامپوزیت های ذره ای تقویت شده فاز پراکنده شده در کامپوزیت های تقویت شده با ذرات هم محور و همسواست ، یعنی ذرات تقریبا در همه جهات همسو هستند.

دو زیر دسته این نوع کامپوزیت ها عبارتند از : کامپوزیت های درشت ذره و مستحکم شده به وسیله پراکندگی ذرات .تفاوت این دو گروه به مکانیزم مستحکم شدن یا تقویت شدن بستگی دارد واژه درشد بدین جهت استفاده می شود که نشان دهد فعل و انفعال بین ذره – زمینه نمی تواند در مقیاس اتمی یا مولکولی صورت گیرد ومکانیک محیط های پیوسته استفاده می شود .

در بیشتر این نوع کامپوزیت ها ، فاز پراکنده سخت تر وسفت تر از زمین است این ذرات تقویت شده جابجائی و حرکت فاز زمینه را در مجاور خود و مهار ومتوقف می کنند.

اساسا زمینه ، مقداری از تنش اعمال شده را به ذرات منقل می کنند .

میزان تقویت شدن یا بهبود رفتار مکانیکی به استحکام پیوند در فصل مشترک زمینه – ذره بستگی دار د .

در کامپوزیت های مستحکم شده با ذرات پراکنده ، ذرات معمولا بسیار کوچکتر هستند و اندازه آنها بین nm10 تا nm 100 است .

فعل وانفعال ذره – زمینه که به مستحکم شدن منجر می شود در مقیاس اتمی یا مولکولی رخ می دهد .

بنابر این تغییر شکل مومسان مشکل می شود و استحکام کششی ، تسلیم و سختی بهبود می یابد .

کامپوزیت های درشت ذره کامپوزیتهای درشت ذره آشنای دیگر بتون است که زمینه آن سیمان است وذرات شن ماسه در آن وجود دارد .

تقویت شدن موثر مستلزم آن است که ذرات کوچک باشد و بخوبی ر زمینه پراکنده شده باشد کامپوزیت های درشت ذره با هرسه نوع ماده ( فلزات ، پلیمرها، سرامیکها ) مورد استفاده قرار می گیرند .

سرمتها نمونه کامپوزیتهای سرامیک – فلز هستند .

معروف ترین سرمتها کاربید های سمانته هستند که از ذرات بسیار سخت یک سرامیک کاربیدی دیرگداز مثل کاربید تنگستن ( wc) یا کاربید تیتانیوم ( TiC) در زمینه از یک فلز مثل کبالت یا نیکل تشکیل شده اند .

از این کامپوزیتها به عنوان ابزار فولادهای سخت کاری شده استفاده می شود .

ذرات خاصیت برشی را ایجاد می کنند و زمینه ، از بهم پیوستن این ذرات ترد وامکان اشاعه ترک از طریق آنها جلوگیری به عمل می آورد .

دیرگداز بودن زمینه و ذرات باعث می شود که دمایی که در اثر برش مواد بسیار سخت ایجاد می شود تحمل شود .

هیچ ماده ای به تنهایی ترکیب خواص سرمت را نمی تواند داشته باشد.

درصد حجمی ذرات میتواند تا 90% افزایش یابد و عمل سایندگی و برش را به حداکثر برساند.

الاستومر ها و پلاستیک ها غالبا" با ذرات مختلفی نظیر کربن سیاه تقویت می شوند.

کرین سیاه ذرات بسیار ریز و کروی شکل کربن هستند که از طریق احتراق گاز طبیعی یا روغن در محیطی کم هوا تولید می شود .

این ماده ارزان وقتی به لاستیک ولکانیزه شده افزوده می شود استحکام کششی، چقرمگی و مقاومت سایندگی و گسیختگی را افزایش می دهد .

تایر خودرو محتوی 30%-15% حجمی کربن سیاه است .

اندازه ذرات nm50-20 است.

ذرات کربن سیاه پیوند چسبنده مستحکمی با ماده لاستیک برقرار می سازند در حالی که سایر مواد مثل سیلیس چنین نیستند بتن یک کامپوزیت معروف از نوع درشت ذره است که درآن هر دو زمینه فاز پراکنده شده ، مواد سرامیکی هستند .

کامپوزیتهای مستحکم شده با ذرات پراکنده فلزات و آلیاژهای فلزی را می توان با پراکنده سازی یکنواخت چند درصد حجمی ذرات ریز از یک ماده سخت و خنثی مستحکم نمود .

فاز پراکنده شده فلزی یا غیر فلزی است .

غالبا از مواد اکسیدی استفاده می شود .

مکانیسم استحکام دهی در اینجا مانند سخت کاری رسوبی شامل فعل وانفعال بین ذرات و نابجائی ها درون زمینه است کامپوزیت های رشته ای تقویت شده از لحاظ تکنولوژیکی ، مهمترین کامپوزیتها آنها هستند که فاز پراکند ه شده به شکل رشته است .

کامپوزیتهای رشته ایی تقویت شده استحکام و یا سفتی بالائی دارند .

این ویژگی به عنوان عواملی نظیر استحکام ویژه و مدول ویژه بالا می شود دو زیر گروه این دسته از کامپوزیتها بر اساس طول رشته نعیین می شوند .

خواص مکانیکی این کامپوزیت ها به خواص رشته و میزان نیروی منتقل شده به رشته از سوی فاز زمینه بستگی دارد .بنابراین طول بحرانی رشته در استحکام دهی و سفت سازی موثر کامپوزیت نقش دارد.

کامپوزیت های رشته پیوسته وهمسو خواص مکانیکی این نوع کامپوزیت ها به رفتار تنش – کرنش رشته و فاز زمینه ، درصد حجمی فاز و جهت اعمال نیرو بستگی دارد همسو بودن رشته ها ، رفتار غیر همسو را در خواص به دنبال دارد .

در این حالت بسته به جهت طولی عمال نیرو جهت عرضی و عمود بر جهت رشته ها رفتار تنش – کرنش متفاوت خواهد بود رشته ها هر چه قطر رشته کوچکتر باشد ، رشته مستحکم تر از ماده زمینه خواهد بود.

موادی که بعنوان رشته های تقویت کننده بکار میرود استحکام کششی بالایی دارند.براساس قطر و مشخصه رشته ها به 3 دسته تقسیم می شوند :ویسکرها ،رشته ها و سیم ها.

ویسکر ها تک بلورهای بسیار نازکی هستند که نسبت طول به قطر آنها فوق العاده زیاد است.آنها مستحکم ترین موادی هستند که شناخته شده اند.

مواد ویسکریشامل گرافیت ، کاربید سیلیسیم، نیترید سیلیسیم و اکسید آلومینیم است.

فاز زمینه فاز زمینه کامپوزیت های رشته ای می تواند فلز ، پلیمر یا سرامیک باشد .

معمولا از فلزات یا پلیمرها به عنوان ماده زمینه استفاده می شود زیرا انعطاف پذیری مطلوبی دارند .

در کامپوزیت های زمینه سرامیکی جز تقویت کننده برای بهبود چقرمگی شکست استفاده می شود .

در انتخاب ترکیب زمینه – رشته ، مهمترین عامل استحکام پیوند است .

کامپوزیت های زمینه پلیمری کامپوزیتهای زمینه پلیمری از یک رزین پلیمری ( پلاستیک تقویت شده مولکول درشت ) به عنوان زمینه با رشتهایی به عنوان عامل تقویت کننده تشکیل شده است .

از ویژگیهای این دسته از کامپوزیت ها ، کاربرد متنوع و گسترده ، خواص خوب در دمای محیط ، سهولت ساخت و هزینه کم است .

این نوع کامپوزیت ها بر اساس نوع تقویت شدن به شیشه ایی ، کربنی و آرامید تقسیم می شود کامپوزیت های پلیمری رشته شیشه ای شامل رشته های شیشه ایی پیوسته یا ناپیوسته در زمینه پلیمری است در آینده بجای شیشه بیشتر از کربن به عنوان رشته تقویت کننده در کامپوزیت های پلیمری استفاده خواهد شد چون رشته های کربنی بیشترین استحکام ویژه و مدول ویژه را در میان مواد رشته های تقویت کننده دارا هستند .

رشته های آرامید موادی با استحکام و مدول بالا هستند که در اوایل دهه 1970 عرضه شدند .

در کامپوزیت های زمینه پلیمری ، غیر از سه نوع رشته تقویت کننده شیشه ایی ، کربنی و آرامید گاه از بور ، کاربید سیلیسیم و اکسید آلومینیم در حد محدودی استفاده می شود رشته های بور در اجزا هواپیماهای نظامی ، تیغه ای پره بالگرد و برخی وسایل ورزشی بکار می رود از رشته کاربید سیلیسیم و آلومینا در راکتها ی تنیس ، مدار چاپی و دماغه مخروطی موشک استفاده می شود در کامپوزیت های زمینه پلیمری ، غیر از سه نوع رشته تقویت کننده شیشه ایی ، کربنی و آرامید گاه از بور ، کاربید سیلیسیم و اکسید آلومینیم در حد محدودی استفاده می شود رشته های بور در اجزا هواپیماهای نظامی ، تیغه ای پره بالگرد و برخی وسایل ورزشی بکار می رود از رشته کاربید سیلیسیم و آلومینا در راکتها ی تنیس ، مدار چاپی و دماغه مخروطی موشک استفاده می شود کامپوزیت های زمینه فلزی مخلوط دو یا چند ماده با ترکیب و خواص معین بطوریکه در مجموعه سیستم هر کدام با مشخصات فیزیکی و مکانیکی خاص خود ظاهر می شوند.

مهمترین اختلاف بین آلیاژ ها(مواد تک سازه) و کامپوزیت ها(مواد چند سازه) از همین ویژگی حاصل می شود.

چرا از کامپوزیت استفاده می کنیم؟

پاسخ برتری خواص مواد کامپوزیت نسبت به خواص اجزاء آن بطور مجزا می باشد.

اصول طراحی و تعیین یک کامپوزیت 1) باید مصنوعی و ساختگی باشد.

2) باید ترکیبی باشد از حداقل دو ماده مجزای شیمیایی با یک فصل مشترک واضح که ترکیبات را جدا می کند.

3) مواد مجزایی که کامپوزیت را شکل می دهند باید بطور سه بعدی ترکیب شوند.

4) باید برای دستیابی به خواصی که توسط هیچ یک از ترکیبات خاص بدست نمی آید، تولید شود.

انواع کامپوزیت ها بر اساس زمینه 1) فلزی (Metal Matrix Composite) 1) غیر فلزی 2 -1 پلیمری(Polymer Matrix Composite) 2-2 سرامیکی(Ceramic Matrix Composite) کامپوزیت های زمینه فلزی  MMC ها از یک زمینه فلزی نرم و افزودنی استحکام بخش (معمولاً ماده سرامیکی) جهت تأمین استحکام و سفتی مناسب تشکیل شده اند.

 کامپوزیت های زمینه فلزی در مقایسه با زمینه پلیمری، استحکام، سختی و سفتی بالاتری دارند.

 استحکام به شکست آنها بالاتر از سایر مواد کامپوزیتی می باشد.

دمای کاربردی آنها در مقایسه با کامپوزیت های زمینه پلیمری فوق العاده بالاتر است.

کامپوزیت های زمینه پلیمری  قابلیت تولید توسط اکثر روش های تولید، چگالی پایین، خواص مکانیکی خوب شیمیایی  دو نوع مواد پلیمری در کامپوزیت ها بکار می روند که عبارتند از مواد ترمو پلاستیک و ترموست  جهت تولید PMC ها از روش های فشاری، تزریقی، اکستروژن استفاده می شود.

 معروف ترین آنها پلی اتیلن، پلی استارین،پلی کروکلن و...

می باشند.

کامپوزیت های زمینه سرامیکی  سرامیک ها مواد خیلی سخت و تردی هستند که ترکیبی از یک یا چند فلز با غیر فلزاتی نظیر اکسیژن، کربن، نیتروژن یا بور  نقاط ذوب بسیار بالا، استحکام فشاری فوق العاده عالی، مقاومت خوردگی بسیار بالا تقسیم بندی بر اساس ساختمان تقویت کننده الیافی لایه ای ذره ای کامپوزیت های تقویت شده با الیاف کاموپوزیت های تقویت شده با الیاف را از جهت نظم قرار گرفتن می توان به زیر گروه هایی تقسیم کرد.

 الیاف می تواند در یک، دو یا سه بعد قرار داده شوند که در دو حالت اول ماده ای با خواص جهت یافته در یک یا دو بعد بدست می آید و در آخر ماده ای ایزوتروپ حاصل می شود.

 همچنین الیاف می تواند از انواع پیوسته (با نسبت l/d بالا) یا ناپیوسته (با نسبت l/d پایین) باشند.

کامپوزیت های تقویت شده لایه ای  این کامپوزیت ها شامل لایه های مختلفی از دو یا چند ماده متفاوت مانند فلز، پلیمر، کربن یا سرامیک می باشند که به تناوب روی هم چیده شده و با روش های خاصی به هم متصل می شوند.

 گروه کامپوزیت های لایه ای بسیاری از مواد پیشرفته و گران قیمت مورد مصرف در صنایع هوایی، فضایی و نظامی را در بر می گیرند.

کامپوزیت های تقویت شده با ذرات  کامپوزیت های تقویت شده با ذرات از تنوع گسترده ای برخوردارند.

 متداول ترین نوع آنها کامپوزیت های فلز-سرامیک می باشند که در آنها فلز یا سرامیک هرکدام می توانند زمینه یا ذرات تقویت کننده را تشکیل دهند و بر حسب مورد کامپوزیت های زمینه فلزی یا زمینه سرامیکی را ایجاد خواهند کرد.

دو پارامتر مهم فاز مَاتریس ماده مرکب: 1) فاز ثانویه یا تقویت کننده را با روش های فیزیکی، شیمیایی در خود نگه دارد.

2) در حین کاربرد تحمل نیروهای خارجی را داشته باشد و در صورت نیاز قابلیت انتقال نیرو را به فاز ثانویه داشته باشد.

(MMC)Metal Matrix Composite  کامپوزیت های زمینه فلزی ریختگی از اوایل دهه 1960 در صنعت شناخته شدند، اما تنها از اواخر دهه 1970 بود که روش های اقتصادی برای ساخت آنها ابداع گردید.

 عمده ترین مشکل در تهیه کامپوزیت های ریختگی تمایل ذرات غیر فلزی به جدایی از مذاب است که بیشتر مربوط به عدم آغشته پذیری کافی بین ذرات و مذاب می باشد.

 هدف اصلی تولید MMC ها افزایش استحکام و سفتی آلیاژ زمینه می باشد.

 مهمترین و پر کاربرد ترین کامپوزیت های زمینه فلزی آلومینیوم-آلومینا، آلومینیوم-سیلیکون، آلومینیوم-گرافیت می باشند.

انواع کامپوزیت های زمینه فلزی انواع کامپوزیت های زمینه فلزی کاربرد کامپوزیت های MMC  صنایع اتومبیل سازی: پیستون و پوسته سیلندر، شاتون و...

 صنایع دفاعی: ساخت اسلحه، اجزای تانک نظیر کفشک ها و چرخ های آن  صنایع هوا و فضایی: ترمز های سرعت و قطعات هیدرولیک در هواپیما های نظامی  قایق سازی: ساخت بدنه، عرشه و دکل قایق ها  صنایع برق: ساخت مقره ها و عایق ها  صنایع شیمیایی: ساخت محفظه های تحت فشارو ...

 ساخت وسایل ورزشی مثل اسکی، قایق های پارویی  ساخت وسایل و تجهیزات مانند دیواره های جداکننده، صندلی ها، میز و نردبان برخی از زمینه ها و ذرات مورد استفاده در ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی حاوی ذرات پاره ای از کاربردهای بالقوه کامپوزیت های تقویت شده با ذرات  کامپوزیت نامی کلی برای مواد یا قطعاتی است که از مواد و اجسام متفاوت با حفظ ساختار و نمای عمومی هر یک ساخته می شود .

 انواع کامپوزیت ها :  کامپوزیت های زمینه فلزی (MMC) : مجموعه ای است از زمینه آلیاژ فلزی نرم و افزودنی استحکام بخش ( که معمولاً ماده ای سرامیکی است ) و برای تامین استحکام و سختی مناسب تهیه می شود .

 هدف از ساخت کامپوزیت های MMC : بهبود استحکام در دمای بالا ، بهبود مدول (یا سختی ) ، امکان کاهش وزن بابالا بردن استحکام به وزن ف بهبود مقاومت سایش،کاهش ضریب انبساط حرارتی .

 کامپوزیت های با زمینه آلیاژ های آلومنیوم مورد توجه غالب برنامه های تحقیق و توسعه و کاربرد های تجاری است .

 مواد استحکام بخش در کامپوزیت های Al : آلومینا ، آلومینو سیلیکات ، کاربید سیلیسیم ، گرافیت .

 مواد استحکام بخش به صورت های مختلفی به کار میروند که عبارتند از : الف) الیاف: 1.

پیوسته 2.

تکه تکه ب) ذرات ج) وسیکرز ها  تاریخچه تولید کامپوزیت های زمینه فلزی : در گذشته اجزای غیر فلزی (سرامیکی) داخل فلزات یا آلیاژ ها را به عنوان عواملی که باعث تخریب خواص مکانیکی از جمله استحکام و انعطاف پذیری میشوند ، می دانستند .

 در اواسط دهه 60 پودر گرافیت پوشش شده با نیکل را به وسیله جریان گاز آرگون در مذاب از آلیاژ آلومینیوم واردکردند .

این سر آغاز تولید و بررسی کامپوزیت های زمینه فلزی بود و تحت نام MMPC معرفی شد.

 در سال 1968 در انجمن تکنولوژی هندوستان در کنپور ، شخصی به وسیله روش به هم زدن موجبات اتصال ذرات آلومین به آلومینیوم را فراهم نمود و باعث بوجود آمدن کامپوزیت های آلومینیوم – آلومین گردید این اختراع به نام ریختگری به روش به هم زنی نامیده شد .

 روش پراکنده سازی : 1.

ریختگری بهم زنی 2.

روش کمپو کستینگ 3.

روش الکترود پیچشی  روش ریختگری بهم زنی : در این روش آلیاژ کاملاً به صورت مذاب بوده و عامل تر کننده و ذرات داخل آن به هم زده میشوند .

عمل به هم زدن به صور مختلف میتواند انجام شود که از آن جمله می توان به هم زدن با جریان های مغناطیسی را نام برد .عامل تر کننده وقتی که آلیاژ قابلیت تر کنندگی ذرات را به طور ذاتی داشت باشد یا ذرات دارای پوششهایی که توانایی تر شدن را دارند نیاز نمی باشد .

عوامل مهم در این روش : حالت به هم زدن ، ابعاد به هم زدن ، سرعت به هم زدن  روش کمپو کستینگ: در روش کمپوکستینگ آلیاژ در حالت شبه جامد میباشد ، به این شکل که آلیاژ را در دمایی کمتر از حد مایع به شدت به هم زده میشود .در نتیجه مذابی دوغابی شکل حاصل میشود که در آن فاز جامد دارای شکل غیر دندریتی یا مدور است و شکل دادن آن توسط ریختگری و ترجیحاً با اعمال فشار جهت سیلان مذا ب ویسکوز امکان پذیر است.

 ادعا شده است که روش مخلوط کردن مواد افزودنی به آلیاژ نیمه جامد دارای مزایای ناشی از گیر افتادن مواد استحکام بخش در میان آلیاژ یا فلز جامد شده جلوگیری از الگومراسیون ته نشین یا شناوری آن ها می شود  روش اکسترود پیچی در این روش از یک اکسترودپیچ که معمولا برای تولید پولیمر بکار می رود استفاده می شود.

این روش معمولا برای تلفیق و مخلوط کردن کامپوزیت های با پایه آلیاژ منیزیم بکار گرفته می شودفرآیند عمل به این شکل است که منیزیم ورقه ای و پودر استحکام بخش را از طریق دهانه دستگاه به داخل آن تزریق می کنند.

در دمای 580 درجه ذرات منیزیم به صورت یک مخلوط دوغابی درآمده و از داخل غالب مربوطه ای که در انتهای پیچ قرار دارد عبور می کند و از انتهای سیستم یک میله ریخته گری شده کامپوزیت خارج می شود.

 این روش می تواند برای تولید کامپوزیت های آلومینیوم نیز بکار رود.

فقط می باید المان های گرمایی دستگاه را برای دمای بالاتر طراحی نمود متغیر های این سیستم عبارت اند از: 1.

سرعت چرخش پیچ 2.

درجه حرارت میله خروجی از غالب  روش های اشباع سازی با فلز مذاب : ریخته گری ضربه ای ریخته گری نفوذ دهی فشاری روش لانگساید  در کامپوزیت های ریختگی که با روش اشباع با فلز مذاب تهیه می شوند مواد استحکام بخش توزیع کاملا یکسانی در داخل مذاب دارند.

در این روش ها مواد استحکام بخش ذره ای بسیار مناسب هستند.

همچنین در این روش ها ویسکرزها و درصد های کمی از الیاف های کوتاه مورد استفاده قرار می گیرند اما برای توزیع الیاف طویل و پیوسته نا مناسب هستند 1.

ریخته گری ضربه ای در روش ریخته گری ضربه ای مواد استحکام بخش شکل یافته و یا شکل نیافته را به وسیله آلیاژ مذاب تحت یک پرس هیدرولیک اشباع می کنند.

2.

ریخته گری نفوذ دهی فشاری در این روش مواد شکل یافته می توانند پیش گرم و یا بدون پیش گرم به کار برده شوند که در حالت دوم مواد شکل یافته به وسیله گرمای ناشی از مذاب پیش گرم می شوند.

متغیر های این سیستم مشابه روش ریخته گری ضربه ای است 3.

فرآیند لانگ ساید در فرآیند لانگ ساید مواد استحکام بخش به صورت مواد شکل یافته و یا بستری از ذرات پراکنده شونده بر روی شمش آلیاژی در درجه حرارت های بالاتر از درجه حرارت ذوب آلیاژ و تحت یک اتمسفر کنترل شده معمولا نیتروژن به همان صورتی که در شکل می بینید به کار برده می شوند .

 از آن جایی که نفوذ دهی تقریبا به صورت خود به خودی و بدون اعمال فشار خارجی می باشد بنابراین تر شوندگی در این روش از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است متغیر های این سیستم عبارت است از درجه حرارت نفوذ دهی ابعاد و دانه بندی ذرات ترکیب شیمیایی آلیاژ طبیعت اتمسفر به کار رفتنی.

 فرآیند های پاششی 1.

روش رسوب پاشی 2.

روش انجماد سریع 1.

روش رسوب پاشی در روش رسوب پاشی جریان فلز مذاب با چت گاز خنثی سرد ، که با سرعت زیاد عبور میکند برخورد کرده و از میان تفنگ اسپری کننده عبور میکند وبا پاشش مواد انتشاری مخلوط شده و روی سطح مورد نظر مینشیند  مزایای روش : به دلیل سرعت عمل ، واکنش مواد انتشاری و مذاب کم است .

تولید بالا اگر کنترل مناسب روی فرآیند اعمال شود عمل پاشیدن می تواند روی زمینه هایی با اشکال مختلف همچون اشکال لوله ای و پلیت انجام میشود .

 متغیر های این سیستم عبارت است از: 1.

درجه حرارت آلیاژ 2.

درجه حرارت زمینه 2.

روش انجماد سریع : تولید کامپوزیت ها به روش انجماد سریع بدین شکل است که از مخلوط دوغابی شکل آلیاژ مذاب سرامیک که از قبل آماده شده است ، جریان دوغابی تحت فشار خارج شده است و بر روی غلتک مسی که به وسیله آب خنک می شود پاشیده میشود و در نتیجه پودر هایی سوزنی شکل تولید می شود که دارای طول 6-8 mm و عرض 0.5-0.7mm و ضخامت 40-60 میکرون است .

 دو پارامتر بحرانی که روی جریان موثر میباشد عبارتند از سرعت سرد کنندگی غلتک مسی و مقدار موادی که روی آن ریخته میشود نمی تواند مدت زمان زیادی روی آن باقی بماند و در نهایت نمی تواند ضخیم شود و طول سوزن های تولیدی به اندازه زیادی بلند گردد.

از طرف دیگر اگر غلتک به آرامی چرخش کند باعث تولید سوزن های ضخیم می شود که برای پروسس بعدی آن غیر قابل قبول می باشد .

 بعد از تولید سوزن ها ، آ؛نها را به صورت بیلت درآورده یا مستقیماً استفاده میشود که در حالت دوم برای تولید کامپوزیت های متراکم با مواد افزودنی مناسب بکار برده می شود .

 تولید انتشاری مواد استحکام بخش تولید انتشاری مواد استحکام بخش بهاین مفهوم میباشد که به وسیله عناصر موجود در آلیاژ زمینه و مواد یا عناصر دیگر ی که به زمینه اضافه میشود ، در حالت مذاب یا جامد باعث تولید یک سری فازهای ثانویه شویم ، که این فازها موجبات استحکام زمینه را فراهم میکنند .

 این فاز های ثانویه انتشار یافته دارای ترکیباتی به فرم TiC ، TiB2 ، TiN NbB2 و ...

هستند .

این اجزای انتشاری در اثر دیفیزیون اجزاء آنها در زمینه به سمت هم تماس برقرار کردن و واکنش نمودن در دماهای بالا بوجود می آیند که می تواند در حالت جامد یا مذاب باشد .

1.

واکنش شیمیایی در آلیاژ مذاب : در این حالت عمل تولید انتشاری مواد استحکام بخش در حالت مذاب انجام می شود .

معمولاً در آلیاژ های با پایه آلومینیوم ، مس یا ترکیبات بین فلزی همچون آلومینا می باشد .

که یکی از اجزای واکنش به صورت محلول در مذاب و جزء دیگر را معمولاً به طور مداوم یا به صورت پودر به داخل مذاب می افزایند .

 یک مثال نوعی آن تشکیل تقویت کننده های TiC در مذاب چدن میباشد که به وسیله افزودن تیتانیوم یا فرو تیتانیوم به مذاب چدن عملی می شود .

 روش XD : در روش XD مخلوط آلیاژ زمینه واکنش کننده ها در حالت جامد حرارت داده شده و مخلوط فوق واکنش خود رواجی انجام میدهد زیرا که واکنش های خود رواجی گرمازا بوده و باعث انجام شدن و اشاعه خودشان و دیگر محل های مساعد برای انجام واکنش می شوند .

 نتیجه این فرآیند تولید ذرات تقویت کننده و در زمینه انتشار یافته ای است که خیلی ریز وغیر قابل دید با میکروسکوپ نوری است .

 گرمای تولیدی ناشی از انجام واکنش ها باعث می شود که حوضچه هایی از مذاب در داخل زمینه بوجود می آید و این موضوع باعث می شود که عوامل واکنش کننده در این مذاب ها دارای سرعت دیفیزیون بیشتری بوده و این خود کمک به هر چه بهتر انجام شدن واکنش و رسیدن هر چه بهتر عوامل واکنش کننده به هم و افزایش سرعت انجام واکنش میگردد .

 با افزایش دیفیزیون عوامل واکنش کننده موجب تشکیل ذره های درشت و خشن تری می شوند و اندازه های آنها درشت تر و فاصله آنها نیز از هم بیشتر شده و در نهایت باعث کاهش استحکام و تنش تسلیم میشود .

امکان تولید کامپوزیت به روش ریخته گری فومی  روش ریختگری فومی یکی از روشهای ریختگری است که حدوداَ از سال 1950 برای تولید قطعات بزرگ صنعتی و یا تولید انبوه قطعات کوچک و متوسط به کار گرفته شده است  یکی از امکانات این روش ، امکان قرار دادن الیاف یا ذره در داخل فوم یا مغزه گذاری (Coring) و سپس انجام عملیات ریخته گری است.

 به این ترتیب امکان تولید قطعات کامپوزیتی با خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب وجود داشته و باعث گسترده شدن دایره کاربرد این روش می شود  برای بررسی این روش آزمایشی به صورت زیر انجام گرفت :  سیم های مسی در این آزمایش از نوع الکتریکی با قطر های 2/0، 4/0 ، 6/0، 8/0 میلیمتر تهیه و داخل فوم مغزه گذاری شد .

 کلیه سیمها پس از شستشو و چربی زدایی سطحی ، به وسیله الکل و خشک شدن در جریان هوا ، در اندازه هایی به طول 11-12 سانتیمتر بریده شده و سپس به صورت قبل مغزه گذاری میشود .

 مدل های مورد نیاز از جنس فوم پلی استرین با چگالی 01/0 گرم بر سانتیمتر مکعب تهیه گردید  عملیات قالب گیری جهت داشتن سرعت عمل مطلوب و حذف عوامل مشکل ساز با استفاده از چسب سیلیکات سدیم و دمش گاز CO2 انجام شد.

 برای تهیه ذوب و بارریزی از آلیاژ آلومینیوم 356 و کوره مقاومتی استفاده گردید .

 با اافزایش قطر سیم مسی انحلال جزئی مس در آلومینیوم مشاهده می شود .

 با افزایش قطر سیم مسی درصد مس در آلیاژ بالا رفته و مقدار ترکیبات بین فلزی افزایش می یابد .

 وجود سیم مسی به علت خاصیت تبریدی و نیز انحلال مس در آلیاژ باعث ریز شدن دندریت ها ، ترکیبات بین فلزی و ساختار آلیاژ میشود .

.

کامپوزیت های زمینه فلزی در کامپوزیت های زمینه فلزی زمینه عبارت است از یک فلز انعطاف پذیر .

برتری های این نوع کامپوزیت نسبت به کامپوزیت های زمینه پلیمری شاکل دمای عملکرد بالاتر ، شعله پذیر نبودن و مقاومت بیشتر در برابر تهاجم سیالات آلی است .

البته هزینه آنها بیشتر و در نتیجه استفاده از آنها محدود تر است .

از سوپر آلیاژها ، آلیاژهای آلومنییم و منیزیم ، تیتانیم و مس به عنوان مواد زمینه استفاده می شود .

موادتقویت کنند ه ممکن است به شکل ذرات ، رشته های پیوسته و ناپیوسته و یا ویسکرها باشند که 10 الی 60% حجمی کامپوزیت را تشکیل می دهد رشته های پیوسته شامل کربن ، کاربید سیلیسیم ، بور ، آلومینا و فلزات دیر گداز است رشته های ناپیوسته از ذرات همین مواد تشکیل می شوند از یک جهت می توان سرمت ها را جز این ( MMC) ها قرار دارد .

خودرو سازان اخیرا در محصولات خود شروع به استفاده از کامپوزیتهای زمینه فلزی کرده اند به عنوان نمونه برخی قطعات موتور از زمینه آلیاژهای آلومینیم تقویت شده با رشته های آلومینا و کربن تولید شده که سبک وزن تر هستند و مقاومت آنها در برابر سایش و اعوجاج حرارتی بیشتر است استفاده از این نوع کامپوزیت ها در محورهای محرک که سرعت چرخش بالاتر و میزان کمتر سرو صدای ناشی از ارتعاش را به همرا دارد صورت گرفته است .

صنایع هوا فضا نیز از این نوع کامپوزیت ها بهره می برد له عنوان نمونه در قطعات تلسکوپ فضائی هابل از رشته های گرافیتی پیوسته استفاده شده است کامپوزیت های زمینه سرامیکی بدلیل مقاومت آلی در برابر اکسایش در دمای بالا ، با وجود احتمال شکست ترد ، بهترین گزینه برای استفاده در دمای بالا و تنش های شدید است .

به ویژه در قطعات موتور خودرو و توربین های گازی هواپیما .

چرمگی شکست این کامپوزیت ها معمول است در حالی که در اغلب فلزات 15 است .

چقرمگی شکست نسل جدید و توسعه یافته کامپوزیت های زمینه سرامیکی (CMC) که بصورت ذزه ای، رشته ای یا ویسکری از مواد سرامیکی است بهبود یافته و 6 رسیده است .

این بدان دلیل است که ترکی که در زمینه ایجاد می شود توسط ذرات ، رشته ها یا ویسکرها نتنها اشاعه نمی یابد بلکه از اشاعه آن ممانعت به عمل مِی آید به این امرکمک می کند.کامپوزیت های زمینه سرامیکی را با روش های پرسکاری گرم ، پرسکاری ایزوستاتیک گرم وزینتر کردن فاز مذاب تولید می کند آلومینا های تقویت شده با ویسکرهای SiC به عنوان ابزار برش در ماشین کاری آلیاژهای فلزی سخت استفاده می شود سرامیکهای پیشرفته دارای ویژگیهای مطلوبی مانند سختی، استحکام بالا، تحمل دماهای بالا، خنثایی شیمیایی، مقاومت در برابر فرسایش و چگالی کم هستند.

ولی در برابر بارهای کششی و ضربه ضعیف هستند و بر خلاف فلزات، از خود انعطافپذیری نشان نمیدهند و مستعد شکست تحت بارهای مکانیکی و شوک حرارتی هستند.

اگر مقایسهای بین سرامیکها و دیگر مواد داشته باشیم، باید گفت که سرامیکها تنها گروه از مواد هستند که در دماهای بالا قابل استفادهاند و دارای سختی، استحکام و مدول الاستیک بالاتری از فلزات و پلیمرها میباشند.

همچنین چگالی، ضریب انبساط حرارتی و هدایت الکتریکی و حرارتی کمی دارند.

به ویژه چگالی و انبساط حرارتی کم سرامیکها اهمیت زیادی در اغلب کاربردها دارد.

که اگر چه نسبت مدول الاستیسیته تقویت‌کننده و زمینه در کامپوزیتهای زمینه فلزی و پلمیری عموماً بین 10 و 100 است ولی برای کامپوزیت زمینه سرامیکی، این نسبت معمولاً برابر یک یا کمتر از آن است.

نسبت مدول بالا در کامپوزیتهای زمینه فلزی و پلیمری، سبب انتقال موثر بار از زمینه به تقویتکننده میشود.

در حالی که در یک کامپوزیت سرامیکی، زمینه و تقویتکننده در توانایی تحمل بار اختلاف زیادی ندارد؛ به این معنا که هدف از ساخت کامپوزیت سرامیکی، افزایش استحکام نیست.

مگر آنهایی که زمینه آنها مدول الاستیسیته کمی دارند (مانند زمینههای شیشهای).

ازحوزههای مهم در تهیه کامپوزیتهای زمینه سرامیکی انواع گوناگون شیشه، شیشه‌سرامیکها و سرامیکهایی همچون کربن، کاربیدسیلیسیوم، نیتریدسیلیسیوم، آلومیناتها و اکسیدها.

تقویتکنندهای مورد استفاده عبارتند از کاربیدها، بوریدها، نیتریدها و کربن.

کامپوزیتهای زمینه سرامیکی تنها کامپوزیتهایی هستند که بالای 900 درجه سانتیگراد استحکام خود را حفظ میکنند.

عمدهترین کامپوزیتهای زمینه سرامیکی عبارتند از: کامپوزیتهای کربن/کربن، کامپوزیتهای آلومینا/SiCو کامپوزیتهایی با زمینهSi3N4 یا SiC تقویت شده با الیاف پیوسته SiC و کربن.