انواع نانوکامپوزیت ها و کاربرد آنها در صنایع هوا و فضا

مقدمه

رشته مواد نانو کامپوزیت توجه دانشمندان و مهندسان را در سالهای اخیر به خود جلب کرده است. نتایج بررسی استفاده از بلوکهای ساختمانی در ابعاد نانو, طراحی و ایجاد مواد جدید با انعطاف پذیری و پیشرفتهای زیاد در خواص فیزیکی آنها را ممکن می سازد. قابلیت ارتقاء کامپوزیت ها با استفاده از بلوکهای ساختمانی با گونه های شیمیایی ناهمگن در رشته ها و بخش های مختلف علمی مطرح گردیده است. ساده ترین مثالها از چنین طراحی هایی, به صورت طبیعی در استخوان اتفاق
می افتد که یک نانوکامپوزیت ساخته شده از قرص های سرامیکی و چسبهای آلی می باشد. بدلیل این که اجزاء سازنده یک نانو کامپوزیت دارای ساختارها و ترکیبات مختلف و خواص مربوط به آنها
می باشد، کاربردهای زیادی را ارائه می دهند. از اینرو موادی که از آنها تولید می شوند, می توانند چند کاره باشند. با الگو گرفتن از طبیعت و براساس نیازهای تکنولوژی های پدید آمده در تولید مواد جدید با کاربردهای مختلف در آن واحد برای مصارف گوناگون, دانشمندان استراتژی های ترکیبی زیادی را برای تولید نانو کامپوزیت ها بکار برده اند. این استراتژی ها دارای مزایای آشکاری در تولید مواد دانه درشت مشابه می باشند. نیروی محرکه در تولید نانو کامپوزیت ها, این واقعیت است که آنها خواص جدیدی در مقایسه با مواد رایج ارائه می دهند.

تصمیم برای بهبود خواص و پیشرفت ویژگی های مواد از طریق ایجاد نانو کامپوزیت های چند فازی مسئله جدیدی نیست. این نظریه از زمان آغاز تمدن و بشریت و با تولید مواد برای کارآمدی بیشتر برای اهداف کاربردی مورد نظر بوده است. علاوه بر تنوع وسیع نانو کامپوزیت های یافت شده در طبیعت و موجودات (مثل استخوان) , یک مثال عالی برای کاربرد نانو کامپوزیت های ترکیبی در روزگار باستان, کشف جدید ساختمان نقاشی های مایان می باشد که در دوران مسا مریکاس بوجود آمدند. توصیف حالت هنر از این نمونه های نقاشی آشکار می سازد که ساختار رنگها, متشکل از ماتریسی از خاک رس آمیخته شده با مولکولهای رنگی آلی می باشد. آنها همچنین محتوی ناخالصی های ذرات نانوی فلزی محفوظ در یک لایه سیلیکاتی بی شکل همراه با ذرات نانوی اکسیدی روی لایه می باشند . این ذرات نانو تحت عملیات حرارتی و از ناخالص بوجود می آیند (Cr , Mn , Fe) که در مواد خام مثل خاک رس موجود می باشند ولی جمع و سایز آنها خصوصیات نوری رنگ نهائی را تحت تأثیر قرار می دهد. ترکیبی از خاک رس موجود که یک سوپر لاتیک می سازد که در ارتباط با ذرات نانوی فلزات و اکسیدی پشتیبانی شده روی لایه آمورف می باشدو این رنگ را یکی از اولین مواد مرکب مشابه نانو کامپوزیت های کاربردی مدرن می سازد.

نانو کامپوزیت ها را می توان ساختارهای جامدی فرض کرد که دارای خواص مکرر بعدی با اندازه نانومتری بین فازهای مختلف سازنده ساختار می باشند. این مواد متشکل از یک جامد غیرآلی (بستر یا میزبان) محتوی یک جزء آلی و یا بالعکس می باشند و یا می توانند متشکل از دو یا چند فاز آلی / غیرآلی در چند فرم ترکیبی باشند با این محدودیت که حداقل یکی از فازها یا ترکیبات, در ابعاد نانو باشد.

هر دو روش پیچیده و ساده برای ساختن ساختارهای نانو کامپوزیت وجود دارد یک سیستم عملی نانو کامپوزیت دو فازی, مثل کاتالیزرهای پشتیبان مورد استفاده در کاتالیزر محرک (ذرات نانوی فلزی جای گرفته روی پشتیبان های سرامیکی), می توانند بسادگی با بخار دادن فلز روی لایه و یا پراکنده کردن توسط حلال شیمیایی آماده شوند. از طرف دیگر, ماده ای مثل استخوان که دارای ساختاری سلسله مراتبی با فازهای پلیمری و سرامیکی مرکب می باشد, با تکنیکهای ترکیبی حاضر, به سختی می تواند تکثیر شود.مثالهایی از نانو کامپوزیت عبارتند از پوششهای متخلخل, ژل ها و ترکیبی از پلیمرها, مثل ترکیبی از فازهای با ابعاد نانو با تفاوتهای فاحش در ساختار, ترکیب و خواص می توان فازهای با ساختار نانوی موجود در نانو کامپوزیت ها را صفر بعدی (مثل خوشه های اتمی تشکیل شده), تک بعدی (یک بعدی مثل نانوتیوپ ها) و دو بعدی (پوشش های با ضخامت نانو) و سه بعدی (شبکه های جاسازی شده) در کل مواد نانو کامپوزیت می توانند دارای خواص مکانیکی, الکتریکی, الکتریکی, نوری, الکتروشیمی, کریستالی و ساختاری باشند, نسبت به مواردی که دارای اجزاء واحد و یگانه هستند. رفتار چند کاره برای هر ویژگی بخصوص ماده اغلب بیش از مجموع اجزاء تکی می باشد.

جدا از ویژگی های اجزاء تکی در یک نانو کامپوزیت, اشتراک اجزاءبا یکدیگر در بهبود یا محدود کردن خواص کلی یک سیستم نقش مهمی بر عهده دارند.

با توجه به فصل مشترک زیاد و وسیع ساختارهای نانو, نانو کامپوزیت ها ارائه کننده فصل مشترک های زیادی بین فازهای ادغام شده تشکیل دهنده می باشند. خواص ویژه نانو کامپوزیت ها اغلب از اثر متقابل و تداخل فازهای آن در فصل مشترک ها حاصل می شوند. یک مثال عالی برای این مطلب, رفتار مکانیکی کامپوزیت های پلیمری پر شده با نانوتیوپ ها می باشد. هر چند افزودن نانوتیوپ ها می تواند امکان استحکام پذیری پلیمرها را افزایش دهد, یک فصل مشترک بدون تداخل فازها فقط برای بوجود آوردن مناطق ضعیف در کامپوزیت کارائی دارد و هیچ بهبودی در خواص مکانیکی آن بوجود نخواهد آمد. برخلاف مواد نانو کامپوزیت, فصل مشترک ها در کامپوزیت های موسوم, تشکیل دهنده یک شکستگی بسیار کوچکتر در فلزات بالک می باشد.

ذکر این نکته حائز اهمیت است که تحقیقات در مورد کاربرد و روشهای تولید نانو کامپوزیت ها در طول دهه اخیر در بسیاری از کشورهای دنیا و در کشور ایران گسترش یافت و در دنیای پیششرفته کنونی باعث تکامل صنایع مختلف نظیر صنعت هوا و فضا ،صنایع خودرو سازی و صنایع پزشکی و ... گریده است این پروژه در حال حاضر مروری بر سیستم های نانو کامپوزیت و نحوه فرایند تولید و خصوصیات و کاربردهای آنها دارد.

تعداد صفحات 60 word

مقدمه.. ۱

۲-۲- تاریخچه تولید کامپوزیت های زمینه فلزی… ۵

۳-۲- روش های تولید MMCs. 6

1-3-2- روش ذوبی در تولید MMCs. 6

1-1-3-2- روش گردابی یاVortex. 7

محاسن :. ۷

مشخصات روش گردابی :. ۷

۲-۱-۳-۲- مخلوط سازی فاز دوم با مذاب… ۸

۳-۱-۳-۲- ریخته گری کوبشی Squeeze Casting. 9

معایب ریخته گری کوبشی در کامپوزیت ها. ۹

۴-۱-۳-۲- کامپوزیت های درجا In-Situ Composites. 10

2-3-2- روشهای حالت جامد در تولید MMCs. 11

3-3-2- تخلخل در کامپوزیت… ۱۲

۴-۲- خوردگی کامپوزیت ها. ۱۳

۵-۲- کامپوزیت های زمینه آلومینیومی :. ۱۳

۱-۵-۲- انواع کامپوزیت های زمینه آلومینیومی… ۱۷

۲-۵-۲- کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات(PAMC) 18

3-5-2- کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف کوتاه یا ویسکرز(SFAMC) 19

4-5-2- کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف پیوسته (CFAMC) ۲۰

۵-۵-۲- کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با بالک فیلامان MFAMC 20

6-2- نانو کامپوزیت های ماتریس / سرامیکی… ۲۲

۱-۶-۲- نانو کامپوزیت های سرامیکی برای خواص مکانیکی مطلوب… ۲۵

۲-۶-۲- نانو کامپوزیت های کربن – کربن… ۲۷

۳-۶-۲- نانو کامپوزیت های ترکیب Sol – Gel 28

7-2- نانو کامپوزیت های ماتریس فلزی… ۲۹

۱-۱-۷-۲- خواص RPS:. 34

2-7-2- روش های اسپری حرارتی… ۳۵

۳-۷-۲- روش آلیاژ مکانیکی… ۳۹

۱-۳-۷-۲- فرآوری پودرهای نانو کامپوزیتی با استفاده از آسیاب مکانیک…. ۴۳

۲-۳-۷-۲- آنالیز پودری نانوکامپوزیتی… ۴۴

۳-۳-۷-۲- فشردن پودرهای نانوکامپوزیتی درون قوطی… ۴۷

۴-۳-۷-۲- تهیه نمونه آلومینیومی بدون ذرات تقویت کننده با ترکیب مشابه نمونه نانوکامپوزیتی ۴۷

۵-۳-۷-۲- عملیات حرارتی نمونه اکسترود شده. ۴۸

۸-۲- کاربرد نانو کامپوزیت ها. ۵۰

۱-۸-۲- نانو کامپوزیت ها برای پوشش دهی سخت… ۵۰

۲-۸-۲- پوشش های نانوکامپوزیتی در سیستم های هوا فضا. ۵۵

۴-۸-۲- نانو کامپوزیت های زمینه پلیمری درصنعت هوا – فضا. ۵۸

نتیجه گیری… ۵۹

انواع نانوکامپوزیتها و کاربرد آنها در صنایع هوا و فضا

عنوان تحقیق: انواع نانوکامپوزیت­ها و کاربرد آنها در صنایع هوا و فضا

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 65

شرح مختصر:

رشته مواد نانو کامپوزیت توجه دانشمندان و مهندسان را در سالهای اخیر به خود جلب کرده است. نتایج بررسی استفاده از بلوکهای ساختمانی در ابعاد نانو, طراحی و ایجاد مواد جدید با انعطاف پذیری و پیشرفتهای زیاد در خواص فیزیکی آنها را ممکن می سازد. قابلیت ارتقاء کامپوزیت ها با استفاده از بلوکهای ساختمانی با گونه های شیمیایی ناهمگن در رشته ها و بخش های مختلف علمی مطرح گردیده است. ساده ترین مثالها از چنین طراحی هایی, به صورت طبیعی در استخوان اتفاق
می افتد که یک نانوکامپوزیت ساخته شده از قرص های سرامیکی و چسبهای آلی می باشد. بدلیل این که اجزاء سازنده یک نانو کامپوزیت دارای ساختارها و ترکیبات مختلف و خواص مربوط به آنها
می باشد، کاربردهای زیادی را ارائه می دهند. از اینرو موادی که از آنها تولید می شوند, می توانند چند کاره باشند. با الگو گرفتن از طبیعت و براساس نیازهای تکنولوژی های پدید آمده در تولید مواد جدید با کاربردهای مختلف در آن واحد برای مصارف گوناگون, دانشمندان استراتژی های ترکیبی زیادی را برای تولید نانو کامپوزیت ها بکار برده اند. این استراتژی ها دارای مزایای آشکاری در تولید مواد دانه درشت مشابه می باشند. نیروی محرکه در تولید نانو کامپوزیت ها, این واقعیت است که آنها خواص جدیدی در مقایسه با مواد رایج ارائه می دهند.

تصمیم برای بهبود خواص و پیشرفت ویژگی های مواد از طریق ایجاد نانو کامپوزیت های چند فازی مسئله جدیدی نیست. این نظریه از زمان آغاز تمدن و بشریت و با تولید مواد برای کارآمدی بیشتر برای اهداف کاربردی مورد نظر بوده است. علاوه بر تنوع وسیع نانو کامپوزیت های یافت شده در طبیعت و موجودات (مثل استخوان) , یک مثال عالی برای کاربرد نانو کامپوزیت های ترکیبی در روزگار باستان, کشف جدید ساختمان نقاشی های مایان می باشد که در دوران مسا مریکاس[1] بوجود آمدند. توصیف حالت هنر از این نمونه های نقاشی آشکار می سازد که ساختار رنگها, متشکل از ماتریسی از خاک رس آمیخته شده با مولکولهای رنگی آلی می باشد. آنها همچنین محتوی ناخالصی های ذرات نانوی فلزی محفوظ در یک لایه سیلیکاتی بی شکل همراه با ذرات نانوی اکسیدی روی لایه می باشند . این ذرات نانو تحت عملیات حرارتی و از ناخالص بوجود می آیند (Cr , Mn , Fe) که در مواد خام مثل خاک رس موجود می باشند ولی جمع و سایز آنها خصوصیات نوری رنگ نهائی را تحت تأثیر قرار می دهد. ترکیبی از خاک رس موجود که یک سوپر لاتیک می سازد که در ارتباط با ذرات نانوی فلزات و اکسیدی پشتیبانی شده روی لایه آمورف می باشدو این رنگ را یکی از اولین مواد مرکب مشابه نانو کامپوزیت های کاربردی مدرن می سازد.

نانو کامپوزیت ها را می توان ساختارهای جامدی فرض کرد که دارای خواص مکرر بعدی با اندازه نانومتری بین فازهای مختلف سازنده ساختار می باشند. این مواد متشکل از یک جامد غیرآلی (بستر یا میزبان) محتوی یک جزء آلی و یا بالعکس می باشند و یا می توانند متشکل از دو یا چند فاز آلی / غیرآلی در چند فرم ترکیبی باشند با این محدودیت که حداقل یکی از فازها یا ترکیبات, در ابعاد نانو باشد.

فهرست مطالب

مقدمه

تاریخچه تولید کامپوزیت های زمینه فلزی

روش های تولید MMCs

روش ذوبی در تولید MMCs

روش گردابی یاVortex

مخلوط سازی فاز دوم با مذاب

ریخته گری کوبشی Squeeze Casting

معایب ریخته گری کوبشی در کامپوزیت ها

کامپوزیت های درجا In-Situ Composites

روشهای حالت جامد در تولید MMCs

خوردگی کامپوزیت ها

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی

انواع کامپوزیت های زمینه آلومینیومی

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات(PAMC)1

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف کوتاه یا ویسکرز

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف پیوسته

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با بالک فیلامان

نانو کامپوزیت های ماتریس / سرامیکی

نانو کامپوزیت های سرامیکی برای خواص مکانیکی مطلوب

نانو کامپوزیت های کربن – کربن

نانو کامپوزیت های ترکیب Sol – Gel

نانو کامپوزیت های ماتریس فلزی

روش انجماد سریع

روش های اسپری حرارتی

روش آلیاژ مکانیکی

فرآوری پودرهای نانو کامپوزیتی با استفاده از آسیاب مکانیک

فشردن پودرهای نانوکامپوزیتی درون قوطی

تهیه نمونه آلومینیومی بدون ذرات تقویت کننده با ترکیب مشابه نمونه نانوکامپوزیتی

کاربرد نانو کامپوزیت ها

نانو کامپوزیت ها برای پوشش دهی سخت

پوشش های نانوکامپوزیتی در سیستم های هوا فضا

نانوکامپوزیت ها درصنعت خودروسازی

نانو کامپوزیت های زمینه پلیمری درصنعت هوا – فضا

نتیجه گیری