कार्बन फाइबर बनाम एल्युमीनियम

कार्बन फाइबर विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में एल्यूमीनियम की जगह ले रहा है और पिछले कुछ दशकों से ऐसा कर रहा है। ये फाइबर अपनी असाधारण ताकत और कठोरता के लिए जाने जाते हैं और बेहद हल्के भी होते हैं। मिश्रित सामग्री बनाने के लिए कार्बन फाइबर स्ट्रैंड को विभिन्न रेजिन के साथ जोड़ा जाता है। ये मिश्रित सामग्रियां फाइबर और राल दोनों के गुणों का लाभ उठाती हैं। यह लेख प्रत्येक सामग्री के कुछ फायदे और नुकसान के साथ-साथ कार्बन फाइबर बनाम एल्यूमीनियम के गुणों की तुलना प्रदान करता है।

कार्बन फाइबर बनाम एल्यूमिनियम मापा गया

नीचे दो सामग्रियों की तुलना करने के लिए उपयोग की जाने वाली विभिन्न गुणों की परिभाषा दी गई है:

लोच का मापांक = किसी सामग्री की "कठोरता"। किसी सामग्री के लिए तनाव का अनुपात। किसी सामग्री के लोचदार क्षेत्र में तनाव बनाम तनाव वक्र का ढलान।

अंतिम तन्यता ताकत = वह अधिकतम तनाव जो कोई सामग्री टूटने से पहले झेल सकती है।

घनत्व = सामग्री का द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन।

विशिष्ट कठोरता = सामग्री के घनत्व से विभाजित लोच का मापांक। असमान घनत्व वाली सामग्रियों की तुलना करने के लिए उपयोग किया जाता है।

विशिष्ट तन्यता ताकत = सामग्री के घनत्व से विभाजित तन्यता ताकत।

इस जानकारी को ध्यान में रखते हुए, निम्नलिखित चार्ट कार्बन फाइबर और एल्यूमीनियम की तुलना करता है।

नोट: कई कारक इन संख्याओं को प्रभावित कर सकते हैं। ये सामान्यीकरण हैं; पूर्ण माप नहीं. उदाहरण के लिए, विभिन्न कार्बन फाइबर सामग्री उच्च कठोरता या ताकत के साथ उपलब्ध हैं, अक्सर अन्य गुणों में कमी के साथ समझौता होता है।

यह चार्ट दर्शाता है कि कार्बन फाइबर की विशिष्ट तन्य शक्ति एल्यूमीनियम की तुलना में लगभग 3.8 गुना और विशिष्ट कठोरता एल्यूमीनियम की तुलना में 1.71 गुना है।

कार्बन फाइबर और एल्यूमीनियम के थर्मल गुणों की तुलना करना

दो और गुण जो कार्बन फाइबर और एल्यूमीनियम के बीच अंतर दिखाते हैं वे थर्मल विस्तार और थर्मल चालकता हैं।

थर्मल विस्तार बताता है कि तापमान बदलने पर किसी सामग्री के आयाम कैसे बदलते हैं।

एल्युमीनियम में कार्बन फाइबर की तुलना में लगभग छह गुना अधिक थर्मल विस्तार होता है।

पक्ष - विपक्ष

उन्नत सामग्रियों और प्रणालियों को डिजाइन करते समय, इंजीनियरों को यह निर्धारित करना होगा कि विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए कौन से भौतिक गुण सबसे महत्वपूर्ण हैं। जब उच्च शक्ति-से-वजन या उच्च कठोरता-से-वजन मायने रखता है, तो कार्बन फाइबर स्पष्ट विकल्प है। संरचनात्मक डिजाइन के संदर्भ में, जब अतिरिक्त वजन जीवन चक्र को छोटा कर सकता है या खराब प्रदर्शन का कारण बन सकता है, तो डिजाइनरों को कार्बन फाइबर को बेहतर निर्माण सामग्री के रूप में देखना चाहिए। जब कठोरता आवश्यक होती है, तो आवश्यक विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए कार्बन फाइबर को अन्य सामग्रियों के साथ आसानी से जोड़ा जाता है।

कार्बन फाइबर के कम थर्मल विस्तार गुण उन उत्पादों को बनाते समय एक महत्वपूर्ण लाभ होते हैं जिनके लिए उच्च स्तर की सटीकता की आवश्यकता होती है, और उन स्थितियों में आयामी स्थिरता होती है जहां तापमान में उतार-चढ़ाव होता है: ऑप्टिकल डिवाइस, 3 डी स्कैनर, टेलीस्कोप इत्यादि।

कार्बन फाइबर के उपयोग के कुछ नुकसान भी हैं। कार्बन फ़ाइबर नहीं निकलता. लोड के तहत, कार्बन फाइबर मुड़ जाएगा लेकिन स्थायी रूप से नए आकार (लोचदार) के अनुरूप नहीं होगा। एक बार जब कार्बन फाइबर सामग्री की अंतिम तन्य शक्ति पार हो जाती है तो कार्बन फाइबर अचानक विफल हो जाता है। इंजीनियरों को इस व्यवहार को समझना चाहिए और उत्पादों को डिजाइन करते समय इसे ध्यान में रखते हुए सुरक्षा कारकों को शामिल करना चाहिए। कार्बन फाइबर के उत्पादन की उच्च लागत और उच्च गुणवत्ता वाले मिश्रित भागों को बनाने में महान कौशल और अनुभव के कारण कार्बन फाइबर के हिस्से एल्यूमीनियम की तुलना में काफी अधिक महंगे हैं।