סיבי פחמן מול אלומיניום

סיבי פחמן מחליפים את האלומיניום במגוון הולך וגדל של יישומים ועושים זאת בעשורים האחרונים. סיבים אלו ידועים בחוזקם ובקשיחות יוצאי הדופן והם גם קלים במיוחד. גדילי סיבי פחמן משולבים עם שרפים שונים ליצירת חומרים מרוכבים. חומרים מרוכבים אלה מנצלים את התכונות של סיבים ושרף כאחד. מאמר זה מספק השוואה של המאפיינים של סיבי פחמן לעומת אלומיניום, יחד עם כמה יתרונות וחסרונות של כל חומר.

סיבי פחמן לעומת אלומיניום נמדד

להלן ההגדרות של המאפיינים השונים המשמשים להשוואה בין שני החומרים:

מודול האלסטיות = "קשיחות" של חומר. היחס בין מתח למתח עבור חומר. השיפוע של עקומת המתח לעומת המתח עבור חומר באזור האלסטי שלו.

חוזק מתיחה אולטימטיבי = המתח המרבי שחומר יכול לעמוד בו לפני שבירה.

צפיפות = מסת החומר ליחידת נפח.

קשיחות ספציפית = מודול האלסטיות חלקי צפיפות החומר. משמש להשוואת חומרים בעלי צפיפויות שונות.

חוזק מתיחה ספציפי = חוזק מתיחה חלקי בצפיפות החומר.

עם מידע זה בחשבון, הטבלה הבאה משווה סיבי פחמן ואלומיניום.

הערה: גורמים רבים יכולים להשפיע על מספרים אלה. אלו הכללות; לא מדידות מוחלטות. לדוגמה, חומרי סיבי פחמן שונים זמינים עם קשיחות או חוזק גבוהים יותר, לעתים קרובות עם פשרות בהפחתת תכונות אחרות.

תרשים זה מראה שלסיבי פחמן יש חוזק מתיחה ספציפי של פי 3.8 בערך מאלומיניום וקשיחות ספציפית של פי 1.71 מאלומיניום.

השוואת תכונות תרמיות של סיבי פחמן ואלומיניום

שני מאפיינים נוספים שמראים את ההבדלים בין סיבי פחמן לאלומיניום הם התפשטות תרמית ומוליכות תרמית.

התפשטות תרמית מתארת ​​כיצד מידות החומר משתנות כאשר הטמפרטורות משתנות.

לאלומיניום יש התפשטות תרמית פי שישה בערך מסיבי פחמן.

בעד ונגד

בעת תכנון חומרים ומערכות מתקדמים, על המהנדסים לקבוע אילו תכונות החומר החשובות ביותר עבור יישומים ספציפיים. כאשר חוזק גבוה למשקל או קשיחות גבוהה למשקל חשובים, סיבי פחמן הם הבחירה הברורה. במונחים של עיצוב מבני, כאשר משקל נוסף עלול לקצר את מחזורי החיים או להוביל לביצועים גרועים, מעצבים צריכים להסתכל על סיבי פחמן כחומר הבניין הטוב יותר. כאשר הקשיחות חיונית, סיבי פחמן משולבים בקלות עם חומרים אחרים כדי להשיג את המאפיינים הדרושים.

תכונות ההתפשטות התרמית הנמוכות של סיבי פחמן מהוות יתרון משמעותי בעת יצירת מוצרים הדורשים רמת דיוק גבוהה, ויציבות מימדים בתנאים בהם הטמפרטורות משתנות: מכשירים אופטיים, סורקי תלת מימד, טלסקופים וכו'.

יש גם כמה חסרונות לשימוש בסיבי פחמן. סיבי פחמן אינם מניבים. תחת עומס, סיבי פחמן יתכופפו אך לא יתאימו לצמיתות לצורה החדשה (אלסטית). ברגע שחורג חוזק המתיחה האולטימטיבי של חומר סיבי הפחמן סיבי הפחמן נכשל בפתאומיות. המהנדסים חייבים להבין התנהגות זו ולכלול גורמי בטיחות שיביאו בחשבון בעת ​​תכנון מוצרים. חלקי סיבי פחמן גם יקרים משמעותית מאלומיניום בגלל העלות הגבוהה לייצור סיבי פחמן והמיומנות והניסיון הרבים הכרוכים ביצירת חלקים מרוכבים באיכות גבוהה.