Көміртекті талшық алюминийді әр түрлі қолданбаларда ауыстырады және соңғы бірнеше онжылдықтарда солай істеп келеді. Бұл талшықтар өздерінің ерекше беріктігі мен қаттылығымен танымал және сонымен қатар өте жеңіл. Көміртекті талшықты жіптер композиттік материалдарды жасау үшін әртүрлі шайырлармен біріктіріледі. Бұл композициялық материалдар талшықтың да, шайырдың да қасиеттерін пайдаланады. Бұл мақалада көміртекті талшықтың алюминийге қарсы қасиеттерін, сонымен қатар әрбір материалдың кейбір артықшылықтары мен кемшіліктерін салыстыру қарастырылған.
Көміртекті талшық пен алюминий өлшенеді
Төменде екі материалды салыстыру үшін қолданылатын әртүрлі қасиеттердің анықтамалары берілген:
Серпімділік модулі = Материалдың «қаттылығы». Материал үшін кернеудің деформацияға қатынасы. Оның серпімді аймағындағы материал үшін кернеу мен деформация қисығының еңісі.
Шектік созылу күші = сынғанға дейін материал төтеп бере алатын максималды кернеу.
Тығыздық = көлем бірлігіне келетін материалдың массасы.
Меншікті қаттылық = Материалдың тығыздығына бөлінген серпімділік модулі. Тығыздығы бірдей емес материалдарды салыстыру үшін қолданылады.
Меншікті созылу күші = Материалдың тығыздығына бөлінген созылу күші.
Осы ақпаратты ескере отырып, келесі диаграмма көміртекті талшық пен алюминийді салыстырады.
Ескертпе: Бұл сандарға көптеген факторлар әсер етуі мүмкін. Бұл жалпылаулар; абсолютті өлшемдер емес. Мысалы, әртүрлі көміртекті талшықты материалдар жоғары қаттылықпен немесе беріктікпен қол жетімді, көбінесе басқа қасиеттердің төмендеуіне байланысты.
| Өлшеу | Көміртекті талшық | Алюминий | Көміртек/Алюминий Салыстыру |
| Серпімділік модулі (E) GPa | 70 | 68.9 | 100% |
| Созылу күші (σ) МПа | 1035 | 450 | 230% |
| Тығыздығы (ρ) г/см3 | 1.6 | 2.7 | 59% |
| Меншікті қаттылық (E/ρ) | 43.8 | 25.6 | 171% |
| Меншікті созылу күші (σ /ρ) | 647 | 166 | 389% |
Бұл диаграмма көміртекті талшықтың меншікті созылу беріктігінің алюминийден шамамен 3,8 есе және алюминийден 1,71 есе ерекше қаттылығы бар екенін көрсетеді.
Көміртекті талшық пен алюминийдің жылулық қасиеттерін салыстыру
Көміртекті талшық пен алюминий арасындағы айырмашылықты көрсететін тағы екі қасиет - жылу кеңеюі және жылу өткізгіштік.
Термиялық кеңею температура өзгерген кезде материалдың өлшемдері қалай өзгеретінін сипаттайды.
| Өлшеу | Көміртекті талшық | Алюминий | Алюминий/Көміртек Салыстыру |
| Термиялық кеңею | 2 дюйм/°F | 13 дюйм/°F | 6.5 |
Алюминий көміртекті талшықтан шамамен алты есе термиялық кеңеюге ие.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
Жетілдірілген материалдар мен жүйелерді жобалау кезінде инженерлер нақты қолданбалар үшін қандай материал қасиеттері маңызды екенін анықтауы керек. Салмаққа жоғары беріктік немесе салмаққа жоғары қаттылық маңызды болғанда, көміртекті талшық айқын таңдау болып табылады. Құрылымдық дизайн тұрғысынан, егер қосымша салмақ өмірлік циклді қысқартуы немесе нашар өнімділікке әкелуі мүмкін болса, дизайнерлер жақсы құрылыс материалы ретінде көміртекті талшықты іздеуі керек. Қаттылық қажет болған кезде көміртекті талшық қажетті сипаттамаларды алу үшін басқа материалдармен оңай біріктіріледі.
Көміртекті талшықтың төмен термиялық кеңею қасиеттері жоғары дәлдікті және температура өзгеретін жағдайларда өлшемдік тұрақтылықты қажет ететін өнімдерді жасау кезінде маңызды артықшылық болып табылады: оптикалық құрылғылар, 3D сканерлер, телескоптар және т.б.
Сондай-ақ көміртекті талшықты пайдаланудың бірнеше кемшіліктері бар. Көміртекті талшық түспейді. Жүктеме кезінде көміртекті талшық майысады, бірақ жаңа пішінге (серпімді) біржола сәйкес келмейді. Көміртекті талшық материалының соңғы созылу беріктігі асып кеткенде, көміртекті талшық кенеттен істен шығады. Инженерлер бұл мінез-құлықты түсінуі керек және өнімдерді жобалау кезінде оны есепке алу үшін қауіпсіздік факторларын қамтуы керек. Көміртекті талшықты бөлшектер алюминийге қарағанда айтарлықтай қымбат, өйткені көміртекті талшықты өндірудің жоғары құны және жоғары сапалы композициялық бөлшектерді жасауда үлкен шеберлік пен тәжірибе бар.
Жіберу уақыты: 24 маусым-2021 ж