Oglekļa šķiedra pret alumīniju

Oglekļa šķiedra aizstāj alumīniju arvien vairākos lietojumos, un tas ir darīts pēdējās desmitgadēs. Šīs šķiedras ir pazīstamas ar savu izcilo izturību un stingrību, kā arī ir ļoti vieglas. Oglekļa šķiedras pavedieni tiek apvienoti ar dažādiem sveķiem, lai izveidotu kompozītmateriālus. Šie kompozītmateriāli izmanto gan šķiedras, gan sveķu īpašības. Šajā rakstā ir sniegts oglekļa šķiedras un alumīnija īpašību salīdzinājums, kā arī daži katra materiāla plusi un mīnusi.

Mērīts oglekļa šķiedra pret alumīniju

Tālāk ir sniegtas dažādu īpašību definīcijas, kas izmantotas abu materiālu salīdzināšanai.

Elastības modulis = materiāla “stingums”. Sprieguma un deformācijas attiecība materiālam. Sprieguma un deformācijas līknes slīpums materiālam tā elastīgajā reģionā.

Maksimālā stiepes izturība = maksimālais spriegums, ko materiāls var izturēt pirms pārrāvuma.

Blīvums = materiāla masa uz tilpuma vienību.

Īpatnējā stingrība = elastības modulis, dalīts ar materiāla blīvumu. Izmanto, lai salīdzinātu materiālus ar atšķirīgu blīvumu.

Īpatnējā stiepes izturība = stiepes izturība dalīta ar materiāla blīvumu.

Paturot prātā šo informāciju, nākamajā tabulā ir salīdzināta oglekļa šķiedra un alumīnijs.

Piezīme. Šos skaitļus var ietekmēt daudzi faktori. Tie ir vispārinājumi; nav absolūtie mērījumi. Piemēram, ir pieejami dažādi oglekļa šķiedras materiāli ar lielāku stingrību vai izturību, bieži vien ar kompromisu, samazinot citas īpašības.

Šī diagramma parāda, ka oglekļa šķiedras īpatnējā stiepes izturība ir aptuveni 3,8 reizes lielāka nekā alumīnija un īpatnējā stingrība ir 1,71 reizi lielāka nekā alumīnija.

Oglekļa šķiedras un alumīnija termisko īpašību salīdzināšana

Vēl divas īpašības, kas parāda atšķirības starp oglekļa šķiedru un alumīniju, ir siltuma izplešanās un siltumvadītspēja.

Termiskā izplešanās apraksta, kā mainās materiāla izmēri, mainoties temperatūrai.

Alumīnijam ir aptuveni sešas reizes lielāka termiskā izplešanās nekā oglekļa šķiedras.

Plusi un mīnusi

Izstrādājot progresīvus materiālus un sistēmas, inženieriem ir jānosaka, kuras materiāla īpašības ir vissvarīgākās konkrētiem lietojumiem. Ja svarīga ir augsta izturība pret svaru vai augsta stingrība pret svaru, oglekļa šķiedra ir acīmredzama izvēle. Runājot par konstrukcijas dizainu, ja palielinātais svars var saīsināt dzīves ciklu vai izraisīt sliktu veiktspēju, dizaineriem būtu jāuzskata oglekļa šķiedra kā labāks celtniecības materiāls. Ja stingrība ir būtiska, oglekļa šķiedru ir viegli apvienot ar citiem materiāliem, lai iegūtu nepieciešamās īpašības.

Oglekļa šķiedras zemās termiskās izplešanās īpašības ir būtiska priekšrocība, veidojot produktus, kuriem nepieciešama augsta precizitātes pakāpe un izmēru stabilitāte temperatūras svārstību apstākļos: optiskās ierīces, 3D skeneri, teleskopi utt.

Oglekļa šķiedras izmantošanai ir arī daži trūkumi. Oglekļa šķiedra nedod. Zem slodzes oglekļa šķiedra salocīsies, bet neatgriezeniski neatbildīs jaunajai formai (elastīga). Tiklīdz tiek pārsniegta oglekļa šķiedras materiāla maksimālā stiepes izturība, oglekļa šķiedra pēkšņi sabojājas. Inženieriem ir jāsaprot šī uzvedība un jāiekļauj drošības faktori, lai to ņemtu vērā, izstrādājot produktus. Oglekļa šķiedras detaļas ir arī ievērojami dārgākas nekā alumīnijs, jo oglekļa šķiedras ražošanai ir augstas izmaksas un lielas prasmes un pieredze augstas kvalitātes kompozītmateriālu izveidē.