חומרים מרוכבים מטריקס קרמיקה ומאפייני הכיפוף שלהם

מרוכבים הוא חומר שנוצר על ידי שילוב מטריצה וחומר חיזוק אחד או יותר. כוח הכיפוף הכללי של מרוכבים תלוי במאפיינים של החומרים שהוא מורכב מהם. קרמיקה היא חומר קשה עם תכונות דחיסה חזקות, אבל חומר זה הוא גם שביר מאוד. על ידי ערבוב זה סיבי זכוכית או פולימר, זה הופך לחומר דביק יותר.

לדוגמה, ב מרוכבים עצם מלאכותית, הקרמיקה מספקת את כוח דחיסה נדרש בעוד סיבי הפולימר להוסיף את המתיחה ואת כוח flexural אליו. על ידי שילוב של חומרים קרמיים ופולימריים בכמויות שונות, ניתן ליצור חומרים ייחודיים המותאמים ליישום מסוים.

וידאו זה ימחיש כיצד להפוך שלושה מטריקס קרמיקה מרוכבים עם טיח של פריז ולקבוע איזו הכנה יש את תכונות הכיפוף החזקות ביותר. העוצמה הפלקסורלית של דגימות אלה תימדד באמצעות מבחן הכיפוף של שלוש הנקודות.

הבה נסתכל מקרוב על מבחן הכיפוף של שלוש הנקודות. בשיטה זו דוגמה בצורת מייצגי פעילויות נטענה לאורכה על שני סיכות מקבילות. הרכבה צריכה להיות כזו שהיא מאפשרת לחומר למתוח כמו גם להתכופף תחת כוח חיצוני.

במבחן זה, כוח חיצוני מוחל בניצב על המדגם באמצע. כתוצאה מכך, הוא עובר כוח דחיסה בצד שבו עומס חיצוני מוחל כוח מתיחה בצד הנגדי שבו הוא מקבל מתוח. השילוב של שני כוחות אלה יוצר גם אזור של לחץ מוחלט לאורך קו האמצע.

שלושת הכוחות האלה יחד מחליטים על כיפוף או כוח כיפוף של מדגם נתון. עם עלייה בכוח החיצוני, כמות הכיפוף או הסטה של חומר גם גדל עד החומר נכשל. ניתן לחשב את המתח הפלקסורלי על חומר באמצעות הסטה, אורך טווח ועובי המדגם. הלחץ הפלקסורלי של החומר ניתן לחשב מהכוח המוחל, אורך הטווח, הרוחב והעובי של המדגם.

מבחן הכיפוף בן שלוש הנקודות מעניק עקומת מתח ומתח גמישים של חומר. השיפוע של עקומה באזור האלסטי מייצג את מודולוס flexural של המדגם ומודד כמה חומר נתון ניתן לכופף. האזור תחת עקומת מתח-זן מייצג את כמות האנרגיה נספג על ידי חומר לפני כישלון, ולכן, הוא מדד של הקשיחות של החומר.

תיאורטית, הכוח הגמישות המרבי של מרוכבים ניתן לחשב עם כלל התערובות באמצעות הכוח flexural המרבי של מטריצה וחומרי חיזוק תחת שברי נפח.

עכשיו שאתם מבינים איך שיטת הכיפוף של שלוש הנקודות עובדת ואיך למדוד את תכונות הכיפוף של החומר, בואו נעשה שלושה מרוכבים מבוססי קרמיקה ולגלות למי מהם יש את כוח הכיפוף הגבוה ביותר.

ראשית בואו נעשה שלוש דוגמאות של מרוכבים מטריקס קרמיקה. כדי להתחיל, לקבל תבנית גומי כחולה אשר יכול לעשות שלוש דוגמאות בצורת מוט. אנחנו נכין את הדגימה הראשונה שלך מהטיח הפשוט. ראשית, לשקול 40 גרם של אבקת גבס יבש לתוך פלסטיק ואז לאט להוסיף 20 מיליליטר של מים deionized ומערבבים אותו עם מקל עד עקביות חלקה מושגת. המשך מיד לשלב הבא מכיוון שהטיח מתחיל להקשיח בתוך כחמש דקות. לאחר מכן, יוצקים את העגמומת המתקבלת באחד התאים של התבנית. ממלאים את התבנית לחלוטין ומחליקים אותה במקל. לבסוף, לזרוק את הכוס וכל טיח עודף. אנא שמור את המקל לשימוש עתידי.

אתה תעשה את המדגם המורכב השני שלך באמצעות אבקת טיח סיבי זכוכית קצוצים. כדי לעשות זאת, ראשית לשקול ארבעה גרם של סיבי זכוכית קצוצים לתוך פלסטיק. לאחר מכן, לשקול 40 גרם של אבקת גבס לתוך אותה ולאחר מכן לאט להוסיף 20 מיליליטר של מים deionized. ממשיכים לערבב את העכוס עם המקל עד שהסיבים מתערבבים היטב ומושגת עקביות חלקה. יוצקים את התסיסה לתבנית השנייה כמתואר לדגימה אחת.

אתה תעשה את המדגם המורכב האחרון באמצעות אבקת טיח רגיל וסרט זכוכית סיבים. כדי לעשות זאת, ראשית לחתוך שתי רצועות של סרט זכוכית סיבים על חמישה סנטימטרים ארוכים ולשקול אותם. שנית, לעשות רפת עם אבקת גבס רגילה כפי שעשית עבור המדגם הראשון.

לאחר מכן, יוצקים כ 1/3 של טיח לתוך התבנית. מניחים רצועה אחת של סרט זכוכית סיבים על גבי הטיח ולחץ למטה עם מקל. תמיד לוודא כי טיח ביסודיות מצמרר את סיבים ולאחר מכן לשפוך על 1/2 של טיח הנותרים על גבי קלטת זכוכית סיבים.

לאחר מכן, מניחים את הרצועה השנייה של הסרט על גבי הטיח ותלחצו עליה במקל. יוצקים את שאר הטיח על גבי הרצועה השנייה ולוחצים אותו עם המקל.

מדוד את האורך, הרוחב והגובה הממוצעים של כל עמודה. מדוד את אורך הטווח של המדגם על גוף בדיקה של שלוש נקודות באמצעות קליברים מכוילים. הגדר את מכשיר UTM לאפס וליזום מהירות עקירה נוספת של חמישה מילימטרים לדקה.

עבור טיח רגיל ודגימות סיבי זכוכית קצוצים, להפעיל את הבדיקה עד הדגימות להיכשל. עבור סרט זכוכית סיבים מרוכבים, להפעיל את הבדיקה עד הסטה היא שישה מילימטרים. השתמש בתוכנית תצוגת המעבדה במחשב שלך כדי לאסוף את הנתונים מכל בדיקה לקובץ טקסט.

UTM יוצר קובץ טקסט עמודה בודד הן עבור כוח והן עבור הסטה. ממשק תצוגת המעבדה ממיין את הקריאות המתאימות לשני מערכים שונים. עכשיו, להמיר את הנתונים הגולמיים לתוך כוח הסטה באמצעות המספרים שנוצרו על ידי UTM ולטעון תא הערך המרבי של 1,000.

לאחר מכן, באמצעות ערכי הכוח וההסטה, לחשב את הלחץ הפלקסורלי ואת המתח. התווה את עקומת מתח פלקסורל של שלוש הדגימות: טיח, מרוכבים זכוכית קצוצה, וקלטת סיבים מרוכבים. מצא את הכוח הגמישות המרבי מהעקומה. מצא גם את המתח הפלקסורלי בעוצמה המרבית. לאחר מכן, חשב את מודולוס flexural ואת השטח הכולל מתחת לעקומה עבור כל מדגם.

לבסוף, השווה את התוצאות של שלוש הדגימות. ניסוי זה מדגים כי הכוח הרצוי של מדגם ניתן להשיג באמצעות חומרי חיזוק שונים. בחינת הנתונים לדוגמה, אנו רואים כי סרט זכוכית סיבים מספק את הכוח הנוסף הגדול ביותר. הוא גם מכסה את השטח המקסימלי מתחת לעקומה, ולכן הוא הקשה ביותר מבין השלושה. אורך סיבים וכיוון משפיעים באופן דרסטי על המאפיינים של דגימות מרוכבים.

לדוגמה, החיזוק המרבי יכול להיות מושגת רק כאשר סרט זכוכית סיבים מוגדר במקביל למשטחים של הדגימה. אוריינטציה מרחבית זו מאפשרת לקלטת הזכוכית של הסיבים לעמוד בכוחות נוספים כאשר מטריצת הגבס נכשלת. חתיכות ארוכות יותר יאפשרו אחיזה מקסימלית תחת הבדיקה מכיוון שיש יותר טיח סביב חיזוק זכוכית הסיבים.

מרוכבים מטריקס קרמיקה משמשים במגוון רחב של תחומים: מדעי החלל, ביו-הנדסה, ומערכות שבירת רכב. מרוכבים מטריקס קרמיקה משמשים גם לסנתז את העצמות המלאכותיות שלנו. העצמות שלנו מטבען יש מבנה מרוכבים חזק ובכך יש את היכולת להחליף ולשכפל עצם עקב מחלה או פגיעה טראומטית הוא מרכיב חשוב של מדע הרפואה.

מרוכבים קרמיים מספקים גם מערכות שבירת רכב יוצאות דופן בגלל חוזקם הגבוה יותר, יציבות תרמית גבוהה יותר ובלאי נמוך יותר. מסיבות אלה הם משמשים מכוניות ספורט.

הרגע צפיתם בהקדמה של Jove לחומרים מרוכבים מטריקס קרמיקה ומאפייני הכיפוף שלהם. עכשיו אתה צריך להבין איך לעשות חומר מורכב, לבדוק את תכונות הכיפוף שלה באמצעות מבחן כיפוף שלוש נקודות, ולהשוות אותו עם מרוכבים אחרים.

תודה שצפיתם.