قسمت های محافظت کننده خارجی TPS[1] انواع ادوات فوق صوت باید قادر باشند که دماهای بالای ° C 2000، جریان گرمایی بالا، شوک حرارتی بالا و تنش های مکانیکی زیادی را تحمل کنند. در این مقاله ابتدا به معرفی مواد با کاربرد های هوافضایی و مزایا و معایب هر یک به صورت کلی پرداخته می-شود. پس از انتخاب کامپوزیت های بر پایه سرامیک های فوق دما بالا[2] (UHTCs) به عنوان یک دسته از مواد که دارای پتانسیل بالا برای به کارگیری در کاربرد های هوا فضایی هستند، مزایا و محدودیت های استفاده از این مواد ذکر می-شوند. راهکار هایی که پژوهشگران در این بخش برای ارتقای خواص استحکام، مقاومت به فرسایش و مقاومت به شوک حرارتی کامپوزیت های بر پایه سرامیک ها ارائه داده اند مورد بررسی قرار می گیرد. مزیت این دسته از سرامیک ها، مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و فرسایش در دمای بالا است که مکانیزم این عمل شرح داده می شود. در نهایت با متمرکز شدن بر روی خواص و ظرفیت کامپوزیت های بر پایه کاربید زیرکنیوم که با الیاف کربنی تقویت شده اند، روش های مختلف تولیدشان تشریح می گردد. هدف از این پژوهش شناسایی ترکیب و روش تولید بهینه برای تولید کامپوزیت مناسب جهت کاربرد یاد شده می باشد.

کامپوزیت اپوکسی/الیاف شیشه یکی از انواع کامپوزیت ها است که در سال های اخیر به دلیل خواص خوب و قیمت تمام شدۀ پایین مورد توجه قرار گرفته است. استحکام خمشی نسبتاً پایین و احتمال برش بین لایه ای بالا، از مواردی است که کاربرد کامپوزیت اپوکسی/ الیاف شیشه را محدود کرده است. تحقیقات زیادی برای شناسایی روش های بهبود خواص این کامپوزیت و در نتیجه افزایش دامنۀ کاربردهای آن، به ویژه از طریق ساخت کامپوزیت هیبرید با اضافه کردن ذرات تقویت کننده به زمینه انجام شده است. در این میان نانوذرات رس و نانولوله های کربنی به دلیل عملکرد مناسب در زمینۀ اپوکسی به عنوان تقویت کننده، مورد توجه قرار گرفته اند. افزودن این ذرات هرچند سبب بهبود خواص کامپوزیت شده اما عموماً روش های تولید پیشنهادی، سبب افزایش هزینۀ تولید این کامپوزیت شده و این تحقیقات، عملاً نتیجه ای درخور برای صنعت به همراه نداشته اند. در این تحقیق نانورس و نانولولۀ کربنی به وسیلۀ روش اختلاط مکانیکی با هم زن مکانیکی ساده با سرعت rpm 400-300 به زمینۀ اپوکسی اضافه شده و تغییرات استحکام خمشی و برشی بین لایه ای کامپوزیت های هیبرید و کامپوزیت اپوکسی/ الیاف شیشه، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد، افزایش نانوذرات رس به زمینۀ کامپوزیت سبب افزایش استحکام خمشی می شود و بیشترین میزان افزایش استحکام خمشی حدود 25% و مربوط به نمونۀ حاوی 0.5% نانورس نسبت به نمونۀ بدون نانو ذرات رس است. استحکام برشی بین لایه ای نیز با افزودن 2% نانورس به میزان 5% افزایش یافته است. با این وجود افزودن نانولولۀ کربنی در این روش تولید، تأثیری معکوس بر خواص داشت.

در این مقاله رفتار الکترومکانیکی کامپوزیت های هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی حاوی نانولوله ی کربنی بررسی می شود. از یک مدل میکرومکانیکی سلول واحد و روابط ساختاری کوپل الکترومکانیکی برای به دست آوردن ثابت های الاستیک و الکتریکی کامپوزیت هیبریدی استفاده می شوند. این کامپوزیت های هیبریدی از فیبر پیزوالکتریک و نانولوله ی کربنی یه عنوان فاز تقویت و زمینه پلیمری ساخته شده است. فیبرهای پیزوالکتریکی با نانولوله های کربنی که در جهت شعاعی هم راستا شده اند پوشانده می شوند. یک ناحیه فاز میانی بین نانولوله ی کربنی و پلیمر به علت فعل و انفعالات بین نانولوله و زمینه پلیمری در نظر گرفته می شود. تاثیرات درصد حجمی و اندازه نانولوله ی کربنی بر خواص نهایی کامپوزیت هیبریدی بررسی شده است. این تاثیرات در جهت عرضی به علت هم راستا شدن نانولوله های کربنی در جهت شعاعی فیبر کربن قابل توجه است. با در نظر گرفتن PZT-7A به عنوان فیبر پیزوالکتریکی تقویت کننده، مطالعه ای بر روی خواص استحکام بخشی آن در مقایسه با PZT-5A انجام شده است تا یک کامپوزیت بهتری ساخته شود. با مقایسه مدل حاضر با یک مدل میکرومکانیکی دیگر، اعتبارسنجی مدل بررسی شده است. تطابق خوبی بین نتایج دو مدل میکرومکانیکی وجود دارد. هم چنین نتایج نشان می دهند که برای خواص الکترومکانیکی عرضی بهتر، استفاده کردن از نانولوله ی کربنی با قطر کمتر پیشنهاد می شود.

با افزایش روز افزون کارایی مواد نانو و نانو کامپوزیت ها در زندگی روزمره و صنعت، تحقیقات گسترده ای در این زمینه آغاز شده است. به همین دلیل در راستای تحقیقات گذشته و تکمیل آن ها مواد نانو لوله کربنی و نانو گرافن به طور جداگانه با درصد وزنی های1/0، 3/0 و 5/0در فاز زمینه کامپوزیت متشکل از رزین اپوکسی و الیاف بازالت اضافه گردید و به روش لایه گذاری دستی نانو کامپوزیت های شش لایه الیاف بازالت ساخته شد. در ادامه نمونه های کامپوزیتی و نانو کامپوزیتی برای تعیین میزان تغییرات انرژی جذب شده شکست، تحت آزمون ضربه شارپی قرار گرفت و سطح شکست نمونه ها پس از انجام آزمون ضربه شارپی برای مطالعه دقیق و کامل، تحت عکس برداری الکترونی قرار گرفت. افزایش میزان انرژی ضربه جذب شده درحضور مواد نانو با تمامی درصد وزنی های متفاوت نسبت به نمونه کامپوزیتی مشاهده گردید. بیشترین میزان افزایش انرژی ضربه جذب شده در نمونه های نانو کامپوزیت نسبت به نمونه های کامپوزیت، در نمونه هایی استفاده شده از ذرات گرافن به میزان 1/0 درصد وزنی مشاهده گردید. بیشترین میزان افزایش انرژی ضربه جذب شده در نمونه های کامپوزیت های نانولوله کربنی، مربوط به استفاده از 3/0 درصد وزنی از نانو لوله کربنی در فاز زمینه می باشد.

این تحقیق با هدف ساخت و ارزیابی ویژگی های مکانیکی و فیزیکی (جذب آب) کامپوزیت سبز ژئوپلیمر تقویت شده با الیاف کنف و نانولوله کربنی انجام شد. برای این منظور تاثیر مقدار الیاف کنف، نانولوله کربن و نیز مقدار آب هر کدام در 5 سطح (درصد وزنی) نسبت به ژئوپلیمر مبتن ی بر متاکائولن و سرباره فولاد بر خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت مورد ارزیابی قرار گرفتند. از روش آماری سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی برای انتخاب اختلاط ها استفاده شد. بر روی نمونه ها، آزمون های خمش (مقاومت خمشی، مدول الاستیستیه و چقرمگی شکست)، فشار و جذب آب انجام گردید. همچنین، ریزساختار ژئوپلیمر و کیفیت پراکندگی نانولوله کربن و الیاف کنف در ماتریس کامپوزیت با استفاده از تصاویرFESEM ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که با اضافه کردن مقدار الیاف کنف تا سطح 7. 5 درصد مقاومت خمشی، فشاری، چقرمگی شکست و جذب آب افزایش یافتند، در حالی که در مقادیر بالاتر الیاف مقادیر مقاومت مکانیکی روند نزولی داشتند. همچنین حضور نانولوله کربن به عنوان تقویت کننده، تا سطح 0. 6 درصد تاثیر مثبت در افزایش مقادیر مقاومتی کامپوزیت داشتند. بررسی های FESEM نیز افزایش اندازه منافذ ماده زمینه را با افزایش مقدار نانو الیاف و نانولوله کربن نشان داد. به طور کلی در این تحقیق، با توجه به نتایج آماری، نمونه با ترکیب شرایط اختلاط الیاف کنف 7. 5 درصد، نانولوله کربن 0. 6 درصد و آب به مقدار 29 درصد به عنوان ترکیب بهینه معرفی می گردد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

نانولوله های کربنی در سال های اخیر به دلیل خواص الکتریکی قوی، هدایت حرارتی و گسیل میدان الکترونی بالا، توجه مراکز علمی و تحقیقاتی و حتی مراکز صنعتی جهان را به خود جلب کرده اند. از سوی دیگر، چقرمگی و استحکام کششی بسیار بالا، مدول یانگ بالا و چگالی بسیار کم نانولوله های کربنی به تولید الیافی مستحکم و سبک وزن بر پایه نانولوله های کربنی توسط محققین انجامیده است. اما، علی رغم خواص یادشده، طول ناکافی و ناپیوستگی الیاف از چالش های پیش روی محققان است که تحقیقات بیشتر به منظور دست یابی به الیافی بدون نقص را بیان می کند. در این مقاله، به بررسی روش های آزمایشگاهی تولید الیاف نانولوله های کربنی خواهیم پرداخت. از روش های عمده تولید الیاف نانولوله های کربنی که در نشریات مختلف انتشار یافته، می توان به ریسیدن محلول و ریسیدن حالت جامد اشاره کرد. روش های دیگری نیز، چون ریسیدن الکترو فورتیک و دی الکترو فورسیس نیز به صورت محدود گزارش شده اند که در ادامه به بررسی آن ها خواهیم پرداخت.

در تحقیق حاضر، تاثیر افزودن نانولوله های کربنی بر رفتار کششی و خمشی کامپوزیت های زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت بررسی شد. در گام نخست و به منظور برهم کنش مطلوب تر نانولوله ها با زمینه اپوکسی، اصلاح سطحی آن ها به وسیله عامل تری گلیسیداکسی پروپیل تری متوکسی سیلان صورت گرفت که در ادامه ایجاد گروه های عاملی روی سطح نانولوله های کربنی به وسیله آزمون طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) تایید شد. نانولوله های کربنی اصلاح سطحی شده در درصدهای وزنی مختلف نسبت به زمینه (0، 0.1، 0.3 و 0.5 درصد) و از طریق روش های همزدن مکانیکی و آلتراسونیک در زمینه پخش شدند و در ادامه مخلوط های حاصله به عنوان زمینه در ساخت کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بازالت استفاده شد. به منظور بررسی اثر افزودن نانولوله های کربنی بر رفتار مکانیکی کامپوزیت ها آزمون های کشش و خمش سه نقطه ای روی آن ها صورت پذیرفت. همچنین برای بررسی مکانیزم شکست کامپوزیت ها از میکروسکوپ روبشی الکترونی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که بیشترین میزان بهبود در خواص استحکام کششی، استحکام خمشی و همچنین جذب انرژی مربوط به نمونه حاوی 0.3 درصد وزنی نانولوله کربنی بود و از طرفی مدول کششی و خمشی نمونه ها با افزودن نانولوله ها روند افزایشی از خود نشان دادند. بررسی های میکروسکوپی موید این واقعیت بودند که افزودن نانولوله های کربنی چندجداره در زمینه باعث بهبود خواص فصل مشترکی بین الیاف بازالت و زمینه نانوکامپوزیتی شده است.

در این تحقیق رفتار مقاومت به ضربه با سرعت پایین برای دو نوع از مواد رایج فلزی فولادی و آلومینیومی و دو نوع ماده کامپوزیتی زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن و شیشه آنالیز گردیده و نتایج مربوط به آنالیزهای مواد فلزی و کامپوزیتی از جمله تنش ها و کرنش های فون میزس، تنش برشی ماکزیمم و انرژی کرنشی مربوط به ضربه در این مواد مقایسه گردید. بر اساس نتایج به دست آمده فولاد با داشتن تنش فون میزس و برشی بالا و مقادیر کرنش فون میزس و کرنش برشی پایین دارای عملکرد بهتری نسبت به آلومینیوم و مواد کامپوزیتی بود. نمونه فولادی با تحمل مقدار 23815 مگاپاسکال دارای بیشترین تنش فون میزس و نمونه کامپوزیتی تقویت شده با الیاف کربن با تحمل 4763 مگاپاسکال دارای کمترین مقدار تنش فون میزس بود. بیشترین مقدار کرنش فون میزس در نمونه کامپوزیت الیاف کربن در مقایسه با سایر نمونه های فلزی و کامپوزیتی است این افزایش به مقدار حدوداً 870% بیشتر از نمونه فولادی می باشد که این نشانگر ضعف این مواد در تحمل بارهای ضربه ای است. همچنین نمونه کامپوزیتی تقویت شده با الیاف شیشه دارای کارکرد بهتر در مقایسه با کامپوزیت های زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن است. دلیل این امر خاصیت جذب انرژی بهتر الیاف شیشه در مقایسه با الیاف کربن می باشد.