کامپوزیت و کاربردهای آن

کامپوزیت عبارت است از امتزاج ماکروسکوپی دو یا چند ماده متمایز، به منظور افزایش خواص فیزیکی و مکانیکی آن‌ها. کامپوزیت‌ها نه تن‌ها به دلیل خواص ساختاری، بلکه به خاظر کاربردهای فیزیکی، حرارتی، و زیست‌محیطیشان مورد استفاده قرار می‌گیرند. عموماً کامپوزیت‌ها از یک زمینه (فاز غالب) و یک یا چند تقویت‌کننده (فازهایی که برای جبران نقاط ضعف فاز زمینه اضافه می‌گردند) تشکیل می‌شوند؛ به گونه‌ای که تقسیم‌بندی آن‌ها نیز بر همین اساس است. در یک تقسیم‌بندی، انواع کامپوزیت‌ها عبارتند از:

کامپوزیت‌های زمینه فلزی (MMCS)، کامپوزیت‌های زمینه پلیمری (PMCS)، کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی (CMCS)، کامپوزیت‌های زمینه ارگانیکی (OMCS)

جالب است بدانیم، اولین کامپوزیت مورد استفاده توسط بشر، کاه‌گل بوده است. دلیل آن هم بروز ترک پس از خشک شدن گل بنایی بوده است. به گونه‌ای که به طور اتفاقی انسان متوجه شد پس از اضافه شدن مقداری کاه به گل بنایی، مشکل ترک خوردن آن برطرف می‌گردد. مثالی از کامپوزیت‌های زمینه پلمیری نیز فایبرگلاس است. در این کامپوزین زمینه پلیمری باعث افزایش تافنس و رشته‌های شیشه‌ای سبب افزایش استحکام می‌گردند.

نحوه دیگر تقسیم‌بندی کامپوزیت‌ها، مورفولوژی فازهای تقویتی آن است. به گونه‌ای که براساس این تقسیم‌بندی می‌توان آن‌ها را به چهار گروه کلی شامل کامپوزیت‌های ذره‌ای، کامپوزیت‌های رشته‌ای، کامپوزیت‌های صفحه‌ای و کامپوزیت‌های میله‌ای تقسیم کرد.

نکته قابل تأمل این است که کامپوزیت‌ها، علی‌رغم تمامی خواص مطلوبی که دارند، دارای یک نقطه ضعف بزرگ هستند و ان چسبندگی و استحکام سطح تماس بین فازها است. زیرا به دلیل غیرهمسان بودن پارامترهای شبکه‌ای دوفاز سطح تماس آن‌ها پس از اتصال چند لایه مولکولی دچار ضعف و ناپایداری می‌گردد. برای برای جبران این نقص جدیداً از تگنولوژی نانو کمک گرفته شده است به گونه‌ای که با کوچک کردن ذرات تقویت‌کننده تا ابعاد نانومتری، سطح تماس هر تک ذره را با زمینه به حداقل رسانده و چسبندگی بین دو فاز را افزایش داده‌اند. به این نسل از کامپوزیت‌ها، نانو کامپوزیت می‌گویند. جالب است بدانیم تکنولوژی نانو کامپوزیت تاحدی پیشرفت کرده است که نسل جدید هواپیماهای بوئینگ در بخش‌های وسیعی از بدنه خود از این مواد پیشرفته بهره برده است. به نحوی که این ماده سبب افزایش مقاومت، کاهش، وزن و توان بیشتر در حمل بار و مسافر شده است.

منابع:

ASM Handbook Volume 21
مواد پیشرفته مهندسی - تألیف دکتر شکوه‌فر