Yhdistelmämateriaalien rakentaminen

Komposiittimateriaali, jota kutsutaan myös komposiitiksi, kiinteä materiaali, joka syntyy, kun kaksi tai useampia eri aineita, joilla on omat ominaisuudet, yhdistetään muodostamaan uusi aine, jonka ominaisuudet ovat parempia kuin alkuperäisten komponenttien ominaisuudet tietyssä sovelluksessa. Termi komposiitti viittaa tarkemmin rakennemateriaaliin (kuten muoviin), johon upotettu kuitumainen materiaali (kuten piikarbidi).

materiaalitiede: komposiitit

Vaikka metallien kehityksellä on ollut vaikutusta moottorisuunnitteluun, komposiittimateriaalien käytöllä on kasvava suuntaus

Seuraava on lyhyt komposiittimateriaalien käsittely. Katso täydellinen hoito materiaalitieteestä.

Komposiittien merkittävät ominaisuudet saavutetaan upottamalla yhden aineen kuidut toisen isäntämatriisiin. Vaikka kuitukimpun rakenteellinen arvo on alhainen, yksittäisten kuitujen lujuus voidaan valjastaa, jos ne upotetaan matriisiin, joka toimii liima-aineena, sitoo kuidut yhteen ja antaa materiaalille kiinteyttä. Jäykät kuidut antavat komposiitille rakenteellista lujuutta, kun taas matriisi suojaa kuituja ympäristövaikutuksilta ja fysikaalisilta vaurioilta ja antaa niille lämpöstabiilisuuden. Kuitu-matriisiyhdistelmä myös vähentää täydellisen murtuman mahdollisuutta; jos yksi kuitu epäonnistuu, halkeama ei välttämättä ulotu muihin kuituihin, kun taas monoliittisesta (tai yksittäisestä) materiaalista alkava halkeama jatkaa etenemistä, kunnes tämä materiaali epäonnistuu.

Useimmat tavanomaiset komposiitit muistuttavat vaneria siinä mielessä, että ne on rakennettu ohuiksi kerroksiksi, joita kutakin vahvistaa pitkät kuidut, jotka on laskettu samaan suuntaan. Tällaisilla materiaaleilla on parantunut lujuus vain kuitujen suunnassa. Komposiittien tuottamiseksi, jotka ovat vahvoja kaikkiin suuntiin, kuidut kudotaan kolmiulotteiseen rakenteeseen, jossa ne sijaitsevat kolmea keskenään kohtisuoraa akselia pitkin.

Komposiitin rakenneosat voivat koostua lasista tai hiiligrafiitista valmistetuista kuiduista, lyhyemmistä piikarbidista tai alumiinioksidista valmistetuista ”viiksistä” tai pidemmistä volframi-boorifilamenteista. Matriisimateriaali voi olla epoksihartsi tai muu korkean lämpötilan muovi, alumiini tai jokin muu metalli, tai keramiikka, kuten piinitridi. Lasikuitulujitettu muovi on tunnetuin komposiitti, ja sitä on käytetty laajasti sekä taloustavaroissa että teollisuustuotteissa. Komposiiteista on kuitenkin eniten hyötyä ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, missä niiden jäykkyys, keveys ja lämmönkestävyys tekevät niistä valittuja materiaaleja vahvistettaessa lentokoneiden moottorikopoja, siipiä, ovia ja läpät. Yhdistelmämateriaaleja käytetään myös mailoissa ja muissa urheiluvälineissä, leikkaustyökaluissa ja tietyissä autojen osissa.