كامپوزيت زمينه سراميكى CMC
كامپوزيتى هستند كه كاربردهاى زيادى را در صنايع مختلف خصوصاً هوافضا به خود اختصاص داده‌اند.
كامپوزيت زمينه سراميكى CMC
كامپوزيتى هستند كه كاربردهاى زيادى را در صنايع مختلف خصوصاً هوافضا به خود اختصاص داده‌اند. سراميك‌هاى پيشرفته داراى ويژگى‌هاى مطلوبى مانند سختى، استحكام بالا، تحمل دماهاى بالا، خنثايى شيميايى، مقاومت در برابر فرسايش و چگالى كم هستند. ولى در برابر بارهاى كششى و ضربه ضعيف هستند و بر خلاف فلزات، از خود انعطاف پذيرى نشان نمى‌دهند و مستعد شكست تحت بارهاى مكانيكى و شوك حرارتى هستند.
اگر مقايسه‌اى بين سراميك‌ها و ديگر مواد داشته باشيد، بايد گفت كه سراميك‌ها تنها گروه از مواد هستند كه در دماهاى بالا قابل استفاده‌اند و داراى سختى، استحكام و مدول كشسانى بالاترى از فلزات و پليمرها هستند. همچنين چگالى، ضريب انبساط حرارتى و هدايت الكتريكى و حرارتى كمى دارند. به ويژه چگالى و انبساط حرارتى كم سراميك‌ها اهميت زيادى در اغلب كاربردها دارد.
بزرگترين نقطه ضعف سراميك‌ها در مقايسه با ديگر مواد به ويژه فلزات، مقاومت فوق العاده پايين آنها در برابر شكست است كه در عمل اين مواد را در برابر ترك بسيار حساس كرده است. راه حل اين مشكل، تهيه كامپوزيت‌هاى زمينه سراميكى است. گنجاندن الياف و ذرات تقويت كننده در يك زمينه سراميكى مى‌تواند به تهيه يك ماده سراميكى مقاوم‌تر منجر شود. كامپوزيت‌هاى زمينه سراميكى تنها كامپوزيت‌هايى هستند كه بالاى ۹۰۰ درجه سانتيگراد استحكام خود را حفظ مى‌كنند.
معمولاً كاربرد كامپوزيت‌هاى سراميكى به دو دسته هوا فضايى و غيرهوا فضايى تقسيم مى‌شوند. در كاربردهاى هوافضايى مساله اصلى، عملكرد كامپوزيت است. در حالى كه در كاربردهاى غير هوا فضايى عامل قيمت بسيار مهم است. كامپوزيت‌هاى سراميكى با الياف پيوسته، عموماً داراى خواص مكانيكى ويژه بالايى هستند و مى‌توانند در كاربردهاى هوا فضايى با دماى بالا به كار گرفته شوند. كامپوزيت‌هاى كربن/كربن با پوشش سيليسيم كاربيد به عنوان محافظ حرارتى در شاتل‌هاى فضايى استفاده شده و كامپوزيت‌هاى كاربيد سيليسيم/ كربن مواد مناسبى براى هواپيماها هستند. از كاربردهاى غير هوا فضايى كامپوزيت‌هاى سراميكى مى‌توان به اجزاى موتورهاى دما بالا، مته و ابزار تراش، اجزاى مقاوم در برابر سايش، لوله اگزوز، نازل، لوله‌هاى مبدل گرما و غيره اشاره كرد.
بدلیل مقاومت آلی در برابر اکسایش در دمای بالا، با وجود احتمال شکست ترد، بهترین گزینه برای استفاده در دمای بالا و تنش‌های شدید است. به ویژه در قطعات موتور خودرو و توربین‌های گازی هواپیما چرمگی شکست این کامپوزیت‌ها معمول است در حالی که در اغلب فلزات ۱۵ است. چقرمگی شکست نسل جدید و توسعه یافته کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی (CMC) که بصورت ذزه‌ای، رشته‌ای یا ویسکری از مواد سرامیکی است. این بدان دلیل است که ترکی که در زمینه ایجاد می‌شود توسط ذرات، رشته‌ها یا ویسکرها نتنها اشاعه نمی‌‌یابد بلکه از اشاعه آن ممانعت به عمل مِی‌آید. به این امر کمک می‌کند.
کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی را با روش‌های پرسکاری گرم، پرسکاری ایزوستاتیک کاری گرم و زینتر کردن فاز مذاب تولید می‌کنند. آلومینا‌های تقویت شده با ویسکرهای SiC به عنوان ابزار برش در ماشین کاری آلیاژهای فلزی سخت استفاده می‌شود. سرامیک‌های پیشرفته دارای ویژگی‌های مطلوبی مانند سختی، استحکام بالا، تحمل دماهای بالا، خنثایی شیمیایی، مقاومت در برابر فرسایش و چگالی کم هستند. ولی در برابر بارهای کششی و ضربه ضعیف هستند و بر خلاف فلزات، از خود انعطافپذیری نشان نمی‌دهند و مستعد شکست تحت بارهای مکانیکی و شوک حرارتی هستند.
اگر چه نسبت مدول الاستیسیته تقویت کننده و زمینه در کامپوزیت‌های زمینه فلزی و پلمیری عموماً بین ۱۱ و ۱۱۱ است ولی برای کامپوزیت زمینه سرامیکی، این نسبت معمولاً برابر یک یا کمتر از آن است. نسبت مدول بالا در کامپوزیت‌های زمینه فلزی و پلیمری، سبب انتقال موثر بار از زمینه به تقویت کننده می‌شود. در حالی که در یک کامپوزیت سرامیکی، زمینه و تقویت کننده در توانایی تحمل بار اختلاف زیادی ندارد. به این معنا که هدف از ساخت کامپوزیت سرامیکی، افزایش استحکام نیست. مگر آنهایی که زمینه آنها مدول الاستیسیته کمی دارند (مانند زمینه‌های شیشه‌ای).
حوزه‌های مهم در تهیه کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی انواع گوناگون شیشه، شیشه سرامیک‌ها و سرامیک‌هایی همچون کربن، کاربید سیلیسیوم، نیتریدسیلیسیوم، آلومینات‌ها و اکسیدها هستند. تقویت کننده‌های مورد استفاده عبارتند از کاربیدها، بوریدها، نیتریدها و کربن. کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی تنها کامپوزیت‌هایی هستند که با‌لای ۱۱۰ درجه سانتیگراد استحکام خود را حفظ می‌کنند. عمده‌ترین کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی شامل کامپوزیت‌های کربن/کربن، کامپوزیت‌های آلومینا، کامپوزیت‌هایی با زمینه Si3N4 یا SiC تقویت شده با الیاف پیوسته SiC و کربن هستند.
معمولاً کاربرد کامپوزیت‌های سرامیکی به دو دسته هوافضایی و غیرهوافضایی تقسیم می‌شوند. در کاربردهای هوافضایی مساله اصلی، عملکرد کامپوزیت است. در حالی که در کاربردهای غیر هوافضایی عامل قیمت بسیار مهم است. کامپوزیت‌های سرامیکی با الیاف پیوسته، عموماً دارای خواص مکانیکی ویژة با‌لایی هستند و می‌توانند در کاربردهای هوافضایی دمای بالا به کار گرفته شوند. کامپوزیت‌های کربن/کربن با پوشش SiC به عنوان محافظ حرارتی در شاتل‌های فضایی استفاده شده و کامپوزیت‌های کاربید سیلیسیم/کربن مواد مناسبی برای هواپیماها هستند.
