1. Definitzioa

Materiale konposatuak materiale berriak dira osagai materialen propietate ezberdinak optimizatzen eta konbinatzen dituztenez, materiaren prestatzeko tekniko aurreratuak erabiliz. Material konposatutako definizio orokorrak betetzeko beharrezkoa du:

(i) materiale konposatuak artifiziala eta diseinua eta prozesua izan behar dira jendearen beharrez;

(ii) osagai-materialak bi edo gehiago osatu behar dira osagai bakoitzaren arteko interfaze garbi batekin diseinatutako forma, proporzioa eta banaketan konbinatutako propietate kimiko eta fisikoekin;

(iii) konstrukziotasun strukturala dauka eta konstrukzio-diseinu konposatuarentzat erabil daiteke;

(iv) Materioak osagai bakoitzaren egintzaren abantailak bakarrik mantentzen dituzte, baina osagai bakoitzaren egintzaren osagai osagai bakar batek ezin duen egintza osagai osoa lortzen dituzte.

Material konposatutako matrizeak bi kategorian banatzen dira: metalikoak eta metalikoak. Batzuetan erabiltzen diren substrate metalak aluminioa, magnesioa, kopera, titanioa eta haien loturak dira. Substratu metalikoak ez dira gehienetan errezin sintetikoak, garbia, keramikoak, grafita, karbona eta abar. Material nagusiak glass fiber, carbon fiber, boron fiber, aramid fiber, silikon karbide fiber, asbesto fiber, whisker eta metaloak dira.

2. Klasifikazioa

Materiale konposatuak nahastua dira. Eremu askotan rol garrantzitsua izan da, materiale tradizionala askotan ordezkatzen. Materiale konposatuak metalean banatzen dira materiale konposatutako metaletan, metalik gabeko materiale konposatutako metaletan, eta metalik gabeko materiale konposatutako metaletan beren konposazioaren arabera. Bere ezaugarri strukturalaren arabera, gehiago banatu daiteke:

Zenbakiaren materiala konposatuak indartzen ditu. Matrizko materiaren barruan fitxategi-indartsu ezberdinak konposatu. Izan ere, plastikoak, metaloak indartsuak, eta abar.

Zenbat eta hirurogeita hirurogeita hirurogeita hirurogeita; Gainerako materialetatik eta materialetatik osatuta propietate ezberdinekin. Batzuetan, gainaldeak indar handia du eta mehea da; Material nagusia argia da eta indar baxua du, baina gogorra eta loditasuna dauka. Bi motetan banatzen dira: sandwich solidoa eta eztizko sandwich.

Zentzuak 9314k;Material konposatu ederrak. Batez banatu partikular fin gogorrak matrizean, banaketa-banaketa indartsuak, keramiko metaloak eta abar.

9315k;materiale konposatuak. Bi edo gehiago materialez osatuta, matrizeko fase batean nahastuta. Material konplexutako fase bakar batekin konplexuak, haren eraginaren indarra, nekasunaren indarra eta frakturaren zailtasuna oso hobeto daude, eta hedapen termoaren propietateak ditu. Geruza-hibrido barruan banatuta, geruza-hibrido artean, sandwich-hibrido, geruza-hibrido intra/inter-geruza-hibrido eta materiale hibrido konposatutako superhibrido batean banatuta.

Materiale konposatuak bi kategorietan banatu daitezke gehienetan: materiale konposatu strukturalak eta materiale konposatu funtzionalak.

Material konstrukturalak kargatzeko egitura gisa erabiltzen dituzten materialak dira, zeinak, oinarrizko, indarrak bidaltzen dituzten bitartean, kargatzeko elementuak eta matrizeko elementuak konektatzen dituzten elementuak materiale osoan konektatzeko erabiltzen dituzten elementuak osatzen dira. Gaitzapenak glass, ceramika, carbon, polymers, metal ezberdinak dituzte, eta fibre naturalak, fabrikak, whiskers, sheets eta partikular ezberdinak, eta matrizeak polimerak (resinak), metalak, keramikak, kristalak, karbonak eta cementuak dituzte. Izan ere, materiale konstruktiboak eta matrizeak indartzeko agente eta matrizeak ezberdinak osa daitezke eta erabilitako matrizearen arabera izendatu daitezke, polimero (resin) oinarritutako materiale konpositiboak bezala. Material konstruktiboaren karakteristikazioa da, materiaren presioaren beharrezko arabera osagai hautesteko diseinatu daitezkeela erabiltzean, eta garrantzitsuago, konstrukzio-diseinu konposatuak ere exekutatu daitezke, hau da, erabiltzeko antolatzeko diseinua, materiaren beharreak eta salbatzeko moduan.

Materiale konposatutako funtzionalak gorputz-osagai eta matrizeko osagai funtzionalak osatzen dira normalean. Matrizoak ez bakarrik rola bat egiten du osoa osatzean, baina funtzioak sinergikoak edo indartzeko sortu ditzake. Materiale konposatutako funtzionalak propietate mekanikoak baino beste propietate fisikoak ematen dituzten materiale konposatuak dira. Adibidez, kondukzioa, superkondukzioa, erdi-kondukzioa, magnetismoa, piezoelektrisitatea, hondamendia, absorbzioa, transmisioa, frikzioa, ezkutua, suaren atzerapena, berotasuna, berotasuna, soinu absorbzioa, izolacioa, eta abar. Bat-batean materiale konposatu funtzionalak deitzen dira. Materiale konposatutako funtzionalak gorputz funtzionalean osatzen dira, gorputz indartsuak eta matrizeak. Gorputz funtzionalak materiale funtzional bat edo gehiago osatu daitezke. Material konposatutako funtzionario anitzak funtzio anitzak dituzte. Bitartean, funtzio berriak sortzea ere posible da efektu konposatuak sortzeagatik. Material konposatutako funtzional anitzak materiale konposatutako funtzionalen garatzeko norabidea dira.

Materiale konposatuak bi kategorian ere banatu daitezke: arrunta erabilita eta aurreratuta.

Fiberglass bezalako materiale konposatu arruntak eraginkortasun txikietatik osatzen dira, glass fibres eta polimero altu arruntak bezala (resinak). Bere prezio baxuaren ondorioz, ontzietan, transportazioetan, pipa-lerroak eta biltegiaren tanketan, egiturak eraikitzean eta esportazio-tresna ezberdinetan erabilita dago.

Material konposatu aurreratuak, karbonfiber eta aramid bezalako polimero bero-resistantz osatutako materiala konposatuak dira. Geroago, metal-oinarritutako, zeramiko oinarritutako, karbono-oinarritutako, eta materiale konposatutako funtzionalak ere sartu ziren. Hala ere, eragin bikainak dauzkaten arren, beren prezioak relativki altuak dira, gehienetan defentsa industrian, aerospace, presizio-makina, itsaso sakoneko azpimargarriak, robot-osagai konstruktuak eta esportu-tresna gorenean erabiltzen dira.

3. aplikazioa

Material konposatutako aplikazio nagusiak dira:

9312k;Aerospace eremua. Beren stabilitate termoa onagatik, indar espezifiko handia eta gogortasunagatik, materiale konposatuak aireportuaren hegalak eta aurreko gorputzak, satelitako antenak eta haien euskarri-egiturak, eguzki-gelako hegalak eta eskailereak, abiarazteko tresna-eskailereak, motor-eskailereak, espazio-txalupa-konstrukzioak, eta abar.

9313k; autoindustria. Material konposatutako bidirazio bereziaren ezaugarri hausten direnez, vibrazioa eta zarata gutxiagoa daitezke, nekatu-resistantzia onak dituzte, kalte ondoren konpontzeko erraza dira, eta osoa osatzeko erraza dira. Horregatik, gorputz automobilak, kargatzeko osagaiak, transmisio-txanpon, motor-muinak eta barneko osagaiak sortzeko erabil daitezke.

Zenbat eta makina-fabrikazioaren eremuetan. Karbona-fiber eta errezona-matrizetik osatutako materia bat korozio-resistentzia onarekin, tresna kemikoa, testilaren makina, paper-makina, kopiatzaileak, makina-abiadura altuak, tresna zehaztasunak, eta abar.

Mediko eremua. Karbon-fiber-materialak propietate mekanikoak eta X-rayen absorpziorik ez dituzte, eta X-ray makinak eta stente ortopedikoak sortzeko erabil daitezke. Karbona-fiber-materialak biokonpatibilitatea eta odola-konpatibilitatea dituzte, inguruan biologikoetan stabilitate ona, eta biomedikuntza biomedikuntza gisa ere erabiltzen dira. Gainera, materiale konposatuak ere erabiltzen dira esportazio-tresna eta eraikinaren materiala gisa.

4. Zirkonio fosfatu konposatutako materiala aldatua

Azken urteetan, geruza polimero/inorganiko nanokonpositiboak, beren propietate bikainak alde ezberdinetan, arreta zabaldu dute. Ikuspegi askok erakutsi dute materiale konpositiboaren propietate mekanikoak eta termoak beti hobetu daitezkeela nano-betetzaile inorganiko eduki txiki batekin. Gaur egun, polimerekin montorilonite eta attapulgite bezalako geruza inorganiko materialen nanokonpositibo asko izan dira, baina polimero/zirkoniofosfato nanokonpositibo polimero/zirkonioaren ikerketa apur bat dago.

α - ZrP laminatak konstrukzio stabilikoa du eta gastearen sarrera sartzean ere, laminata relativki stabila bat mantendu dezake. Ion-aldaketa-kapasitate handia ere badu, aspektu-erlazio kontrolagarria eta partikular-tamaina txikia banatzea, nanokonpositu inorganiko polimero/geruzarri inorganiko prestatzeko egokia. Zirkonio-fosfatuaren intergeruzaren tartea handitzeko, bere atzerapena polimerako matrizean higitzen du, eta zirkonio-fosfatuaren geruzaren eta polimeraren arteko bateragarritasuna handitzeko, ZrP baten aldaketa organikoa behar da. α - ZrP molekula-amino edo alkohol txikiekin aldatzen da generiki - OH protonazio-erreakzioak edo hydrogen-koadroak beren geruza barruan eta kanpoan, eta molekula handiekin ere elkartu daitezke. Hala ere, geruza txikiaren tarteagatik, zaila da molekula handiak zuzenean elkartzea, eta generiki molekula txikiak aurreko euskarria behar ditu molekula handiekin elkartzea baino lehen.

Kate laugarren amoniako gatzak (DMA-CMS) oktadecyldimethylamine (DMA) eta p-chloromethylstyrene (CMS) erabiliz sintetiziatuak ziren. α-ZrP lehenago methylaminarekin onartuta zegoen eta gero DMA-CMS-ekin aldatu zirkonio fosfat organikoki aldatua lortzeko (ZrP. DMA. CMS). Orduan zirkonio-fosfat organikoki tratatua zen, PS-ekin nahasten zen, PS/organikoki aldatutako zirkonio-fosfat-nanokonpositiboak prestatzeko, eta haien egitura eta propietateak aztertu ziren.

XRD analizazioak erakusten du kate luze-mailako amoniako gatz laugarren DMA-CMS erlatiboa erraza dela α-ZrP geruzaren artean sartzea metaminaren aurreko euskarriaren ondoren. Interalazioaren ondoren, zirkonioaren fosfatuaren intergeruzaren distantzia 0,8 nm eta 4,0 nm arte handitzen da, eta interalazioaren efektua garrantzitsua da. ZrP DMA-CMS (ZrP DMA-CMS) fosfatu aldatutako zirkonio-fosfatu (ZrP DMA-CMS) eta PS-k 4.0 nm eta 4.3 nm bitarteko geruza-espazioa hedatzen du, ZrP DMA-CMS konparatuz, eta polistyrene batzuk zirkonio-fosfatu intergeruzalean sartzen dira.

Analisi mekanikoak erakusten du zirkonio-fosfatuaren edukia %1 denean, tenzio-indarra, modulo elastikoa, pausoan luzatzea eta PS/zirkonio-fosfatuaren nanokonpositibo aldatutako organikoaren indarra 4%, 21%, 8%, eta 43%, respectively. Baina zirkonio-fosfat edukiaren handitasunarekin, tenzio-indar, modulo elastikoa, etengabe luzea eta nanokonposatu-en indarrak beheko trend a bat erakusten du, eta materiaren indar, zorrotza eta gogortasuna gutxitzen hasi dira. ZrP DMA-CMS aldatutako zirkonio fosfatu organikoaren kopuru egokia gehitzea, PS-en efektu indartsua eta gogorra dauka.