skip to Main Content

اثر برش مکانیکی بر ریزساختار کامپوزیت های زمینه سرامیکی SiC/SiC

کامپوزیت های زمینه سرامیکی (CMC ها) بخش قابل توجهی از تحقیقات به روی مواد صنعت هوافضا را به خود جلب کرده اند. این مواد کاندیدای مناسبی برای کاربردهای ساختاری دما بالا می باشند. این کامپوزیت ها میکروساختار پیچیده ای دارند و از زمینه SiC تقویت شده با فیبرهای بافته SiC تشکیل شده اند.


دیاگرام دریل کامپوزیت با دو جهت مختلف جهتگیری فیبرها: (a) موازی به سرعت برش و (b) عمود بر سرعت برش.

به دلیل طبیعت سخت، شکننده، غیرهمگن و ارتوتروپیک این کامپوزیت، عملیات ماشین کاری می تواند بر خواص کامپوزیت در هنگام سرویس دهی اثر بگذارد و در نتیجه عمر سرویس دهی آن را کاهش دهد. پژوهشگران از دانشگاه ناتینگهام و رولز- رویس بر روی مکانیزم هایی که در حین ماشین کاری اتفاق می افتند و اثر آنها بر ریزساختار سطح ماشین کاری شده مطالعه نموده اند.

مطالعه آنها بر اتفاقاتی که  حین پروسه برش در دو ناحیه مختلف، فیبرها و ماتریس، کامپوزیت اتفاق می افتد معطوف بود. در حین برش، بارهای سخت مکانیکی و حرارتی در سطح کامپوزیت ایجاد می شود که کرنش پلاستیک ایجاد می کند.

با مدنظر قرار دادن ناحیه فیبر، مطالعات نشان می دهد که کرنش پلاستیک، تنش پسماند کششی ایجاد نموده است. مطالعات میکروساختار مشخص می کند که فیبرها رفتار شکست تردی را حین برش نشان می دهند. در مجموع از این دو مشاهده نتیجه می شود که در ناحیه فیبرها، یک گرادیان تنش حرارتی مسئول تنش های پسماند فشاری است.

پژوهشگران تخریب هایی مانند ترک های شعاعی در پوشش فیبرها مشاهده کردند. این ترک ها توسط نیروهای مکانیکی ای که حین پروسه اعمال می شوند، ایجاد می شوند. به علاوه، رشد ترجیحی ستونی در دانه های پوشش ها ایجاد ترک های شعاعی را که جهت دانه را دنبال می کنند، تسهیل می نماید.

با مد نظر قرار دادن ماتریس، مطالعات مشخص می کند که کرنش پلاستیک، تنش پسماند فشاری ایجاد می کند و ماتریس یک مکانیزم غالباً پلاستیک را تجربه می کند. از این دو مشاهده نتیجه می شود که کرنش پلاستیک توسط بارهای مکانیکی ایجاد شده است. پژوهشگران مشاهده کردند که برخی از ذرات SiC در حین فرآیند برش بیرون کشیده شده اند. همچنین Si مذاب آمورف بر روی سطح کامپوزیت مجدداً لایه نشانی می شود.


اثر برش بر روی اجزای مختلف کامپوزیت زمینه سرامیکی پایه SiC: (a) فیبر، (b) ذرات ۶H-SiC پلی کریستال و (c) پوشش CVI با یک ساختار ستونی.

بخش چالش برانگیز این مطالعه، بررسی اثر پروسه برش بر روی اجزای مختلف کامپوزیت CMC پایه SiC شامل فیبر، پوشش و ذرات است. در حالی که آنها میکروساختارهای مختلفی دارند که مکانیزم های برداشتن آنها را متفاوت می نماید. به این صورت مکانیزم های برش این کامپوزیت بهتر مشخص می شود که این مهم به دلیل اثرگذاری بر ساختار و رفتار مکانیکی کامپوزیت پر اهمیت است.

نکته: ارثوتروپی یک حالت خاص از ناهمسانگردی است. به این معنا که خواص آنها به جهتی که در آن اندازه‌گیری می‌شوند،  بستگی دارند. مواد ارتوتروپیک (Orthotropic) دارای دو یا سه محور تقارن عمود بر هم هستند و در حالت کلی، خواص مکانیکی ماده در طول هر کدام از این محورها با محور دیگر متفاوت است.

لینک مقاله اصلی:

https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.11.037

منبع:

https://www.materialstoday.com/composites/news/influence-of-cutting-process-on-cmc-microstructure/

پیام خسروی

دانشجوی دکتری مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

یازده − یک =

Back To Top
×بستن جستجو
جستجو