مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
حساسیت به شکاف و تافنس
حساسیت به شکاف بوسیله ی در نظر گرفتن یک نمونه ی کششی در هنگام اعمال تمرگز تنش (با ایجاد یک شکاف در نمونه)، ارزیابی می شود. برای نمونه های کششی ایزوتروپ که دارای حفره ی مدور به اندازه ی نصف عرض سطح مقطع هستند، میزان حساست ماده در برابر خزش برابر 2.5 است. یک ماده ی حساس در برابر شکاف، به دلیل رسیدن به تنش پیک، شکسته می شود و از این رو، حفره به طور مؤثر موجب کاهش استحکام قطعه به میزان دو برابر نسبت به استحکام نهایی اندازه گیری شده در حالت کششی می شود.رفتار غیر الاستیک کامپوزیت های سرامیکی که از تشکیل میکروترک ها و جدایش پیوند میان فیبر- زمینه در سطوح تنش بالا اتفاق می افتد، موجب کاهش تنش پیک می شود و از این رو موجب بهبود خاصیت مقاومت در برابر شکاف و مقاومت در برابر تخریب می شود. این کاهش در تنش پیک به طور قابل توجهی به اندازه ی تنشی وابسته است که در نمونه ایجاد می شود. این مسئله بدین معناست که نمونه های دارای هندسه ی مشابه، در تنش های مشابهی شکسته می شوند (صرفنظر از اندازه ی مطلق آنها). به هر حال، آزمایشات نشان داده است که حساسیت به شکاف مربوط به کامپوزیت های تقویت شده با الیاف، به طور قابل توجهی به مقیاس اندازه وابسته است و این حساسیت عموماً با اندازه ی عیب کوچکتر، بهبود می یابد. کامپوزیت های UCSB 610/ M دارای یک کاهش استحکام کششی به میزان 30 % هستند که علت این افت، حضور حفره ای 10 میلی متری در این کامپوزیت هاست. در این حالت، یک کاهش 10 % به دلیل وجود یک حفره ی 3 میلی متری، ایجاد می شود. موادی که حساسیت آنها نسبت به حفره بسیار بالاست، یک کاهش 65 % از خود نشان می دهند. نمونه های کششس دارای شکاف که محتوی نکستل 610 هستند، در برابر شکست های ناگهانی مقاومت می کنند بنابر این، به ما اجازه می دهند تا یک انرژی شکست برابر با
را برای آنها محاسبه کنیم. مواد COtI 720 به شکاف حساس هستند، و یک کاهش ناچیز در استحکام آنها در زمان ایجاد شکاف بر روی آنها، مشاهده می شود. به هر حال، حساست قابل توجه به شکاف در دماهای بالاتر از 1100 ℃ مشاهده می شود.وابستگی مقیاسی به استحکام می تواند با استفاده از معیار شکست تنش نقطه ای، توصیف شود. این معیار برای کامپوزیت های زمینه ی پلیمری مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع در این معیار از توزیع آماری استحکام الیاف، استفاده می شود. این مدل ها پیشنهاد می دهد که یک مقیاس طولی شاخص برابر با 0.5 mm را در نظر گرفت که در آن، تنش های مربوطه از استحکام ماده فراتر می رود و بدین صورت شکست شروع می شود.
خستگی
مواد زمینه ای آلومینوسیلیکاتی (GE GEN-IV و COI 720/AS) دادرای مقاومت به خستگی بسیار خوبی در دمای اتاق هستند و می توانند در 〖10〗^5 سیکل مقاومت کنند و 85 % از استحکام دمای اتاق خود را حفظ کنند. مقاومت به خستگی با افزایش دما در داخل رژیم، حفظ می گردد که در این شرایط، زمینه از لحاظ ریزساختاری پایدار است. مقاومت به خستگی به طور قابل توجهی در دمای مشابه با حالتی که استحکام طولانی مدت حفظ می شود، کاهش می یابد که علت ان زیترینگ زمینه و درشت شدن آن است. برای مثال، COI 720/AS تنها 〖10〗^4 سیکل را در 60 % از استحکام نهایی خود در دمای 1200 ℃ حفظ می کند. در یک سری از آزمون های خستگی دما بالا که در آنها بارهای پیک برای زمانی بیش از 10 ثانیه در هر سیکل حفظ شد، این فهمیده شده که کرنش کامپوزیت با رفتار خزش استاتیک آن، تطابق دارد. این مسئله بر این دلالت دارد که زمان اعمال دما و تنش، نسبت به بار سیکلی، اثر مهم تری دارند.کامپوزیت های COI 720/A عاری از سیلیس، دارای مقاومت به خستگی مشابه هستند و استحکام خستگی آنها برای
سیکل در دمای اتاق، ضرورتاً برابر استحکام نهایی استاتیک آنها است و این استحکام 85% در دمای 
حفظ می شود. توجه کنید که این آزمون بر اساس نسل اولیه از مواد و با توجه به استحکام های نسبتاً ضعیف در دمای اتاق، اجرا شده است. رفتار خستگی مربوط به مواد بهبود یافته گزارش داده نشده اند .
خواص در جهت محورهای فرعی
همانگونه که اشاره شد، این کامپوزیت ها به طور قابل توجهی ارتوتروپ هستند. اگر چه یک تفاوت اندک میان جهت الیاف و جهت پر شدن الیاف به خودی خود، وجود دارد، این کامپوزیت ها در زمانی که این گزارش ارائه شده است، در جهت الیاف مورد ارزیابی قرار گرفته اند. البته علاوه بر این، خاصیت این کامپوزیت ها در جهت عمود بر الیاف نیز بررسی شده است. اگر چه این به خوبی فهمیده شده است که خواص در جهات دیگر به طور قابل توجهی بوسیله ی خاصیت زمینه ی متخلخل، تحت تأثیر قرار می گیرد، استحکام و سفتی در هر جهت اعمال باری، با جهت گیری های الیاف، تطابق ندارد و همچنین اطلاعات اندکی در مورد خواص این مواد در جهات دیگر، وجود دارد. کامل ترین گروه از داده های آزمونی در مورد مواد منفرد، داده های مربوط به COI 720 /AS می باشد که در جدول 1 نشان داده شده است. مقادیر پیش تعریف در جدول، اجزای تانسور الاستیک در سیستم کوئوردیناسیون هستند که با جهت گیری الیاف، منطبق شده اند. در واقع 1 و 2 نشاندهنده ی جهت گیری الیاف در صفحه و 3 نشان دهنده ی جهت گیری ضخامت می باشد. مدول الاستیک در جهت ضخامت (
) و در جهت داخل صفحه ای 
تقریباً برابر هستند و تقریباً 60 % از مقدار در جهت صفر یا 90 است. مدول در جهت صفر یا 90 و 
، با مقدار 0.09 و با استفاده از اصل نسبت پوآسون، در ارتباط هستند. این مسئله برای محاسبه ی مقادیر مدول برشی در جدول 1 مورد استفاده قرار می گیرد.
مواد تقویت شده با الیاف UCSB نکستل 720 که دارای زمینه ی مولایتی با سفتی پایین تر هستند، دارای مدول الاستیک تنها 23 MPa در جهت
می باشند و این مدول عموماً 40 % از مدول آنها در جهت الیاف می باشد.ضریب انبساط گرمایی و رسانایی گرمایی مواد COI 720 ، ارتوتروپ هستند اما میزان آنیزوتروپی در این دو خاصیت کمتر از خواص الاستیک است (جدول 1). خواص ترمو الاستیک در این کامپوزیت ها، به طور مناسبی با استفاده از مدل های میکرومکانیکی، محاسبه شده اند و در آنها هم میکروترک ها و هم تخلخل زمینه، در نظر گرفته شده است.
آنیزوتروپی مربوط به استحکام این کامپوزیت ها، حتی بیشتر از آنیزوتروپی در خواص ترموالاستیک می باشد (جدول 2). استحکام نهایی مربوط به نمونه ها که در پیکربندی کششی با زاویه ی ±45° تحت بارگذاری واقع شده است، تقریباً 20 % استحکام آنها در جهت الیاف است. شکست در این نمونه ها، به طور نمونه وار در نوارهای برشی 45 درجه ای رخ می دهد (یعنی موازی با یک گروه از الیاف و عمود بر گروه دیگر). و از این رو، تنش برشی ایجاد شده در آن صفحه ممکن است به عنوان استحکام برشی ماده، در نظر گرفته شود. به هر حال، همچنین یک جزء تنش کششی در صفحه ی 45 درجه وجود دارد به نحوی که استحکام برشی ظاهری اندازه گیری شده به طور نمونه وار اندکی کمتر از استحکام اندازه گیری شده در برش خالص می باشد. مطالعات اشاره شده در بالا که بر روی UCBS ها انجام شده است، نشان دهنده ی این است که انتقال حالت شکست در جهات ±45° از حالت شکست زمینه و بریده شدن الیاف به حالت شکست کششی الیاف در دانسیته های بالا، الیاف قوی تر و زمینه، اتفاق می افتد. کشش برشی داخل لایه ای و مربوط به ضخامت حتی کمتر از این مقدار است بنابراین، شکست در آنها بوسیله ی جدایش لایه ای و تنها با شکست لایه، ایجاد می شود.
خواص کامپوزیت ها در جهات غیر موازی با جهت قرارگیری الیاف، به سختی تفسیر می شوند. این جالب توجه است که استحکام هایی که از آزمون های انجام شده در جهات ±45° بدست آمده است، نشان دهنده ی وابستگی قوی این مقادیر به هندسه ی نمونه، قابلیت خود الیاف و چرخش و سفت شدن نمونه ها در طی ایجاد خستگی برشی اولیه در زمینه، می باشد. این مسئله یکی از موضوعاتی است که موجب می شود شناسایی خستگی کامپوزیت ها تحت تنش های چند محوره، به سختی انجام شود. از این رو، نیاز به اندازه گیری خواص اساسی و توسعه ی یک فهم کامل در مورد مواد طراحی شده برای کاربردهای واقعی، در این حالت، نمود دارد.
روش های فرآوری
گزینه های مربوط به فرآوری برای کامپوزیت های فیبری به طور قابل توجهی پیچیده می باشد. این پیچیدگی بیشتر به دلیل وجود الیاف در این مواد ایجاد می شود. در حالی که سرامیک های مونولیتیک را به آسانی می توان زینتر کرد و این کامپوزیت ها به سهولت نیز به استحکام نسبتاً کامل می رسند، دلیل وجود الیاف در این مواد، قیودی وجود دارد که موجب می شود متراکم شوندگی، محدود شود. علاوه بر این، دما، فشار و شیمی این مواد، به دلیل نیاز به جلوگیری از تخریب الیاف، محدود می باشد. مسئله ی ایجاد کامپوزیت های با زمینه ی متراکم نیز یکی از مسائلی است که به منظور جلوگیری از تغییر ریزساختاری و مورفولوژی در نظر گرفته می شود در حالی که این مسئله دارای اثرات دیگری بر روی اجزای دیرگداز کامپوزیت می باشد. این وضعیت با استفاده از تقویت کننده های دو بعدی و سه بعدی یا ساختارهای نواری بدتر می شود. ابعاد خارجی کامپوزیت های سه بعدی ضرورتاً با استفاده از بخش فیبری طراحی شده، تعیین می شوند. گزینه های مربوط به فرآوری با پر کردن فضای بین این الیاف درگیر هستند و بیشتر فرایندهای موجود ظاهراً قادر به پر کردن کامل این فضاها نیستند. از این رو، مقداری تخلخل در این مواد، اجتناب ناپذیر است و ایده های طراح کامپوزیت محدود به این می شود که روشی را انتخاب کند که موجب شود این تخلخل ها به طور یکسان توزیع شوند. برای مثال، تخلخل های بسته و ریز به احتمال زیاد برای ترک های بزرگ، ترجیح داده می شود. تحقیقات اندکی در مورد این مسئله وجود دارد و باید تحقیقات بیشتری بر روی این مسئله انجام شود. در حالی که محدودیت های ایجاد شده به دلیل الیاف، موجب می شود تا رسیدن به دانسیته ی مناسب برای زمینه ممکن نباشد، این محدودیت ها موجب می شود تا زمینه ی متخلخل ایجاد شود و این مسئله در دماهای بالا هنوز وجود دارد.فرآوری یک کامپوزیت به طور نمونه وار درگیر مراحل زیر است:
1) پوشش دهی الیاف
2) قراردهی الیاف در یک معماری مناسب
3) نفوذ پیش ماده ی زمینه ای در داخل فضای میان الیاف
4) استحکام بخشی به زمینه
5) ماشین کاری نهایی
فرآوری پوشش های میانی
پوشش ها بر روی الیاف سرامیکی با استفاده از روش های مختلفی اعمال می شود. این روش ها شامل روش استفاده از پیش ماده های محلولی، سل و دوغاب، رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار (CVD) و روش رسوب دهی الکتروفورتیک (EPD) می باشد. دو روش آخر همچنین برای نفوذ زمینه های پیچیده مورد استفاده قرار می گیرند. این مسئله در بخش قبل توصیف می شود. توجه کنید که تنها اصلاح اندکی برای بهینه سازی روش های مورد استفاده برای پوشش دهی الیاف، ضروری است. انتخاب فرایند پوشش دهی، اغلب بوسیله ی ماده ای که پوشش دهی می شود، دیکته می شود. برای مثال، فرایند CVD به طور موفقیت آمیز برای تولید پوشش های کربن و نیترید بور مورد استفاده قرار گیرد. به هر حال، این مشکل است که پوشش های اکسیدی کریستالی و با دمای بالای را پوشش دهی کنیم. روش EPD برای رسوب دهی پوشش های اکسیدی بر روی الیاف، مورد استفاده قرار گرفته است. به هر حال، این فرایند هم اکنون اجازه ی اعمال پوشش های گسسته بر روی پارچه های بافته شده از الیاف را نمی دهد.تمام فرایندهای پوشش دهی گفته شده، برای پوشش دهی فیلمان های منفرد مناسب هستند (مانند سافایر)، از این رو، این فرایند ها، عموماً برای پوشش دهی فیلمان ها، سهولت بیشتری دارند تا پوشش دهی طناب های الیافی. یک تفاوت اساسی در تولید پوشش های گسسته بر روی الیاف موجود در داخل طناب های فیبری، وجود دارد. وقتی ضخامت پوشش افزایش می یابد، تمایل برای پوشش دهی پوشش های با چسبندگی بیشتر، افزایش یافته است و در نهایت، یک پوسته م تواند بر روی طناب فیبری تشکیل شود. رسوب دهی یک پوشش گسسته بر روی پارچه های بافته شده، به جز روش cvd با روش های دیگر قابل تولید نمی باشد. پوشش های اکسیدی بر روی پارچه ها با روش هایی همچون غوطه وری، رسوب دهی الکتروفورتیک و یا پوشش دهی بر روی الیاف پیش از بافته شدن، تولید می شوند. مورد آخر در مرحله ی آزمایشی قرار دارد و در فرایند تولید کامپوزیت، گزارش نشده است.
در زمان حاضر، روش های پوشش دهی با استفاده از پیش ماده ی مایع (محلول، سل و دوغاب) موفق ترین روش برای رسوب دهی اکسیدهایی همچون مونازیت و اکسیدهای متخلخل (کربن و مخلوط های اکسیدی) بر روی طناب های فیبری اکسیدی است. یک پوشش دهنده ی نمونه وار برای الیاف، در شکل 1.a نشان داده شده است. در این فرایند پوشش دهی، یک مایع سبک و امتزاج ناپذیر برای حذف سل اضافی از طناب در حال پوشش دهی، استفاده می شود و این مایع به ما اجازه می دهد تا بر روی فیلمان های منفرد، پوشش ایجاد کنیم (شکل 1.b).
الیاف پوشش داده شده عموماً از لحاظ یکنواختی پوشش دهی، پیوستگی، ضخامت و ترکیب، مورد بررسی قرار می گیرند. میکروسکوپ الکترونی روبشی می تواند برای سه ویژگی اولیه ی بیان شده در بالا مورد استفاده قرار گیرد، در حالی که تفرق اشعه ی اشعه ی X و میکروسکوپ الکترونی عبوری می تواند اطلاعاتی در مورد ترکیب شیمیایی به ما بدهد. تخلخل باقیمانده در داخل پوشش همچنین در نظر گرفته شده است.
نفوذ زمینه
برای فرآوری کامپوزیت های اکسید- اکسید، هم بافته های اکسیدی و هم نوارهای فیبری می تواند برای تقویت، مورد استفاده قرار گیرند. بخش های بافته شده می توانند به صورت مستقیم و با استفاده از روش های بیان شده در بخش قبل، مورد استفاده قرار گیرند. فیلمان های منفرد و طناب های یا نوارهای فیبری باید به شکلی بافته شوند، که قابلیت خم شدن و انعطاف پذیری را داشته باشند. این مسئله در صورتی امکان پذیر می باشد که فیلمان ها بر روی یک قاب بافته شوند. طناب ها نیز می توانند از داخل یک دوغاب سرامیکی عبور کنند و بدین صورت پیش ماده ی زمینه ای در داخل طناب ها، نفوذ کند. یک روش جایگزین بافتن اولیه ی فیلمان ها و سپس ریخته گری نواری یک لایه ی اکسیدی در داخل و روی طناب می باشد. این فرآیند برای الیاف با قطر بزرگتر از 100 میکرون، مکان پذیر می باشد. قراردهی الیاف بر روی هم با استفاده از دست می تواند مورد استفاده قرار گیرد، اگر چه این روش، نیاز به کارگران زیادی دارد و تنها برای الیاف با قطر بزرگتر از 100 میکرون، عملی است.دوغاب های اکسیدی که در فرآیندهای مختلف اشاره شده در بالا، کاربرد دارند، برای موفقیت تولید کامپوزیت های زمینه ی سرامیکی، حیاتی هستند. دوغاب های پودری رسوب داده شده به طور متداول مورد استفاده قرار می گیرند و فرمولاسیون دوغاب ی نهایتاً برای حصول یک بدنه ی هموژن، ضروری است .
نفوذ با اعمال فشار
این فرایند در اصل برای نمونه های از جنس پارچه، مورد استفاده قرار می گیرند، اگر چه این روش را می توان برای نمونه های ایجاد شده از الیاف نیز استفاده کرد. در این فرایند، پارچه ابتدا در اندازه ی مشخص بریده می شود و پوشش های آلی (مانند مواد آهار) برای چسباندن پارچه به هم مورد استفاده قرار می گیرد. لایه هایی از جنس پارچه ی بیان شده در بالا، سپس در داخل یک قالب و بر روی هم قرار داده می شوند. این مهم است که الیاف در طی فرایند تحت فشار قرار گیرند و مقید باشند تا از ایجاد ضخامت های نامناسب در برخی بخش ها، جلوگیری شود بسته به ستاپ مورد استفاده، قالب می تواند هم به خودی خود تحت فشار قرار گیرند و یا می تواند در داخل یک ظرف فشار قرار گیرد. پیش از اعمال فشار، یک مقدار دوغاب به داخل قالب، ریخته می شود و این میزان از دوغاب در کسر حجمی جامد و دانسیته ی خام بهینه، در نظر گرفته می شود. دوغاب مورد استفاده با ریختن پودر اکسیدی در داخل یک حلال (عموماً آب) تولید می شود. یک پراکنده ساز ویژه نیز برای اطمینان حاصل کردن از پایداری دوغاب، مورد استفاده قرار می گیرد. بدون پایدارسازی، رسوب دهی دوغاب در طی فرایند نفوذ اتفاق می افتد و این مسئله منجر به ایجاد گرادیان های زمینه ای در داخل نمونه می شود. این مسئله می تواند یک مشکل خاص در مورد توزیع پودرهای دو اندازه ای شود و موجب افزایش تغییرات در اندازه ی ذرات می شود. فشار به منظور اعمال نیرو بر روی دوغاب قرار گرفته در داخل ساختار پارچه ای، اعمال می شود. این بخش پارچه ای ضرورتاً به عنوان فیلتر عمل می کند و موجب می شود تا ضخامت زمینه در اندازه ای مناسب قرار گیرد. از خلأ نیز ممکن است به منظور کمک به فیلتراسیون، استفاده شود.وقتی دوغاب در داخل نمونه فیلتر شود، بدنه ی خام از حالت واحد خارج می شود. در طی این فرایند، بسته به میزان فشار اعمال شده بر روی نمونه، باید دقت لازم به عمل آید. اگر فشار اضافی بر روی نمونه اعمال شود، این مسئله ممکن است موجب ایجاد یک عمل با نام بازگشت فنری در هنگام برداشته شدن فشار اعمالی شود. کنترل مناسب بر روی پارامترهای فشار اعمالی موجب کاهش این اثر می شود. بدنه ی خام می تواند سپس خشک و بدون اعمال فشار، زینترینگ شود و به شکل محصول نهایی در آید. نفوذ ثانویه با استفاده از پیش ماده ی مایع مانند سل های کلودئیدی مایع، می تواند موجب افزایش قابل توجه در دانسیته ی زمینه شود، اگر چه یک زمینه ی با دانسیته ی مناسب، به سختی با استفاده از این روش، تولید می شود. در طی چندین مرحله ی نفوذ، دانسیته به سرعت افزایش می یابد ولی به هر حال، این اثر عموماً به دلیل پر شدن کانال های داخلی، از بین می رود. علاوه بر این، مواد فرار باید در طی هر سیکل نفوذ خارج شوند که این مسئله نیازمند یک سطح مینیمم از تخلخل به هم مرتبط است.
فرآوری پیش آغشته (Pre-preg processing)
بسیاری از روش های فرآوری مورد استفاده در تولید کامپوزیت های زمینه ی پلیمری، برای تولید کامپوزیت های اکسید- اکسید، مورد استفاده قرار می گیرند. برای مثال، COI کامپوزیت های آلومینوسیلیکاتی- نکستل 720 خود را بار روش غوطه وری الیاف آغشته شده به آهار در داخل دوغاب و تولید یک قطعه ی پیش آغشته شده، تولید می کند. این پارچه ی پیش آغشته شده، سپس در داخل قالب قرار داده می شود (شکل 2) و با استفاده از اعمال دما و تغییر فاکتورهای دیگر، مستحکم می شود. این قطعه سپس در دمای بالا زینتر می شود.این فرایند مشابه فرایند مورد استفاده در فرآوری کامپوزیت های پلیمری است. در این فرایندها، لایه هایی از نوارهای اشباع شده ی پلیمری در داخل یک قالب قرار داده می شود و سپس نمونه اتوکلاو می شود. این فرایند شامل کشیده شدن نمونه بوسیله ی خلأ به سمت بیرون و اعمال فشار گاز خارجی به منظور و حرارت دهی و به قول معروف، عمل آوری رزین پلیمری می باشد. در مورد کامپوزیت های اکسید- اکسید، پلیمریزاسیون عموماً اتفاق نمی افتد و دماهای نسبتاً بالال برای خارج کردن آب و حلال از این بدنه ها، مورد استفاده قرار می گیرد. مزیت اصلی فرایند پیش غوطه وری، قابلیت تولید اشکال شبه مشبک، بدنه های با شکل پیچیده با هزینه های ارزان تولید می باشد.
رسوب دهی الکتروفورتیک (EPD)
EPD فرایندی است که در آن از رفتار ذرات باردار تحت یک میدان الکتریکی، بهره برده می شود و بواسطه ی این رفتار، الیاف سرامیکی یا پارچه ها، از یک دوغاب اشباع می شوند. در این فرایند، سل های کلوئیدی محتوی ذرات باردار، در داخل یک میدان الکتریکی قرار داده می شوند که این قرارگیری موجب می شود تا ذرات باردار به سمت الکترود رسوب دهنده، حرکت کنند. اکسیدها مواد عایقی هستند که موجب می شوند استفاده از میدان الکتریکی، با مشکل مواجه شود. بنابراین، یک نوار یا بافته ی غیر رسانا باید با استفاده از یک پوشش رسانا پوشش داده شود یا در جلوی یک ماده ی رسانا نگه داشته شود تا بدین صورت، به دوغاب اجازه ی نفوذ در داخل پارچه، داده شود. یک میدان قوی باید همچنین اعمال شود تا بدین صورت پایداری محلول سوسپانسیونی در حین رسوب دهی، حفظ گردد.این فرایند در اصل فرایند سریع است و به هر حال، نرخ رسوب دهی با افزایش ضخامت لایه ی نفوذ کرده، کاهش می یابد. نمدهای بافته شده ی منفرد، با این فرایند تحت نفوذ قرار می گیرند و سپس وارد فرایند نفوذ تحت فشار می شوند. EPD عموماً از لحاظ اندازه و ضخامت ماده ای که می تواند تحت شکل دهی قرار گیرد، محدود می باشد. لایه های نازک تر مانند تک لایه های پارچه ای، می توانند به سهولت با این روش رسوب دهی شوند و به هر حال، این فرایند فقط برای تولید لایه های ضخیم نیست. علت این مسئله این است که رسوب دهی با افزایش فاصله از الکترود، کاهش می یابد. نتایج مربوط به کارهایی که در دانشگاه بیرمنگام انجام شده است، نشاندهنده ی این است که با استفاده از روش EPD، امکام رسیدن به دانسیته های81- 86 % وجود دارد.
استحکام بخشی
زینترینگ معمولیکامپوزیت های خام بدست آمده از روش پیش آغشته سازی و نفوذ فشاری و ... می توانند در دماهای بالا و تحت اتمسفر هوا، شکل دهی شوند و CMC های زمینه ی متخلخل را تشکیل دهند. برای این مواد، هدف استفاده از زینترینگ ضرروتاً متراکم سازی زمینه نمی باشد، بلکه یکی دیگر از اهداف، استحکام بخشی به گلویی هایی است که بین ذرات وجود دارد. با این کار، موجب استحکام بخشی بیشتر در زمینه می شویم. متراکم سازی قابل توجه زمینه ی متخلخل منجر به باز شدن میکروترک های موجود در داخل زمینه می شود.
پرس گرم
پرس گرم یکی از روش های متدال برای تولید بدنه های مونولیتیک سرامیکی و برخی از کامپوزیت های تقویت شده با SiC است. برای کامپوزیت ها، این فرایند درگیر بارگذاری بر روی ماده در داخل یک قالب گرافیتی است. قالب سپس به دمای بالایی حرارت دهی می شود و فشارهای بالاتر از مرحله ی اولیه بر روی ماده اعمال می شود. سپس نمونه خنک سازی می شود و از قالب خارج می شود. دانستیه های بالاتر از 90 % با استفاده از این روش، قابل حصول می باشد مخصوصاً برای زمینه های شیشه- سرامیکی. افزودنی هایی همچنین به مواد اولیه ی مورد استفاده در این فرایند افزوده می شود تا بدین صورت میزان متراکم سازی، بالا رود.پرس ایزواستاتیک گرم
پرس ایزواستاتیک گرم (HIP) از لحاظ طبیعت، مشابه با روش پرس گرم است. یعنی در این فرایند از دما و فشار بالا استفاده می شود، اما در این روش از فشار گاز برای متراکم سازی استفاده می شود. این روش به ما اجازه ی اعمال فشارهای بالاتر به نمونه را می دهد. مشابه سایر فرایندها، نوارهای پیش آغشته شده از طریق ریسندگی به ساختار فیبری تبدیل می شوند و یا از سایر روش های نفوذی گفته شده، استفاده می شود. سپس نوارها در داخل یک قالب مناسب و به صورت شکل مناسب، قرار داده می شوند. تحقیقات نشان داده است که یک چنین قالب هایی باید در طی فرایند تحت اعوجاج قرار نگیرند تا بدین وسیله از آسیب دیدن نمونه جلوگیری گردد. وقتی قالب از الیاف و مواد زمینه پر شد، آب بندی می شود و سپس با استفاده از اعمال گاز خنثی، حرارت دهی و فشار داده می شود. آب بندی قالب از ورود گاز خنثی به داخل نمونه، جلوگیری می کند. در این رو، محدودیتی بر روی شکل نمونه وجود ندارد چون با استفاده از گاز، میزان نیروی وارده بر روی تمام بخش های ماده، یکسان است. محدودیت اصلی مربوط به این فرایند، در واقع هزینه های بالاتر نسبت به روش زینترینگ معمولی است. یکی دیگر از مسائل موجود در واقع قالب یا مواد مورد استفاده در عایق کاری محفظه ی اعمال فشار می باشد. این موارد موجب ورود ناخالصی به داخل محصول می شوند. این مسئله می تواند مشکلات خاصی را به دلیل طبیعت متلخل مواد آغشته ساز، ایجاد کنند.رسوب دهی یا نفوذ شیمیایی از فاز بخار
روش رسوب دهی یا نفوذ شیمیایی از فاز بخار (CVD/CVI) به طور گسترده برای شکل دهی کامپوزیت های SiC/SiC و کامپوزیت های C/C مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال، این روش برای کامپوزیت اکسید- اکسید مهم دیگری نیز قابل استفاده می باشد. این فرایند شامل شکل دهی یک ساختار اولیه با قراردادن فیلمان های بافته شده بر روی هم، قراردهی بخش های پارچه ای بافته شده و یا استفاده از ساختارهای بافته شده ی سه بعدی م باشد. این ساختارهای اولیه در داخل یک محفظه ی رسوب دهی قرار داده می شوند و محصولات مناسبی بر روی آنها رسوب دهی می شوند. این کار معمولاً با واکنش دو ماده ی شیمیایی در سطح ماده، انجام می شود. فرایند رسوب دهی در این روش، آهسته است و با پر شدن سطح خارجی ساختار، وارد بخش های داخلی نمی شود.کامپوزیت های تولید شده با روش CVD/ CVI عموماً شامل 15 % تخلخل در زمینه هستند که این میزان بالاتر از میزان تخمین زده شده برای کامپوزیت های معمولی (30%) است، اما هنوز هم مقدار زیادی است. این فرایند به خودی خود کامپوزیت های اکسید- اکسید مناسبی تولید می کند ولی به هر حال دارای چندین محدودیت می باشد. تولید زمینه های پیچیده مانند زمینه های مولایتی یا زمینه های YAG با این روش، سخت می باشد. اکسیدهای تک جزئی ممکن است به سختی با استفاده از این روش تولید شوند که علت این مسئله، فقدان پیش ماده ی مناسب برای آن ماده یا عدم پایداری محصولات رسوب داده شده می باشد. همانگونه که گفته شد، فرایند رسوب دهی نیز آهسته است و این مسئله موجب افزایش هزینه های تولید می شود.
اکسیداسیون مستقیم فلز
این روش یک روش متداول است که به آن روش DIMOX گفته می شود. این روش در اصل برای تولید کامپوزیت های تقویت شده با SiC استفاده می شود. در این روش، یک ساختار کامپوزیتی با استفاده از یک ماده ی مانع در 5 جهت پوشش داده می شود و سطح 6 ام آن در کنار یک فلز مذاب قرار داده می شود. این فلز مذاب عموماً آلومینیوم است.فلز اکسید شده و در داخل ساختار قرار می گیرد. در این روش، حفرات پر می شوند. با افزودن مواد دوپ شونده در آلومینیوم مانند منیزیم، از تشکیل یک لایه ی محافظتی جلوگیری می شود و این مسئله موجب می شود تا اکسیداسیون پیوسته در فلز، ایجاد شود. افزودنی های دیگر نیز ممکن است برای اطمینان حاصل کردن از ترشوندگی الیاف با آلومینیوم مذاب، اضافه شود. همچنین ممکن است مجبور شویم الیاف را نیز پوشش دهی کنیم تا از بروز تخریب در الیاف، جلوگیری کنیم.ایجاد پیوند واکنشی
فرایند پیوند واکنشی به طور گسترده و در طی دهه های متمادی مورد بررسی قرار گرفته است مخصوصاً به دلیل هزینه های پایین آن. این روش در ابتدا برای مواد مونولیتیک، استفاده می شده است اما این روش به طور موفقیت آمیز برای تولید کامپوزیت های تقویت شده با سافایر و الیاف نکستل 610، نیز مورد استفاده قرار گرفته است. ماهیت این روش، مشابه فرایند DIMOX است. به هر حال، در این فرایند، تمام فلز می تواند اکسید شود و فاز باقیمانده ی فلزی وجود ندارد. این فرایند از ترکیب شدن پودر فلزی مانند آلومینیوم با پودر اکسیدی مانند آلومینا، تشکیل شده است. مخلوط پودری با هم مخلوط می شود تا اندازه و شکل بهینه، ایجاد شود. پارامترهای آسیاب کاری بر روی محصول نهایی اثرگذار هستند.استفاده از فلز در شکل دهی یک کامپوزیتی خام به ما اجازه ی افزایش شکل پذیری را می دهد زیرا فلز مورد استفاده می تواند به صورت پلاستیک عمل کند و اصطکاک ذرات اطراف الیاف، را کاهش دهد. تحت عملیات حرارتی در هوا، فلز اکسید می شود و بسته به ویژگی های فلز، تغییر حجم رخ می دهد. با استفاده از این فرایند، زمینه های پیچیده، مانند مولایت قابل تولید است. همانگونه که اشاره شد، کاربردهای اندکی در مورد استفاده از این فرایند در تولید کامپوزیت ها، وجود دارد و باید تحقیقات بیشتری بر روی آنها انجام شود.
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
/ج
