دانشنامه تخصصی مهندسی ایران

دانشنامه تخصصی مهندسی ایران

 engpedia   راه اندازی کانال تلگرام ( EngPedia_ir@ )

                همراه با مطالب ویژه سایت بصورت رایگان

  • نسخه ۱۲.۱ نرم افزار Aveva Marine در سایت قرار گرفت. (اینجا)
  • نسخه ۱۰.۵۲ نرم افزار Plus 2D در سایت قرار گرفت. (اینجا)
  • نسخه ۱۱.۰ نرم افزار AGI Systems Tool Kit-STK در سایت قرار گرفت.(اینجا)

همکاران

مواد تابعی (FGM)

مدیریت اسفند ۱۸, ۱۳۹۲ 6224 بازدید ۱دیدگاه

مواد تابعی Functionally Graded Material (به اختصار FGM ) از جمله موادی هستند که به واسطه تغییر تدریجی ترکیبات شیمیایی، توزیع و جهت گیری و یا اندازه فاز تقویت کننده در یک یا چند بعد خواص متفاوتی را در مناطق مختلف از خود بروز می دهند. این تغییر تدریجی ساختار و خواص منجر به گسترش کاربرد این گونه مواد شده است. بخصوص در مواردی که نیاز به خواص متفاوت در مناطق مختلف باشد. با توجه به کاربردهای مختلف این مواد در صنایع هوایی، نظامی و دفاعی، بررسی روش ها و تکنیک های ساخت این مواد از اهمیت و ضرورت بالایی برخوردار است.

ایده مواد مرکب (کامپوزیت ها) در پایان دهه ۱۹۴۰ و آغاز دهه ۱۹۵۰ در صنایع دریایی عملی شد. مواد مرکب از ترکیب دو یا چند ماده متفاوت بوجود می آیند که خواص فیزیکی متفاوت و گاهی ناسازگار از خود بروز می دهند. عدم سنخیت رفتار مواد کامپوزیتی، موجب ایجاد تمرکز تنش و ایجاد گسستگی در مرز لایه ها در اثر بار گذاری مکانیکی و حرارتی می شود.

در مواد FGM به دلیل پیوستگی موجود در خواص مکانیکی، حرارتی و مغناطیسی، تنش ها و گرادیان آنها حالت پیوسته ای پیدا می کنند که موجب استحکام ماده می شود و همین تغییرات تدریجی خواص در ساختار مواد FGM موجب استحکام بین لایه های مختلف آن می شود. در صورتی که در مواد مرکب کامپوزیتی، تداخل بین ساختار های زمین های الیاف، نوعی ناهماهنگی در خواص مکانیکی ایجاد می کند.

مواد FGM در ابتدا در سال ۱۹۸۴ توسط گروهی از دانشمندان در دانشگاه سندائی ژاپن مطرح گردید. از آن پس بر روی مواد FGM تحقیقات وسیعی انجام شد. بدلیل خاصیت تغییر پیوسته این مواد در فضای با مقیاس ماکروسکوپیک، گاهی اوقات استفاده از FGM از نظر رفتار مکانیکی نسبت به مواد با ساختار فیبری، ترجیح داده می شود.

 

fgm

 

مواد FGM با توجه به نوع خواص و رفتار مدنظر، می توانند کاربردهای گسترده ای داشته باشند. این خواص شامل خواص حرارتی، خواص مکانیکی (شامل الاستیک، تغییرشکل های پلاستیک، شکست، پوشش دهی)، خواص و رفتارهای ترمومکانیکی و خواص نوری و الکتریکی هستند. بنابراین با توجه به گستردگی و قابلیت های ویژه این مواد، بررسی روش های مختلف ساخت آنها از اهمیت بالایی برخودار است.

مواد FGM با توجه به روش های ساخت، به دو دسته کلی تقسیم می شوند: نازک و حجمی. نوع نازک شامل مقاطع باریک و پوشش های سطحی می شود و نوع دوم شامل شکل های حجمی با فرآیندهای تولید بشدت مشکل هستند. این تقسیم بندی در شکل ۲ نشان داده شده است. با در نظر گرفتن قابلیت های این مواد، برخی از کاربرد های مواد FGM عبارت است از: هواپیما، فضاپیما، اتومبیل، کاربردهای دفاعی درپوشش های زره ای، پزشکی، سنسورها، در حوزه انرژی، کاربردهای الکترونوری و… .

 

fgm

 انواع مواد FGM بصورت نازک و حجمی

 

مواد هدفمند اینگونه توصیف شدند که فاز تقویت کننده و مواد زمینه در حالت پیوسته (نه بصورت گسسته مانند مواد مرکب) بتدریج تغییر می کند. هر ماده چند فازى محدودهایى از فضا را به خود اختصاص می دهد، لذا به صورت تابعى شناخته شده است.

این مواد قادر به تحمل درجه حرارت بسیار بالا و اختلاف درجه حرارت شدید بوده و مقاوم در مقابل خوردگی و سایندگی بوده و مقاومت بالایی در مقابل شکست دارند. در حال حاضر از این مواد برای سازه هایی که باید در مقابل درجه حرارت بالا مقاوم باشد، استفاده می شود. امکان بهینه کردن تغییرات تنش در مواد هدفمند با تغییر مناسب پروفیل مواد ساختاری از ویژگی های برجسته این مواد است. با پیشرفت صنایع جدید، بسیارى از ماشین ها و سازه ها با دماى بالا مواجه هستند که انواع مختلف بارگذاری هاى حرارتى را در پى خواهد داشت.

یکی از علت های تنش حرارتى، افزایش دما می باشد. وقتى یک ماده با تغییرات دما روبرو می شود، لایه هاى مختلف ماده، مقادیر مختلفى انبساط پیدا می کند. براى حفظ پیوستگى ماده، یک سیستم تنش و کرنش حرارتى معرفى می شود که بستگى به شکل جسم و توزیع دما در جسم دارد. حتى هنگامى که تغییرات دما وجود ندارد، ممکن است تنش حرارتى به وجود آید. به طور مثال هنگامى که انبساط آزاد توسط قیدهاى خارجى محدود می شود. این مورد هنگامى رخ می دهد که یک جسم، از مواد مختلفى با ضرایب انبساط مختلف تشکیل شده و یا داراى ناهمگنى در ریز ساختار باشد. قطعاتى که از جنس مواد ترد هستند، تنش هاى حرارتى (به اضافه تنش هاى مکانیکى حاصل از نیروهاى خارجى) می تواند باعث ایجاد ترک و شکست قطعه شود.

امروزه کشورهای محدودی این مواد را در محصولات تجاری استفاده می کنند. به عنوان مثال شرکت متریال میتسوبیشی اینسرت های ماشینکاری با پوشش دهی کارباید و با مکانیزم مواد FGM را تولید می کند که از این طریق مقاومت به ضربه و تغییر شکل پلاستیک در این اینسرت ها اصلاح گردیده است.

مواد تابعی توسط روشهای زیر قابل ساخت و تولید می باشند:

۱- روش رسوب بخار (Vapor Deposition) که خود شامل روشهای زیر می باشد:

رسوب بخار فیزیکی (Physical Vapor Deposition)

رسوب بخار شیمیایی (Chemical Vapor Deposition)

۲- روش شکل دهی آزاد صلب (Solid Freeform)

۳- روش متالورژی پودر (Powder Metallurgy)

۴- روش تزریق (Extrusion Method)

۵- روش گریز از مرکز (Centrifugal Method)

 

مطالب مرتبط
نظرات شما باعث دلگرمی و پیشرفت ما می شود.

telegram: @EngPedia_ir

یک پاسخ به “مواد تابعی (FGM)”

  1. zara گفت:

    پس چرا دانلود نمیشه؟! لینکش فعال نیست!

پاسخ دهید

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