Nové materiály / Ľahké materiály /
SEM micrograph of A1050 + 30 vol.% SiCp composite
Extruded composite profiles for automotive industry
Na prípravu takýchto kompozitov sa dá použiť viacero postupov zahŕňajúcich tak technológie tuhého stavu, ako aj technológie tekutého stavu.
Kompozity s hliníkovou matricou spevnené bórovými vláknami kombinujú nízku hustotu Al matrice s vysokou pevnosťou a vysokým modulom pružnosti B vlákien. Pripravujú sa technikou difúzneho spájania vo vákuu.
V závislosti od parametrov difúzneho spájania sa dajú pripraviť kompozity s rôznymi medzipovrchovými pevnosťami. V optimálnych podmienkach kompozity vykazujú kumulované spôsoby porušenia, t. j. trhlina, ktorá vznikne v bórovom vlákne pokračuje k ďalšiemu vláknu, kde sa zastaví a obráti svoj smer pozdĺž rozhrania. Kompozit sa poruší iba po akumulácii kritckých udalostí porušenia (vláknová deštrukcia).
Štruktúra B vlákna
Štruktúra Al-B kompozitu
Kompozity s hliníkovou matricou
Extruded Al/SiC composites
General description:
Al profiles reinforced with small SiC particles are hot extruded from powder mixtures using standard aluminium alloy powders. The obtained geometry and complexity is similar to typical aluminium alloy profiles, nevertheless, due to the effect of ceramic particles, the profiles possess significantly higher specific stiffness and wear resistance. As a matrix, the standard wrought Al alloy powders (A2024, A3003, A5083, A6061, A7075) can be used. The volume content of small SiC particles can vary from 0 up to 40 % (typically 10 - 30 %).Typical properties
Al 5083 alloy composite reinforced with 20 vol.% of SiC particles:- young’s modulus (E): ~100 GPa
- density: ~2,6 g/cm3
- ultimate tensile strength UTS: ~400 MPa
- yield stress YS: ~330 MPa
- elongation to fracture A: ~4 %
- coefficient of thermal expansion CTE: ~ 17 ppm/K
Main benefits
Due to high Young’s modulus and low density of composites, the obtained profiles exhibit 50% higher specific stiffness if compared with conventional Al-alloy profiles. Beside this, the composites possess low CTE, high wear resistance and excellent structural stability at elevated temperatures. They are industrially produced using conventional hot extrusion, thus keeping the costs at a moderate level (<10 EUR/kg).Potential applications
Al/SiC composite profiles are successfully applied in lightweight construction, especially in stiffness limited design (car body frames, moving arms of robots, stiff lightweight structural struts, machine frames for precise cutting, welding machines, sports equipment, aerospace industry,..) wear resistant sliding profiles, or parts where lower CTE and high temperature stability is required.SEM micrograph of A1050 + 30 vol.% SiCp compositeExtruded composite profiles for automotive industryAdditional reading
KRÍŽIK, Peter - BALOG, Martin - MAŤKO, Igor - ŠVEC, Peter - ČAVOJSKÝ, Miroslav - SIMANČÍK, František. The effect of a particle-matrix interface on the Young´s modulus of Al-SiC composites. In Journal of Composite Materials, 2016, vol. 50, no. 1, p. 99-108. (1.242 - IF2015). ISSN 0021-9983.Kompozit s hliníkovou matricou spevnený bórovými vláknami
Všeobecný opis
Mnoho mechanických vlastností konštukčných materiálov napr. pevnosť, tvrdosť, sa dá zlepšiť vhodným legovaním alebo tepelným spracovaním. Avšak na zvýšenie modulu pružnosti sú len veľmi obmedzené možnosti. Najefektívnejším spôsobom je kombinácia kovovej matrice s keramickým vystužením (častice, vlákna) vykazujúcim podstatne vyšší modul pružnosti.Na prípravu takýchto kompozitov sa dá použiť viacero postupov zahŕňajúcich tak technológie tuhého stavu, ako aj technológie tekutého stavu.
Kompozity s hliníkovou matricou spevnené bórovými vláknami kombinujú nízku hustotu Al matrice s vysokou pevnosťou a vysokým modulom pružnosti B vlákien. Pripravujú sa technikou difúzneho spájania vo vákuu.
Hlavné výhody
Kompozity Al-B poskytujú jedinečný konštrukčný materiál s mimoriadnou špecifickou pevnosťou a tuhosťou. Kompozit sa dá pripraviť vo forme rôznych druhov profilov, vrátane rúrok.Hlavné vlastnosti
Experimentálne testy potvrdili pevnosť v ťahu kompozitu Al/B vystuženého 60 obj. % jednosmerne usporiadanými vláknami bóru až 1400 MPa a modul pružnosti 266 GPa pri celkovej hustote 2 565 kg.m-3. To znamená, že modul pružnosti je vyšší ako u ocele, zatiaľ čo hustota je nižšia ako u hliníka.V závislosti od parametrov difúzneho spájania sa dajú pripraviť kompozity s rôznymi medzipovrchovými pevnosťami. V optimálnych podmienkach kompozity vykazujú kumulované spôsoby porušenia, t. j. trhlina, ktorá vznikne v bórovom vlákne pokračuje k ďalšiemu vláknu, kde sa zastaví a obráti svoj smer pozdĺž rozhrania. Kompozit sa poruší iba po akumulácii kritckých udalostí porušenia (vláknová deštrukcia).
Štruktúra B vláknaŠtruktúra Al-B kompozituHlavné aplikácie
Jedinečná kombinácia vlastností predurčuje Al/B kompozit na aplikáciu v najťažšie dynamicky zaťažovaných konštrukciách. Typické prípady sú:- lopatky kompresorových turbín
- rámy kozmických lodí (space shuttle)