المواد المركبة

يستغرق 5 دقيقة

تُعد المواد المركبة Composite Materials من المواد الهامة التي شاع استخدامها منذ التسعينات إلى وقتنا هذا، وهي عبارة عن خليط من مادتين أو أكثر لكل مادة منهم خصائص مختلفة، وعند خلطها ببعض نحصل على مادة جديدة لها خصائص أفضل من حيث القوة Strength، والجساءة Stiffness، ومقاومة الكسر والتشقق.
وجاءت المواد المركبة لتحُلّ محل الفلزات بشكل أساسي في الكثير من التطبيقات والصناعات؛ ويرجع ذلك لأن لديها نفس قوة الفلزات بالإضافة إلى أنها أخف وزنًا.

تكوين المواد المركبة

وتتكون المواد المركبة من مادتين أساسيتين، أولًا: القالب Matrix، وثانيًا: مادة التقوية Reinforcement، التي قد تكون على هيئة ألياف أو جسيمات.
وتعمل الألياف على زيادة قوة وجساءة القالب، بالإضافة إلى أنها تجعله أكثر مقاومة للتشقق والكسر، بينما يحمي القالب الألياف من الأضرار الخارجية التي يمكن أن تتعرض لها.

وتصنف المواد المركبة حسب نوع القالب إلى ثلاثة أنواع:

  • مواد مركبة ذات قالب بوليمري PMCs) Polymer Matrix Composites): كالبلاستيك الذي يستخدم كقالب مع ألياف من الزجاج ليعطي زجاج قوي له متانة عالية، ويسمى هذا النوع: لدائن مدعمة بألياف زجاجية glass fiber reinforced plastic، ويستخدم في صناعة زجاج السيارات. وقد ظهرت أول سيارة استخدمت هذا النوع من الزجاج في عام 1957.
  • مواد مركبة ذات قالب فلزي MMCs) Metal Matrix Composites)، وتستخدم فلزات كالتيتانيوم والنحاس والحديد كقوالب لهذا النوع.
  • مواد مركبة ذات قالب سيراميكي CMCs) Ceramic Matrix Composites):يستخدم فيها زجاج البوروسيليكات borosilicate glass كقالب، ويستخدم هذا النوع بكثرة في بعض أجزاء محركات الطائرات؛ لقدرته على تحمل درجات الحرارة العالية، بالإضافة إلى خفة وزنه.

كيف نحدد خواص المواد المركبة ؟

ويمكن التنبؤ ببعض خواص المادة المركبة -مثل الكثافة والجساءة- نظريًا بمعرفة خواص كلا من مادة القالب، ومادة التقوية، ونسب هذه المكونات في المادة المركبة، وهو ما يعرف بقاعدة المخاليط Rule of Mixture.

من المهم أيضًا النظر إلى طبيعة السطح الفاصل بين مادة القالب ومادة التقوية؛ حيث لا تعتبر المادة المركبة فعالة إلا بحدوث ترابط جيد على السطح.

استخداماتها

وتستخدم المواد المركبة الآن بشكل موسع في هياكل الطائرات والسيارات بدلًا من المعادن؛ نظرا لقوتها وخفة وزنها، حيث يمكن تقليل أكثر من 40% من وزن السيارة باستخدامها بدلًا من الصلب؛ وبالتالي توفر في استهلاك الوقود مما يجعلها أكثر حفاظًا على البيئة، بالإضافة إلى ذلك فقد حلت المواد المركبة الكثير من المشاكل التي كانت تحدث للمعادن مثل التشقق Cracking والكلل Metal Fatigue.

في المجال الرياضي: كانت مضارب التنس تُصنع سابقًا من الخشب لكنه ثقيل الوزن ويتعرض كثيرا للاعوجاج؛ لذلك صارت تصنع من الألومنيوم الخفيف لكنه يفتقر للقوة اللازمة لتحمل الصّدمات. أما الآن: فتصنع المضارب من مواد مركبة ذات قالب جرافيتي، مما أعطى المضرب القوة الكافية للتحمل وعدم الانحناء أو الالتواء، مع خفة وزنه أيضا.

تستخدم المواد المركبة الآن في التطبيقات الإنشائية الضخمة كالكباري، حيث يبلغ وزن الكوبري المصنوع من مواد مركبة خمس أضعاف وزن المصنوع من المعادن من نفس الحجم، بالإضافة إلى أنه لا يعاني من التآكل Corrosion والكلل الذي تعاني منه المعادن.

المصدر

تعليقات الفيسبوك

تعليقات

المساهمون في المقال

كتابة: أمجد فودة

مراجعة: متطوعة

تدقيق: أحمد حبيب

2 thoughts on “المواد المركبة

  • 25 ديسمبر، 2017 at 9:42 م
    Permalink

    السﻻم عليكم لو سمحت اريد نبذة عن المواد المركبة الحيوية

    Reply

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *