مادة مركبة

المادة المركبة هي مادة تتكون من مادتين مختلفتين أو أكثر ، بشرط أن لا يتم انصهار أو ذوبان أحد الأجسام بالتقائه بالجسم الآخر، وأن تكون قابلية الانضمام بينهم عالية، وأن لا تختلف اختلافاً كبيراً في الخصائص الفيزيائية أو الكيميائية. ينتج عن تركيب مادتين أو عدة مواد مادة جديدة لها خواص جديدة.

نسيج من خيوط الكربون يستعمل لاحقاً في صناعة المواد المركبة.

الخلفية التاريخية

الخشب الرقائقي

استعمل السومريون والمصريون القدماء المواد المركبة في البناء عن طريق خلط الطين بالتبن. في الحياة اليومية يتم ذلك في : الأثاث المنزلي يتكون ولو جزئياً من الخشب الرقائقي، الجدران تتكون من اسمنت وتراب وحصى, ماص الصدمات في هيكل السيارة هو خليط من ألياف اصطناعية وعجينة من البلاستيك, تطبيقات تمهيد الطرق الخ.

أهم المواد المركبة

يتم استعراضها بذكر اسم الألياف المكونة للمواد المركبة:

1. ألياف الزجاج: تستعمل في تصنيع الأجهزة الرياضية وحمامات السباحة والسيارات
2. ألياف الكربون: تستعمل خاصة في الصناعات الجوفضائية, وهي غالية الثمن, وهي تستخدم على نطاق واسع في الألواح الشمسية ومولدات الطاقة الهوائية.
3. الخشب الرقائقي
4. الاسمنت المسلح في الهندسة المدنية
5. الاراميد:يستعمل في الملابس الواقية من الرصاص والحماية من الآلات الحادة.
6. الجلار (الجيم المصرية) : خليط من ألياف الزجاج والالومنيوم.

مادة التقوية

Reinforcement هي الهيكل الذي يتحمل القوى الميكانكية. ويمكن أن يتمثل في عدة أشكال: ألياف قصيرة أو ألياف طويلة مسترسلة وذلك حسب الاستخدام المناط.

المادة الأساس

Matrix هدف استعمال المادة الأساس هو إيصال المجهود الميكانيكي إلى مادة التقوية. وهي تضمن حماية مادة التقوية من العوامل الخارجية.

نتبين وجود ثلاث أنواع من مواد الأساس:

المواد المركبة ذات مادة الأساس العضوية

يتم فيها استعمال البوليمير كالبوليستر, الفينول، الفينيل استر, البوليبروبيلين، البولي أكريليك إلخ

المواد المركبة ذات مادة الأساس الخزفية

للتطبيقات المتقدمة في الجوفضاء وفي المجال العسكري والنووي.

المواد المركبة ذات مادة الأساس المعدنية

في هذه الحالة: تكون مادة الأساس معدنية (ألومنيوم، زنك، مغنزيوم، نيكل) ومادة التقوية معدنية أو خزفية

المواد المركبة ودورها في صناعة الطائرات

المميزات

تفوقت المواد المركبة (composite materials) على المواد الإنشائية التقليدية في كثير من المجالات وذلك بسبب:

1. متانة أكبر بكثير من متانة المواد الإنشائية التقليدية
2. سهولة تشكيل الأشكال المعقدة وبأحجام وأبعاد كبيرة
3. خفة الوزن بشكل كبير بدون التأثير على خواص المتانة.
4. انخفاض معدلات التعب والزحف والعسو إلى مرحلة يمكن اعتبارها غير موجودة نهائياً
5. مقاومة حرارية عالية (بالنسبة لخلائط السيراميك.
6. مقاومة أكبر للمواد الكيميائية والعوامل الجوية (لا تصدأ)
7. ممانعة هائلة لعدم انتشار الشقوق الذي قد يحدث نتيجة للاهتزاز، وبالتالي فهي ممتازة كمحاور دورانية

هذه الأسباب كلها دفعت بالمواد المركبة إلى أعلى القائمة وجعلتها العنصر المفضل في إنشاء الطائرات، وعلى الرغم من ذلك فإن الطائرات في يومنا هذا لا تزال تحتوي الكثير من العناصر الإنشائية العادية إلا أن المستقبل القريب يبشر بإمكانات أوسع للمواد المركبة. فيما يلي مخطط بسيط لإظهار كيفية تقدم استخدام المواد المركبة في إنشاء الطائرات.

العيوب

1. تغير خواصها الميكانيكية والفيزيائية بشكل أسرع من المواد التقليدية تحت الظروف المختلفة.
2. عمرها أقصر من عمر المواد التقليدية
3. مقاومتها الحرارية لا تزال منخفضة (رغم وجود دراسات حالية تجري بهذا الشأن، يكفي بأن نقول بأن مقدمة المكوك الفضائي مصنوعة من المواد المركبة وهي التي تتحمل القسم الأكبر الناتجة عن طاقة الاحتكاك مع الغلاف الجوي حال عودته إلى الأرض)
4. مواد كيميائية مضرة بالبيئة غالباً لا يمكن إعادة تصنيعها ويصعب التخلص منها

اقرأ أيضا

• سيرمت
• مزدوج معدني
• مركب معدني هيكلي
• لحام فيض الإلكترونات
• لحام بالأشعة السينية