سمینار اثر عوامل ساخت بر خواص فدا شوندگی (ablation ) با ترکیب تدریجی گرافیت -کربن (FGM c/sic )

فهرست مطالب
چکیده 7
مقدمه 8
تاریخچه 12
سیر تحول کامپوزیت‌های c/SiC 12
گسترش کاربردها و تحول کامپوزیت‌های c/SiC 12
دهه ۲۰۱۰: پیشرفت‌های چشمگیر و چشم‌انداز آینده 14
از اواسط ۲۰۱۰ تاکنون: کاربردهای متنوع و بلوغ فناوری 15
چشم‌انداز کامپوزیت‌های c/SiC در قرن بیست و یکم 16
پیشینه پژوهش 18
مقدمه ای بر کامپوزیت‌های گرافیت-کربن/سیلیکون کاربید (c/SiC) 18
توسعه تاریخی و خواص مواد 18
سایش و مقاومت حرارتی 18
تکنیک‌های پیشرفته ساخت و بهینه‌سازی مواد 19
ارتقای خواص حرارتی و مکانیکی 19
کاربردها در صنعت هوافضا و دفاعی 20
کاربردهای خودروسازی 20
نوآوری‌های بخش انرژی 21
کاربردهای صنعتی و زیست‌محیطی 21
کاربردهای زیست‌پزشکی 22
صنایع الکترونیک و نیمه‌هادی 22
پایداری و تاثیر زیست‌محیطی 23
بررسی اجمالی مواد مدرج عملکردی (FGM) 24
تکامل و تکنیک‌های ساخت 24
خواص مکانیکی و مقاوم به سایش 25
خواص حرارتی و کاربردهای مدیریت حرارتی 26
مقاومت محیطی و پایداری 26
تکنیک‌های پیشرفته ساخت و تولید افزایشی 27
عملکرد در محیط‌های با شرایط خشن 27
مقاومت دربرابر سایش و فرسودگی 28
سازگاری زیستی و کاربردهای پزشکی 28
پیشرفت‌ها در روش‌های ساخت 29
ادغام با فناوری‌های نوظهور 30
چالش‌ها در تست و استانداردسازی 31
مسیر آتی و تاثیر بالقوه 31
پیوند پژوهش با کاربردهای دنیای واقعی 32
نگاه به جلو: کامپوزیت‌های FGM مبتنی بر c/SiC در دهه‌‌ی آینده 33
3- پیشنهادیه پژوهش 34
مشخصات مواد نمونه‌ها 34
نسبت‌های کربن به سیلیکون کاربید 34
انواع کربن 35
درجه‌بندی در سرتاسر لایه‌های کامپوزیت 35
روش تهیه‌‌ی نمونه‌ها 36
متالورژی پودر (PM) 36
نفوذ پیش‌زمینه و پیرولیز (PIP) 37
چه تست‌هایی باید انجام شوند و بر اساس چه استانداردی؟ 37
تست مکانیکی 38
تست حرارتی 38
تست سنجش مقاومت سایشی 38
تست محیط‌زیستی و دوام 39
اهداف کلی 39
ارتقای مقاومت سایشی و مقاومت حرارتی 40
بهبود خواص مکانیکی 40
ارائه‌ی پایداری شیمیایی و محیطی 40
امکان‌پذیرسازی انعطاف طراحی و نوآوری 40
مشارکت در پایداری و بهره‌وری 41
آنالیز با چه نرم‌افزارهایی 41
نرم‌افزار آنالیز المان محدود (FEA) 42
نرم‌افزار دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) 42
نرم‌افزار شیمی و علوم‌مواد 42
کاربُردش چیست؟ 43
هوافضا و هوانوردی 43
صنعت خودروسازی 44
بخش انرژی 44
کاربردهای صنعتی 44
پژوهش و فناوری‌های نوظهور 45
روش انجام پژوهش 46
طرح مطالعه 46
آماده‌سازی مواد 46
رویه‌های تست کردن 47
تست کردن مکانیکی 47
تست کردن مقاومت محیط‌زیستی 48
جمع‌آوری داده‌ها و آنالیز اولیه 48
آنالیز با جزئیات و تفسیر داده‌ها 49
باهم مرتبط‌سازی خواص مکانیکی و حرارتی 49
آنالیز حالت شکست 49
اعتبارسنجی مدل‌سازی و شبیه‌سازی 50
گزارش‌دهی یافته‌های پژوهش 51
به‌کارگیری یافته‌ها برای کار‌های آینده 51
نتیجه گیری 52
تاثیر اجتماعی 53
پرکردن خلاء‌ها و بر عهده گرفتن چالش‌ها 54
افق‌های آینده : نوآوری‌ها و کاربردها 54
ناوبری در تاثیر اجتماعی و ملاحظات اخلاقی 55
منابع 55

چکیده
کاوش مواد مدرج عملکردی (FGM)، به‌ویژه کامپوزیت‌های گرافیت-کربن/سیلیکون کاربید (c/SiC)، به‌مثابه‌ی پیشرفتی چشمگیر در علوم‌ مواد جلوه‌گر می‌شود، که هدف آن پاسخ‌گویی به تقاضاهای کاربردهایی است که با شرایط بسیار سخت رو‌به‌رو می‌شوند. این کامپوزیت‌ها مهندسی شده‌اند تا مزیت‌های متمایز گرافیت و سیلیکون کاربید را باهم ترکیب کنند، و طیفی از خواص را ارائه دهند که به صورت ریزدانه در طول ماده تنظیم شده‌اند (از یک انتها تا انتهای دیگر) و بدین‌طریق به محدودیت‌هایی که مواد و کامپوزیت‌های همگن با آن‌ها روبرو می‌شوند، می‌پردازند. مرکزیت ارزش کامپوزیت‌های FGM c/SiC ، توانایی آن‌ها برای ارائه دادن خواص سفارشی‌سازی شده نظیر پایداری حرارتی ارتقا یافته، استحکام مکانیکی، مقاومت فرسایشی، و پایداری شیمیایی درون یک سیستم ماده‌ی یگانه است. این ویژگی آن‌ها را به خصوص برای کاربردهای گوناگون در طول بخش‌های هوافضا، خودروسازی، انرژی، زیست-پزشکی، و الکترونیک مناسب می‌کند. به‌عنوان نمونه، در هوافضا و دفاع، این کامپوزیت‌ها راه‌‌حل‌های حساسی را برای سیستم‌های حفاظت حرارتی و قطعات موتور ارائه می‌دهند، و شرایط خشن اکتشافات فضایی و سفر با سرعت بالا را تاب می‌آورند. در صنعت خودروسازی، به‌کارگیری آن‌ها در سیستم‌های ترمز، مقاومت فرسایشی و قابلیت‌های مدیریت حرارتی ماده را به نمایش می‌گذارد که برای وسایل نقلیه‌ی با عملکرد بالا ضروری است. توسعه‌ کامپوزیت‌های FGM c/SiC با پیشرفت‌ها در تکنیک‌های ساخت رو به جلو رانده شده است، از جمله رسوب‌دهی بخار شیمیایی (CVD)، متالوژی پودر (PM)، و نفوذ پیش‌زمینه و پیرولیز (PIP). این روش‌ها تکامل یافته‌اند تا ساختار و خواص کامپوزیت را بهینه سازند، و امکان دستیابی به ویژگی‌های عملکردی مطلوب را برای کاربردهای خاص میسر سازند. با این‌همه، انتقال از پژوهش آزمایشگاهی به کاربردهای مقیاس صنعتی با چالش‌هایی روبروست، به‌خصوص از لحاظ درجه‌بندی تولید، مقرون‌به‌صرفه بودن، و توسعه‌ پروتکل‌های تست‌کردن استاندارد شده. پرداختن به این چالش‌ها نیازمند یک رویکرد چند-رشته‌ای است که بینش‌هایی از علم‌مواد، مهندسی، اقتصاد، و پایداری زیست‌محیطی را با یکدیگر ترکیب می‌کند. با نگاه به آینده، آینده‌ی کامپوزیت‌های FGM c/SiC نشانه‌گذاری شده است با حوزه‌های رشد بالقوه، از جمله یکپارچه‌سازی با نانوتکنولوژی و تولید افزودنی. این پیشرفت‌ها نوید ارتقای بیشتر خواص مواد و منقلب کردن روش‌های ساخت را می‌دهند، و راه‌های جدیدی را جلوی کاربرد و نوآوری باز می‌کنند. به‌علاوه، پتانسیل این کامپوزیت‌ها برای مشارکت در پایداری و پرداختن به چالش‌های جهانی، آن‌ها را به‌عنوان یک ماده‌ی کلیدی در تعقیب پیشرفت‌های فناوری موقعیت‌دهی می‌کند که هم نوآورانه و هم مسئولانه هستند. تاثیر اجتماعی کامپوزیت‌های FGM c/SiC تا فراتر از پیشرفت‌های فناورانه امتداد می‌یابد و به ملاحظات گسترده‌تر مربوط به مدیریت محیط‌زیست، دسترسی‌پذیری، و استفاده‌ی اخلاقی می‌رسد. نقش این مواد در ترویج یک اقتصاد دوار و تضمین منافع برابر در طول جوامع گوناگون، اهمیت نوآوری مسئولانه‌ در مورد مواد را برجسته می‌کند. درحالی‌که پژوهش و توسعه در کامپوزیت‌های FGM c/SiC همچنان به‌پیشرفت ادامه می‌دهد، یکپارچه‌سازی آن‌ها با فناوری‌های نوظهور و مشارکت در پرداختن به مسائل جهانیِ جدی، اهمیت آن‌ها را در شکل‌دهی یک آینده‌ی پایدار و فناورانه‌ی پیشرفته بر ما تاکید می‌کند. درنتیجه، کامپوزیت‌های FGM c/SiC نماینده‌ی حوزه‌ی پژوهشی پویا و درحال‌تکامل هستند که پتانسیل متحول ساختن صنایع و مشارکت در رفاه اجتماع را دارند. مسیر از مفهوم‌سازی تا به‌کارگیری، تلاش‌های همکاری‌گرانه‌ محققین، مهندسین، و نو‌آوران را محصور می‌کند – این تلاش‌ها مرزهای علوم‌مواد و مهندسی را به جلو می‌رانند. اکتشاف و توسعه‌‌ی مداوم این مواد، نوید بازگشایی امکانات جدید را می‌دهد و جهت امیدوارکننده‌ای را برای آینده‌ی کاربردهای مواد پیشرفته مشخص می‌سازد.