செய்திகள்

கார்பன் இழைஇது தனது நற்பெயரை நேர்மையாகவே சம்பாதித்துள்ளது. போயிங் 787 விமானம், எடையின் அடிப்படையில் ஏறக்குறைய 50% கலப்புப் பொருட்களால் ஆனது. 1980-களின் முற்பகுதியிலிருந்து ஃபார்முலா 1 மோனோகோக்குகள் இதிலிருந்து உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன. செயற்கை அவயவங்கள், செயற்கைக்கோள் கட்டமைப்புகள், காற்றாலை விசிறி இறக்கைகள், உயர்தர மிதிவண்டி சட்டங்கள் என, பொறியாளர்கள் அதிக எடையைத் தாங்காமல் சுமையைச் சுமக்க வேண்டிய எல்லா இடங்களிலும் இந்தப் பொருள் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

ஒரு கட்டத்தில், அந்த சாதனைப் பதிவு ஒரு அனுமானமாக மாறியது: அதாவதுகார்பன் இழைகிடைக்கக்கூடிய கட்டுமானப் பொருட்களிலேயே இதுதான் மிகச் சிறந்தது, அவ்வளவுதான். அது உண்மையல்ல. பல பொருட்கள் குறிப்பிட்ட, அளவிடக்கூடிய வழிகளில் அதன் செயல்திறனை மிஞ்சுகின்றன — கார்பன் ஃபைபரை உச்சவரம்பாகக் கருதுவதை விட, அவை எவை, ஏன் என்பதை அறிந்துகொள்வது மிகவும் பயனுள்ளது.

இங்குதான் அது உண்மையில் தோற்கடிக்கப்படுகிறது, மற்றும் நடைமுறையில் அதன் அர்த்தம் என்ன என்பது இங்கே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

“வலிமையான” என்பதன் உண்மையான அர்த்தம் என்ன — மற்றும் அது ஏன் எல்லாவற்றையும் மாற்றுகிறது

பொருள் பொறியியலில் இந்த வார்த்தை பெரும் பங்காற்றுகிறது, மேலும்கார்பன் இழையின்ஆதிக்கம் என்பது நீங்கள் பயன்படுத்தும் வரையறையைப் பெரிதும் சார்ந்துள்ளது.

கார்பன் ஃபைபரின் உண்மையான நன்மை என்னவென்றால்குறிப்பிட்ட வலிமை மற்றும் குறிப்பிட்ட விறைப்புத்தன்மை — இயந்திர செயல்திறனுக்கும் எடைக்கும் உள்ள விகிதம். பெரும்பாலான கட்டமைப்பு உலோகங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​இந்தப் போட்டியில் இது தீர்க்கமாக வெற்றி பெறுகிறது. இதனால்தான் விண்வெளித் துறையும் மோட்டார் பந்தயமும் இதை அவ்வளவு தீவிரமாக ஏற்றுக்கொண்டன. முழுமையான அளவில் எஃகு வலிமையானது. ஒரு கிலோகிராமுக்கு கார்பன் ஃபைபர் வலிமையானது; ஒவ்வொரு கிராமும் எரிபொருளையோ அல்லது பந்தய நேரத்தையோ செலவழிக்கும்போது, ​​இந்த எண்தான் முக்கியத்துவம் பெறுகிறது.

ஆனால், கட்டமைப்புச் செயல்திறன் என்பது ஒரே ஒரு எண் அல்ல. அது குறைந்தபட்சம் ஐந்து எண்களை உள்ளடக்கியது:

● இழுவிசை வலிமை — பிரிக்கப்படுவதற்கு எதிரான எதிர்ப்பு

● அமுக்க வலிமை — நசுக்கப்படுவதை எதிர்க்கும் திறன் (கார்பன் இழையின் ஒரு சார்பு பலவீனம்)

● விறைப்புத்தன்மை / மீள் குணகம் — சுமையின் கீழ் மீள் உருக்குலைவுக்கு எதிரான எதிர்ப்பு

● கடினத்தன்மை முறிவு ஏற்படுவதற்கு முன் உறிஞ்சப்படும் ஆற்றல்; இதை வலிமையுடன் குழப்பிக்கொள்ளக் கூடாது.

● வெப்ப நிலைத்தன்மை — அந்தப் பண்புகள் உயர்ந்த வெப்பநிலையிலும் நீடிக்குமா

கார்பன் இழைஎடை அடிப்படையில் முதல் மூன்று அம்சங்களில் இது மிகச் சிறப்பாக உள்ளது. ஆனால், உறுதித்தன்மையில் இது உண்மையிலேயே மோசமாக உள்ளது — இது உருமாற்றம் அடைவதற்குப் பதிலாக, முன்னறிவிப்பின்றி முறிந்துவிடுகிறது — மேலும், அதன் மூலப்பொருளைப் பொறுத்து, காற்றில் சுமார் 400°C-க்கு மேல் இதன் தரம் குறையத் தொடங்குகிறது. இந்தப் பட்டியலில் உள்ள ஒவ்வொரு பொருளும் இந்த இரண்டு இடைவெளிகளில்தான் தனக்கான வாய்ப்பைக் காண்கிறது.

1. கிராஃபீன் — காகிதத்தில் வலிமையானது, நடைமுறையில் சிக்கலானது

கிராஃபீன் அதிக கவனத்தைப் பெறுகிறது, மேலும் அதன் புள்ளிவிவரங்கள் அந்தக் கவனத்தை நியாயப்படுத்துகின்றன. அறுகோண வலைப்பின்னலில் அமைந்த, ஒற்றை அணு தடிமன் கொண்ட ஒரு கார்பன் தகடான இதன் இழுவிசை வலிமையானது, எடையின் அடிப்படையில் கட்டமைப்பு எஃகை விட ஏறக்குறைய 200 மடங்கு அதிகமாகும். இதன் மீள் குணகம் கார்பன் இழையை விட அதிகமாகும். இந்த இரண்டு அளவீடுகளிலும், தற்போதுள்ள எதுவும் இதற்கு அருகில் கூட வரவில்லை.

அப்படியென்றால், அதிலிருந்து ஏன் விமானங்கள் தயாரிக்கப்படுவதில்லை?

பிரச்சனை முழுக்க முழுக்க உற்பத்தி சார்ந்தது. கிராஃபீனின் பண்புகள் மூலக்கூறு மட்டத்தில் உள்ளன, மேலும் அவை கட்டமைப்புச் செம்மையைச் சார்ந்துள்ளன. மனித அளவில் — அதாவது, நீங்கள் கையில் பிடிக்கக்கூடிய எந்தவொரு பொருளையும் — உருவாக்க முயற்சிக்கும் தருணத்தில், நீங்கள் துகள் எல்லைகள், குறைபாடுகள் மற்றும் சீரற்ற தன்மைகளை உருவாக்குகிறீர்கள். இவை அந்தக் கோட்பாட்டு எண்களை வேகமாகச் சிதைத்துவிடுகின்றன. சில சென்டிமீட்டருக்கும் அதிகமான, குறைபாடற்ற ஒரு கிராஃபீன் தகடு கூட, 2025-ஆம் ஆண்டில் வணிக அளவில் தீர்க்கப்படாத ஒரு பொறியியல் சிக்கலாகவே நீடிக்கிறது; ஒரு கட்டமைப்புப் பலகையைப் பற்றிச் சொல்லவே தேவையில்லை.

கிராஃபீன் ஒரு சேர்க்கைப் பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படும்போது உண்மையான வரவேற்பைப் பெறுகிறது. கார்பன் ஃபைபர் ரெசின் அமைப்புகளில் கிராஃபீன் செதில்கள் அல்லது கிராஃபீன் ஆக்சைடைச் சேர்ப்பது, அடுக்குகளுக்கு இடையேயான வெட்டு வலிமை, வெப்பக் கடத்துத்திறன் மற்றும் சில கலவைகளில் மின் செயல்திறனையும் மேம்படுத்துகிறது. இந்தப் பொருள்...கார்பன் ஃபைபர் கலவைகள் குறிப்பிடத்தக்க வகையில் சிறந்தது. இது அவற்றுக்கு மாற்றாக அமையாது.

தீர்ப்பு:நானோ அளவில், கிராஃபீன் கார்பன் ஃபைபரை விட சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி வலிமையானது. பொறியியல் அளவில், அது ஒரு மேம்படுத்தியாகும் — ஒரு குறிப்பிடத்தக்க மேம்படுத்திதான், ஆனால் கட்டமைப்பு ஃபைபருக்கு அதுவே மாற்றீடு அல்ல. இன்னும்.

2. கார்பன் நானோகுழாய்கள் — மிக நெருங்கிய கோட்பாட்டுப் போட்டியாளர்

காகிதத்தில் உள்ள எண்களை மறுப்பது கடினம். கார்பன் நானோகுழாய்கள், மிகச்சிறந்த உயர்-மாடுலஸ் கார்பன் இழையை விட மிகப் பெரிய வித்தியாசத்தில் கோட்பாட்டு ரீதியான இழுவிசை வலிமையையும் விறைப்புத்தன்மையையும் கொண்டுள்ளன. அதனால், அவற்றைக்கொண்டு பெருமளவில் கட்டமைப்பு பாகங்களை உருவாக்க முடிந்தால், விண்வெளி மற்றும் மோட்டார் பந்தயத் தொழில்கள் முற்றிலும் மாறிவிடும்.

அந்த ‘என்றால்’ சுமார் முப்பது ஆண்டுகளாக அங்கேயே இருந்து வருகிறது.

முக்கியப் பிரச்சனை அந்தப் பொருளைப் புரிந்துகொள்வதில் இல்லை — கார்பன் நானோகுழாய்கள் (CNTs) ஏன் அவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பது ஆராய்ச்சியாளர்களுக்குத் துல்லியமாகத் தெரியும், மேலும் அதன் இயற்பியலும் உறுதியானது. பிரச்சனை என்னவென்றால், ஒரு கார்பன் நானோகுழாய் என்பது, அதன் வரையறையின்படி, ஒரு நானோமீட்டர் அளவிலான பொருளாகும். பில்லியன் கணக்கான அவற்றை ஒரே திசையில் சீரமைத்து, சீராகப் பிணைத்து, அந்தக் கோட்பாட்டுப் பண்புகளைச் சிதைக்கும் குறைபாடுகள் இல்லாமல் ஒரு தொடர்ச்சியான இழையை உருவாக்குவது என்பது ஒரு உற்பத்திச் சவாலாகும். இது, தொழில்துறை அளவிலான தீர்வுக்கான ஒவ்வொரு தீவிர முயற்சியையும் எதிர்த்து நிற்கிறது. கார்பன் நானோகுழாய் இழைகள் ஆய்வகச் சூழல்களில் உள்ளன. சில, கட்டுப்படுத்தப்பட்ட சோதனைகளில் ஈர்க்கக்கூடிய எண்களைப் பதிவு செய்துள்ளன. உண்மையான கட்டமைப்புப் பயன்பாடுகளைப் பிரதிபலிக்கும் சூழ்நிலைகளில், முழுமையான பண்புத் தொகுப்பிலும் உயர்-மாடுலஸ் கார்பன் இழையை விட எதுவும் தொடர்ந்து சிறப்பாகச் செயல்படவில்லை.

தற்சமயம் CNT-க்கள் சிறப்பாகச் செய்யும் ஒரு பணி, ஒரு சேர்க்கைப் பொருளாகச் செயல்படுவதுதான். அதாவது, கார்பன் ஃபைபர் ப்ரீப்ரெக்கின் ரெசின் மேட்ரிக்ஸ் முழுவதும் அவற்றைச் சிதறடிப்பதன் மூலம், அடுக்குகளுக்கு இடையேயான வெட்டு வலிமையை மேம்படுத்தி, கார்பன் ஃபைபர் கலவைகளில் மிகவும் தொடர்ச்சியாக ஏற்படும் பழுதடையும் முறைகளில் ஒன்றிற்குத் தீர்வு காண்கின்றன. இது ஒரு உண்மையான, வணிகரீதியாகப் பயனுள்ள பங்களிப்பாகும். ஆனால், 1990-களில் CNT ஆராய்ச்சி செய்திகளில் இடம்பிடிக்கத் தொடங்கியபோது, ​​இதை யாரும் கற்பனை செய்துகூட இருக்கவில்லை.

மின் கடத்துத்திறன் கோணம் என்பது மற்றொரு நடைமுறைப் பயன்பாடாகும்: உட்பொதிக்கப்பட்ட உலோக வலைகளின் எடைச் சுமையின்றி, கலப்புக் கட்டமைப்புகளைக் கடத்தும் தன்மையுடையதாக CNT-களால் மாற்ற முடியும். இது விமானங்களில் மின்னல் தாக்குதலிலிருந்து பாதுகாப்பளிப்பதற்கும், மின்னணு சாதன உறைகளில் மின்காந்தத் தடுப்பிற்கும் முக்கியமானதாகும்.

தீர்ப்பு:CNT-கள் என்பவை, இன்று நீங்கள் குறிப்பிடக்கூடிய, கார்பன் இழையை விட வலிமையான ஒரு பொருள் அல்ல. அவை, பொறியியல் அளவில் வெளிப்படுத்த இன்னும் வழி காணாத அசாதாரணமான தனித்தியங்கும் பண்புகளைக் கொண்ட ஒரு கார்பன் இழைக் கூட்டுப்பொருளின் மேம்படுத்தியாகும். அடுத்த பத்தாண்டுகளில் அது மாறுமா என்பது, பொருள் அறிவியலை விட உற்பத்திச் செயல்முறை மேம்பாட்டையே அதிகம் சார்ந்துள்ளது.

3. போரான் நைட்ரைடு நானோகுழாய்கள் — வெப்பமே எதிரி

காகிதத்தில் கிராஃபீனும் கார்பன் நானோகுழாய்களும் (CNTs) கார்பன் ஃபைபரின் கட்டமைப்புப் போட்டியாளர்களாக இருந்தாலும், போரான் நைட்ரைடு நானோகுழாய்கள் முற்றிலும் வேறுபட்ட ஒரு பலவீனத்திற்குத் தீர்வு காண்கின்றன: அதாவது, வெப்பத்துடன் கூடிய ஒரு சுமை வரும்போது என்ன நடக்கும் என்பதே அது.

BNNT-கள், கார்பன் நானோகுழாய்களைப் (CNT-கள்) போன்ற கட்டமைப்பு கொண்டவை — குழாய் வடிவ, நானோ அளவிலானவை — ஆனால் கார்பனுக்குப் பதிலாக, மாறி மாறி வரும் போரான் மற்றும் நைட்ரஜன் அணுக்களால் கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளன. அவற்றின் இழுவிசை வலிமையும் விறைப்புத்தன்மையும் ஒப்பிடத்தக்கவை. இவற்றிற்கிடையேயான முக்கிய வேறுபாடு வெப்ப நிலைத்தன்மை ஆகும்: BNNT-கள் காற்றில் சுமார் 900°C வரை கட்டமைப்பு ரீதியாக சிதையாமல் இருக்கின்றன. கார்பன் நானோகுழாய்கள் சுமார் 400°C-இல் ஆக்சிஜனேற்றம் அடைந்து சிதையத் தொடங்குகின்றன. வழக்கமான கார்பன் இழை கலவைகள், பிசின் மேட்ரிக்ஸைப் பொறுத்து, தொடர்ச்சியான சுமையின் கீழ் 120°C முதல் 250°C வரையிலான வெப்பநிலையில் தங்கள் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாட்டை இழக்கத் தொடங்குகின்றன.

அதிவேக வாகனங்கள், மீண்டும் வளிமண்டலத்திற்குள் நுழையும்போது ஏற்படும் வெப்பத் தடுப்புகள், மற்றும் அடுத்த தலைமுறை ஜெட் எஞ்சின் பாகங்கள் ஆகியவற்றைப் பொறுத்தவரை, அந்த வெப்ப இடைவெளி ஒரு சாதாரண விஷயமல்ல — அதுவே முழுமையான வடிவமைப்புச் சிக்கலாகும். 200°C வெப்பநிலையில் தன் வலிமையை இழக்கும் ஒரு பொருள், அதன் அறை வெப்பநிலை செயல்திறன் எண்கள் எவ்வளவு சிறப்பாக இருந்தாலும், 800°C வெப்பநிலையை எதிர்கொள்ளும் ஒரு பாகத்திற்குப் பொருத்தமானதாக இருக்காது. BNNT-கள் துல்லியமாக இந்த பயன்பாடுகளுக்காகவே தீவிரமாக உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன, இருப்பினும் அவை பெரும்பாலும் உற்பத்திக்கு முந்தைய நிலையிலேயே உள்ளன.

தீர்ப்பு:கட்டமைப்புச் சுமையும் கடுமையான வெப்பமும் ஒருங்கே வரும் எந்தவொரு பயன்பாட்டிலும், கார்பன் ஃபைபராலும் பெரும்பாலான மேம்பட்ட கூட்டுப் பொருட்களாலும் ஈடு செய்ய முடியாத ஒரு திறனை BNNT-கள் வழங்குகின்றன. இதன் வரம்பு கிடைப்பதில்தான் உள்ளது, செயல்திறனில் அல்ல.

4. சிலிக்கான் கார்பைடு இழைகள் — உயர் வெப்பநிலைத் தீர்வு ஏற்கனவே பிரபலமாகி வருகிறது

BNNT-கள் இன்னும் பெரும்பாலும் மேம்பாட்டு நிலையில் இருந்தாலும், கார்பன் ஃபைபர் முற்றிலும் செயலிழந்துவிடும் சூழல்களில் தொடர்ச்சியான சிலிக்கான் கார்பைடு ஃபைபர்கள் ஏற்கனவே பயன்பாட்டில் உள்ளன.

SiC இழைகள் 1,000°C-க்கும் அதிகமான வெப்பநிலையிலும் கட்டமைப்புப் பண்புகளைத் தக்கவைத்துக் கொள்கின்றன. இதனால், ஜெட் எஞ்சினின் வெப்பப் பகுதிகள், டர்பைன் பாகங்கள் மற்றும் விண்வெளி வெப்பப் பரிமாற்றிகள் போன்ற பயன்பாடுகளுக்கு அவை உகந்ததாகின்றன — இந்தப் பயன்பாடுகளில் கார்பன் இழைகளின் பயன்பாடு என்பது விவாதத்திற்குக் கூட வருவதில்லை. மேலும், அவை கார்பன் இழைகளின் அமுக்க வலிமைப் பிரச்சனையையும் தீர்க்கின்றன: கார்பன் இழைகளின் அதிகம் பேசப்படாத வரம்புகளில் ஒன்று, அதன் அமுக்க வலிமையானது அதன் இழுவலிமையை விடக் கணிசமாகக் குறைவாக இருப்பதுதான். அச்சு அமுக்கத்தின் கீழ் தனிப்பட்ட இழைகள் நுண்வளைவுகளுக்கு எவ்வாறு எதிர்வினையாற்றுகின்றன என்பதன் விளைவே இதுவாகும். SiC இழைகளில் அந்த அளவிற்கு அந்தச் சமச்சீரற்ற தன்மை இல்லை.

செலவு மற்றும் செயலாக்கத்திறன் ஆகியவை நடைமுறைத் தடைகளாகும். கார்பன் ஃபைபரில் பயன்படுத்தப்படும் பாலிமர் மேட்ரிக்ஸ்களுக்குப் பதிலாக, SiC ஃபைபர் கலவைகளுக்கு செராமிக் மேட்ரிக்ஸ் அமைப்புகள் தேவைப்படுகின்றன. இதன் பொருள், வேறுபட்ட கருவிகள், வேறுபட்ட செயலாக்க வெப்பநிலைகள் மற்றும் ஒரு பாகத்திற்கான அதிக செலவு என்பதாகும். இந்தக் காரணங்களால், அவை ஒரு குறுகிய பயன்பாட்டுத் தளத்தையே கொண்டுள்ளன.

தீர்ப்பு:கடுமையான வெப்பம் மற்றும் அரிப்பு நிலைகளின் கீழ் கட்டமைப்பு உறுதித்தன்மையைப் பொறுத்தவரை, SiC இழைகள் கார்பன் இழைகளை விட ஈடு இணையற்ற வழிகளில் சிறப்பாகச் செயல்படுகின்றன. வெப்பநிலை வரம்பு கார்பன் இழைகளைப் பயன்படுத்த முடியாத இடங்களில், SiC இழையே பெரும்பாலும் பொறியியல் தீர்வாக விளங்குகிறது — மேலும் இந்தப் பட்டியலில் உள்ள பெரும்பாலான பொருட்களைப் போலல்லாமல், இது ஏற்கனவே உற்பத்தி செய்யப்படும் வன்பொருட்களில் இருக்கும் ஒரு தீர்வாகும்.

5. UHMWPE இழைகள் (டைனீமா, ஸ்பெக்ட்ரா) — விறைப்புத்தன்மையை வலிமை வெல்லும்போது

கார்பன் இழை அது மென்மையாக முறிவதில்லை. அது முறியும்போது, ​​ஒரேயடியாக முறிந்துவிடும் — எந்தவித முன்னறிவிப்பும் இன்றி, உங்களை எச்சரிக்கும் வகையிலான உருக்குலைவும் இல்லாமல், திடீரென ஒரு முறிவு ஏற்படும். அதன் அசாதாரணமான விறைப்புத்தன்மை மற்றும் குறிப்பிட்ட வலிமைக்காக நீங்கள் ஏற்றுக்கொள்ளும் ஒரு சமரசமே அந்த எளிதில் உடையக்கூடிய தன்மையாகும். மேலும், விமானக் கட்டமைப்புகளிலோ அல்லது பந்தய மோனோகோக்குகளிலோ, இது பொறியியல் ரீதியாகப் பொருத்தமான ஒரு சமரசமாகும்.

டைனீமா மற்றும் ஸ்பெக்ட்ரா ஆகியவை முற்றிலும் மாறுபட்ட இயற்பியலின் அடிப்படையில் செயல்படுகின்றன. இரண்டுமே UHMWPE இழைகள் — அதாவது, மிக அதிக மூலக்கூறு எடை கொண்ட பாலிஎதிலீன் — ஆகும். உருக்குலைவைத் தடுப்பதை விட, ஆற்றலை உறிஞ்சுவதில்தான் அவை உண்மையிலேயே சிறந்து விளங்குகின்றன. ஓரலகு எடைக்கான அவற்றின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் உறிஞ்சும் திறன், மற்ற எந்தவொரு கட்டமைப்பு இழையை விடவும் மிக உயர்ந்த அளவில் உள்ளது. டைனீமாவால் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு பலகையின் மீது ஏதேனும் ஒன்று பலமாகத் தாக்கும்போது அது சிதறுவதில்லை; மாறாக, அது நீண்டு, பளுவைப் பரப்பி, அந்தத் தாக்கத்தைப் பொருள் முழுவதும் பரவச் செய்கிறது. ஒரு இறக்கையை அதன் வடிவத்தில் வைத்திருப்பதை விட, ஒரு தோட்டாவையோ அல்லது கத்தியையோ தடுப்பதே வடிவமைப்புச் சிக்கலாக இருக்கும்போது, ​​இந்த நடத்தைதான் உங்களுக்குத் தேவைப்படும்.

குறிப்பிடத்தக்க மற்ற பண்புகளும் உள்ளன: UHMWPE இழைகள் நீரில் மிதக்கின்றன, இது பல கிலோமீட்டர் நீளமுள்ள கேபிளில் எடை கூடுவதால், கடல் கயிறுகள் மற்றும் கடலுக்கு அப்பால் உள்ள நங்கூரக் கயிறுகளுக்கு முக்கியமானதாகும். அவை உராய்வு மற்றும் பெரும்பாலான இரசாயனத் தாக்கங்களை நன்கு தாங்கிக்கொள்கின்றன. மேலும், மற்ற பண்புகளைப் போலல்லாமல்...கார்பன் ஃபைபர் கலவைகள்அவை, வெட்டு-எதிர்ப்பு கையுறைகள், உடல் கவசங்கள் மற்றும் பாதுகாப்பு துணிகள் போன்றவற்றில் நேரடியாக நெய்யும் அளவுக்கு நெகிழ்வானவை — அச்சுகள் தேவையில்லை, ஆட்டோகிளேவ் தேவையில்லை, ரெசின் தேவையில்லை.

விறைப்புத்தன்மை இடைவெளி உண்மையானது. UHMWPE-இன் மீள் குணகம் கார்பன் ஃபைபரை விட கணிசமாகக் குறைவாக இருப்பதால், பளுவின் கீழ் ஏற்படும் வளைவே பிரதான கட்டுப்பாடாக இருக்கும் கட்டமைப்புப் பயன்பாடுகளுக்கு இது பொருத்தமற்றதாகிறது. யாரும் டைனீமாவிலிருந்து விமான ஸ்பார்களை உருவாக்குவதில்லை.

ஆனால், இந்தக் கேள்வியை வேறு விதமாகக் கேட்டால் — பளுவானது நிலைப்பளுவாக இல்லாமல் இயக்கப் பளுவாக இருக்கும்போது, ​​கார்பன் ஃபைபரை விட வலிமையானது எது? — வடிவமைப்பை உண்மையில் நிர்வகிக்கும் அளவுகோலில் UHMWPE வெற்றி பெறுகிறது. அது ஒரு வேறுபட்ட செயல்திறன் களம், தரம் குறைந்ததல்ல.

தீர்ப்பு:தாக்கத்தைத் தாங்கும் திறன் மற்றும் கடினத்தன்மையைப் பொறுத்தவரை, UHMWPE இழையானது, கார்பன் இழைக் கலவைகளை விட அளவிடக்கூடிய, பயன்பாட்டை வரையறுக்கும் வழிகளில் சிறப்பாகச் செயல்படுகிறது. குண்டு துளைக்காத பாதுகாப்பிற்கான வலிமையான, எடை குறைந்த பொருள் என்பது மிகவும் விறைப்பானது அல்ல — அது செயலிழப்பதற்கு முன்பு அதிகபட்ச ஆற்றலை உள்வாங்கிக் கொள்வதே ஆகும்.

6. உலோக அணி கலவைகள் — உலோக மற்றும் கலவைப் பண்புகளை இணைத்தல்

பொறியியல் சிக்கல்களில் ஒரு வகை உள்ளதுகார்பன் ஃபைபர் கலவைகள்சரியாகக் கையாள முடியாத தூய உலோகங்களைக் கையாள்வதற்கு அதிக செலவாகும், இதன் காரணமாகவே உலோக கலப்புலோகங்கள் (MMCs) உருவாகியுள்ளன.

எடை குறைவாகவும், சுற்றுப்பாதையில் ஏற்படும் 300°C வெப்ப ஏற்ற இறக்கத்தைத் தாங்கும் வகையில் பரிமாண நிலைத்தன்மையுடனும், புவி இணைப்புக்காக மின்சாரத்தைக் கடத்தும் தன்மையுடனும், அதிர்வு சுமைகளின் கீழ் வளைந்து கொடுக்காத அளவுக்கு உறுதியாகவும் இருக்க வேண்டிய ஒரு செயற்கைக்கோள் தாங்கியை எடுத்துக்கொள்வோம். ஒரு பாலிமர்-மேட்ரிக்ஸ் கார்பன் ஃபைபர் பாகம், அந்தத் தேவைகளில் ஒருவேளை இரண்டை மட்டுமே பூர்த்தி செய்யும். சிலிக்கான் கார்பைடு துகள்களால் வலுவூட்டப்பட்ட உலோகமான அலுமினியம் MMC, அந்த நான்கையும் பூர்த்தி செய்ய முடியும். ஆனால், எடைப் போட்டியில் அது வெற்றி பெறாது.சி.எல்.ஆர்.பி.வெளிப்படையாகச் சொன்னால், வலுவூட்டப்படாத அலுமினியத்துடன் ஒப்பிடும்போது இதன் குறிப்பிட்ட விறைப்புத்தன்மை குறிப்பிடத்தக்க அளவில் மேம்படுகிறது, மேலும் பாலிமர் கலவைகள் எதிர்கொள்ளும் வெப்ப மற்றும் மின் பண்புகளுக்கான மாற்று வழிகள் இதற்குத் தேவைப்படுவதில்லை.

வாகன பிரேக் ரோட்டர்கள் ஒரு நேர்த்தியான உதாரணம். தொடர்ச்சியான கடுமையான பிரேக்கிங்கின் போது உருவாகும் அதிகப்படியான வெப்பத்தை உறிஞ்சி வெளியேற்றுவது, தேய்மானத்தைத் தடுப்பது மற்றும் அதன் பரிமாண ஒருமைப்பாட்டைப் பராமரிப்பது ஆகியவை இதன் பணியாகும். மோட்டார் பந்தயத்தின் உயர் மட்டத்தில் இந்தப் பயன்பாட்டிற்கு கார்பன் ஃபைபர் கலவைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஆனால் அவற்றின் இயக்க வெப்பநிலை ஒரு குறுகிய வரம்பிற்குள் இருக்க வேண்டும், மேலும் அவற்றை மாற்றுவதற்கு அதிக செலவாகும். சிலிக்கான் கார்பைடு வலுவூட்டப்பட்ட அலுமினியம் MMC-கள் பரந்த வெப்ப வரம்பைக் கையாளுகின்றன, அதிக கடினமான பயன்பாடுகளைத் தாங்குகின்றன, மேலும் நடைமுறைக்கு ஏற்றவாறு மாற்ற வேண்டிய சாலைப் பயன்பாடுகளுக்கு, ஒரு சேவைச் சுழற்சிக்கு குறைந்த செலவே ஆகும்.

அமுக்க வலிமை குறித்த விஷயத்தைத் தெளிவாகக் குறிப்பிடுவது அவசியம்: கார்பன் இழையின் அமுக்க வலிமையானது அதன் இழுவலிமையை விடக் கணிசமாகக் குறைவாக உள்ளது — இது இழைகள் நுண்வளைவுகளுக்கு எதிர்வினையாற்றும் விதத்தின் விளைவாகும். உலோகக் கலவைகளில் (MMCs) அந்தச் சமச்சீரற்ற தன்மை இல்லை. முதன்மையாக அமுக்கச் சுமைக்கு உள்ளாகும் பாகங்களுக்கு — அதாவது தாங்குதளங்கள், அச்சுச் சுமையின் கீழ் உள்ள கட்டமைப்பு முனைகள், பொருத்தும் வன்பொருட்கள் போன்றவற்றுக்கு — இழுவிசை எண்களை விட இதுவே அதிக முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது.

தீர்ப்பு:குறிப்பிட்ட இழுவிசை வலிமையில் எம்எம்சிக்கள் கார்பன் ஃபைபரை விஞ்சுவதில்லை. ஆனால், சில பயன்பாடுகளுக்கு ஒரே நேரத்தில் தேவைப்படும் வெப்ப வரம்பு, அமுக்க வலிமை, மின் பண்புகள் மற்றும் தாக்கக் கடினத்தன்மை ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைப்பில் அவை கார்பன் ஃபைபரை விஞ்சுகின்றன. ஒரு வடிவமைப்பிற்கு, உலோகம் போலச் செயல்பட்டு, அதே சமயம் ஒரு மேம்பட்ட கூட்டுப் பொருளுக்கு நெருக்கமான செயல்திறனைக் கொண்ட ஒரு பொருள் தேவைப்படும்போது, ​​கார்பன் ஃபைபர் ஒருபோதும் வடிவமைக்கப்படாத ஒரு இடைவெளியை எம்எம்சிக்கள் நிரப்புகின்றன.

பெரும்பாலான நேரங்களில் கார்பன் ஃபைபர் ஏன் இன்னும் வெற்றி பெறுகிறது

மேற்கூறிய எதுவும் ஒரு வாதம் அல்லகார்பன் இழைவழக்கொழிந்துவிட்டது. உயர் செயல்திறன் கட்டமைப்புப் பயன்பாடுகளில் அதன் தொடர்ச்சியான ஆதிக்கம், எந்தவொரு போட்டியாளரும் அடைய முடியாத உண்மையான நன்மைகளைப் பிரதிபலிக்கிறது.

உற்பத்திச் சூழலமைப்பு என்பது அரிதாகவே குறிப்பிடப்படும் ஒரு பகுதியாகும். கார்பன் ஃபைபர் கலவைப் பொருட்கள், பல தசாப்தங்களாக மேற்கொள்ளப்பட்ட செயல்முறைச் செம்மைப்படுத்தலால் பயனடைகின்றன — அடுக்கமைப்பு நுட்பங்கள், ஆட்டோகிளேவ் சுழற்சிகள், சேதப்படுத்தாத ஆய்வு முறைகள், பழுதுபார்க்கும் நெறிமுறைகள், வடிவமைப்பு அனுமதிக்கப்பட்ட தரவுத்தளங்கள், சான்றளிக்கப்பட்ட விநியோகச் சங்கிலிகள் போன்றவை இதில் அடங்கும். 2025-ல் ஒரு கார்பன் ஃபைபர் கலவைப் பாகத்தைக் குறிப்பிடும் ஒரு பொறியாளருக்கு, இந்தப் பட்டியலில் உள்ள பெரும்பாலான பொருட்களுக்கு இன்னும் இல்லாத உருவகப்படுத்துதல் கருவிகள், செயலிழப்பு முறை நூலகங்கள் மற்றும் வழங்குநர் தகுதிப்படுத்தும் செயல்முறைகள் ஆகியவற்றுக்கான அணுகல் உள்ளது. அந்த நிறுவன அறிவுக்கு உண்மையான பொறியியல் மதிப்பு உண்டு, மேலும் ஒரு புதிய பொருளின் சோதனை மாதிரிகள் எவ்வளவு சிறப்பாகத் தோன்றினாலும், அந்த அறிவு தானாகவே அந்தப் புதிய பொருளுக்குப் பொருந்தாது.

கிராஃபீன் மற்றும் CNT-கள் நிச்சயமாக மேம்படுத்தும்கார்பன் ஃபைபர் கலவைகள்அவற்றை மாற்றுவதற்கு முன்பு. கார்பன் ஃபைபர் தீர்க்க வடிவமைக்கப்படாத வெப்பப் பிரச்சனைகளை SiC ஃபைபர்களும் BNNT-களும் தீர்க்கின்றன. முற்றிலும் மாறுபட்ட சுமை நிலைகளைக் கொண்ட பயன்பாடுகளில் உள்ள கடினத்தன்மைப் பிரச்சனையை UHMWPE தீர்க்கிறது. இதன் போக்கு சீராக உள்ளது: இந்தப் பொருட்களில் எதுவும் எல்லா வகையிலும் கார்பன் ஃபைபரை விஞ்சுவதில்லை. கார்பன் ஃபைபரின் வடிவமைப்பு சமரசங்கள் மிகவும் முக்கியத்துவம் பெறும் ஒரு குறிப்பிட்ட கோணத்தில் ஒவ்வொன்றும் அதை விஞ்சுகிறது.

இந்தத் துறை உண்மையில் எங்கு செல்கிறது

எந்தப் பொருள் மாற்றாக அமைகிறது என்பதல்ல, மாறாக மிகவும் பயனுள்ள கேள்வி இதுவாகும்.கார்பன் இழை இப்படித்தான் இந்தப் பொருட்கள் ஒன்றாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

கார்பன் ஃபைபர் முதன்மை லேமினேட், அடுக்குகளுக்கு இடையேயான கடினத்தன்மைக்காக கிராஃபீன் மேம்படுத்தப்பட்ட ரெசின், மற்றும் உயர்-வெப்பநிலை மண்டலங்களில் குறிப்பிட்ட இடங்களில் SiC ஃபைபர் வலுவூட்டல் ஆகியவற்றைக் கொண்ட கட்டமைப்புப் பலகைகள் வெறும் ஊகங்கள் அல்ல. அவை முக்கிய விண்வெளித் திட்டங்களில் தீவிர வளர்ச்சியில் உள்ளன. படிநிலை கலவைகள், அல்லது ஒரே நேரத்தில் பல அளவுகளில் வடிவமைக்கப்பட்ட பொருள் அமைப்புகள் என்ற இந்தக் கருத்து, கட்டமைப்புப் பொருட்கள் குறிப்பிடப்படும் விதத்தில் ஒரு உண்மையான மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது. ஒரு பாகத்திற்கு ஒரே ஒரு சிறந்த பொருளைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்குப் பதிலாக, ஒரு கூறு உண்மையில் சேவையில் எதிர்கொள்ளும் குறிப்பிட்ட சுமை நிலைகள், வெப்பநிலை சாய்வுகள் மற்றும் செயலிழப்பு முறைகளுக்கு ஏற்ப வடிவமைக்கப்பட்ட பொருள் கலவைகளை பொறியாளர்கள் உருவாக்கத் தொடங்கியுள்ளனர்.

கிராஃபீன் vs. கார்பன் ஃபைபர், CNT-கள் vs. கார்பன் ஃபைபர் போன்ற போட்டி சார்ந்த வரையறைகள், இந்தத் தொழில்நுட்பம் நகரும் திசையைத் தவறவிடுகின்றன. "கார்பன் ஃபைபரை விட வலிமையானது எது?" என்ற கேள்விக்கான பதில், பெருகிவரும் வகையில் இதுதான்: பல வலுவூட்டும் கட்டங்களில் ஒன்றாக கார்பன் ஃபைபரைக் கொண்ட ஒரு கலவைப் பொருள்; இதில் ஒவ்வொரு கட்டமும் தத்தம் சிறந்த செயல்திறனுக்கேற்பப் பங்களிக்கும்.

சுருக்கம்

கார்பன் இழை இது மிகவும் வலிமையான பொருள் அல்ல. பரந்த அளவிலான கட்டமைப்புப் பயன்பாடுகளில், இதுவே மிகவும் நடைமுறைக்கு உகந்த வலிமையான பொருள் — மேலும், எந்தவொரு தனிப்பட்ட செயல்திறன் அளவீட்டைக் காட்டிலும் இந்தப் பட்டத்தைப் பறிப்பது மிகவும் கடினமானதாகும்.