مطالعه خواص مكانيكي مواد تابعي پايه رزيني ساخته شده به روش گريز از مركز

Study on the mechanical properties of functionally graded material made by centrifugal method

به عنوان يك تعريف ساده از مواد با خواص تابعي، مواد كامپوزيتي با ريز ساختار ناهمگن مي‌باشند كه از دو يا چند جز تشكيل شده‌اند. خواص اين مواد از يك سطح به سطح ديگر تغيير مي‌كند. روش گريز از مركز، يكي از روش‌هاي مفيد در ساخت اين گونه مواد است كه پارامترهاي مختلف اين فرآيند بر روي شيب توزيع مواد تقويت كننده موثر مي‌باشند. در اين تحقيق، از پودرهاي مس، آهن، كاربيد سيليسيم و آلومينا به عنوان تقويت كننده و از رزين پلي استر، به عنوان ماده پايه استفاده شده است. براي ساخت مواد با خواص تابعي، مواد تقويت كننده با نسبت‌هاي حجمي مشخص، با رزين مخلوط شده و در قالب چرخان ريخته مي‌شود. ذرات با توجه به نيروي گريز از مركز درون رزين موقعيت‌دهي مي‌شوند. عكسبرداري از نمونه‌ها توسط ميكروسكوپ نوري انجام گرفته و با استفاده از پردازش تصوير، توزيع ذرات مورد بررسي قرار گرفتند. براي اندازه‌گيري مقاومت مكانيكي قطعات ساخته شده از آزمون خمش سه نقطه‌اي طبق استاندارد ASTM D790 استفاده شد. نتايج نشان مي‌دهد كه سرعت چرخش قالب يكي از پارامترهاي مهم تاثير گذار بر روي حركت ذرات تقويت كننده مي‌باشد. بطوريكه كه افزايش سرعت چرخشي قالب از 250 دور بر دقيقه به 500 دور بر دقيقه، موجب افزايش شيب توزيع مواد تقويت كننده شده است. نتايج حاصل از آزمون خمش بر روي مواد با خواص تابعي مشاهده مي‌شود كه افزايش استحكام و حجم ذرات تقويت كننده، موجب افزايش استحكام و مدول مواد با خواص تابعي شده است.

A simple definition of functional graded material (FGM) includes composite with inhomogeneous micro-structure that made by at least two components. The properties of FGMs vary along the the material thickness. The centrifugal procedure is a useful method to fabricate a FGM material. Different parameters of centrifugal method effect on the distribution of the reinforcement material. In this study, copper, iron, SiC and alumina powders were used as reinforcements and a polyester resin employed as the matrix. In manufacturing process of mentioned materials, powders with specific volumetric ratio, mixed with the resin and poured into the rotary mold. By attention to centrifugal force, powder paricles found specific position in the resin. Captured images from the surface of fabricated FGM tubes and distribution of particles were analysed by image processing. Three point bending tests were used to measure the strength of material according to ASTM D790 standard. The results showed that the rotational speed of mold is the most effective parameter on the distribution of reinforcement particles. Therefore, by increasing the speed from 250 to 500 rpm, slope of distribution of reinforcement particles increased. The results of the bending test showed that employment of reinforcement particles with more strength and volume led to increase the strength and module of fabricated FGMs.