کامپوزیت های زمینه سرامیک (Ceramic Matrix Compozit) یا به اختصار CMC، خانوادهای از مواد کامپوزیتی هستند که کاربردهای زیادی را در صنایع مختلف خصوصاً هوافضا به خود اختصاص داده اند. متن زیر که از مجله کامپوزیت، شماره 3 نقل میشود به معرفی این تکنولوژی و کاربردهای آن پرداخته است:
سرامیکهای پیشرفته دارای ویژگیهای مطلوبی مانند سختی، استحکام بالا، تحمل دماهای بالا، خنثایی شیمیایی، مقاومت در برابر فرسایش و چگالی کم هستند. ولی در برابر بارهای کششی و ضربه ضعیف هستند و بر خلاف فلزات، از خود انعطاف پذیری نشان نمیدهند و مستعد شکست تحت بارهای مکانیکی و شوک حرارتی هستند.
اگر مقایسه ای بین سرامیکها و دیگر مواد داشته باشیم، باید گفت که سرامیکها تنها گروه از مواد هستند که در دماهای بالا قابل استفاده اند و دارای سختی، استحکام و مدول الاستیک بالاتری از فلزات و پلیمرها می باشند. همچنین چگالی، ضریب انبساط حرارتی و هدایت الکتریکی و حرارتی کمی دارند. به ویژه چگالی و انبساط حرارتی کم سرامیکها اهمیت زیادی در اغلب کاربردها دارد.
بزرگترین نقطة ضعف سرامیکها در مقایسه با دیگر مواد به ویژه فلزات، چقرمگی (مقاومت) شکست (FractureToughness) فوق العاده پایین آنهاست که در عمل این مواد را در برابر ترک بسیار حساس کرده است. بنابراین نیاز شدیدی به افزایش چقرمگی سرامیکها احساس میشود. یکی از راه های مهم دستیابی به چقرمگی بالاتر، تهیه کامپوزیتهای زمینه سرامیکی است. گنجاندن الیاف و ذرات تقویت کننده در یک زمینه سرامیکی میتواند به تهیه یک ماده سرامیکی چقر (Tough) منجر شود و کنترل مناسب ویژگیهای مرز مشترک زمینه و تقویت کننده از اهمیت زیادی برخوردار است .
نکته قابل توجه دیگر این است که اگر چه نسبت مدول الاستیسیته تقویت‌کننده و زمینه در کامپوزیتهای زمینه فلزی و پلیمری عموماً بین 10 و 100 است ولی برای کامپوزیت زمینه سرامیکی، این نسبت معمولاً برابر یک یا کمتر از آن است. نسبت مدول بالا در کامپوزیتهای زمینه فلزی و پلیمری، سبب انتقال موثر بار از زمینه به تقویت کننده میشود. در حالی که در یک کامپوزیت سرامیکی، زمینه و تقویت کننده در توانایی تحمل بار اختلاف زیادی ندارد؛ به این معنا که هدف از ساخت کامپوزیت سرامیکی، افزایش استحکام نیست. مگر آنهایی که زمینه آنها مدول الاستیسیته کمی دارند (مانند زمینه های شیشه ای).
حوزه های مهم در تهیه کامپوزیت های زمینه سرامیکی عبارتند از:
انواع گوناگون شیشه، شیشه سرامیکها و سرامیکهایی همچون کربن، کاربیدسیلیسیوم، نیترید سیلیسیوم، آلومیناتها و اکسیدها. تقویت کننده های مورد استفاده عبارتند از کاربیدها، بوریدها، نیتریدها و کربن. کامپوزیتهای زمینه سرامیکی تنها کامپوزیتهایی هستند که بالای 900 درجه سانتیگراد استحکام خود را حفظ میکنند.
عمده ترین کامپوزیتهای زمینه سرامیکی عبارتند از: کامپوزیت های کربن/کربن، کامپوزیت های آلومینا/SiC و کامپوزیت هایی با زمینه Si3N4 یا SiC تقویت شده با الیاف پیوسته SiC و کربن.
کاربردها
معمولاً کاربرد کامپوزیت های سرامیکی به
دو دسته هوافضایی و غیرهوافضایی تقسیم میشوند. در کاربردهای هوافضایی
مساله اصلی، عملکرد کامپوزیت است. در حالی که در کاربردهای غیر هوافضایی
عامل قیمت بسیار مهم است.
کامپوزیت های سرامیکی با الیاف پیوسته، عموماً دارای خواص
مکانیکی ویژه بالایی هستند و میتوانند در کاربردهای هوافضایی دمای بالا به
کار گرفته شوند. کامپوزیت های کربن/کربن با پوشش SiC به عنوان محافظ
حرارتی در شاتل های فضایی استفاده شده است و کامپوزیتهای کاربید
سیلیسیم/کربن مواد مناسبی برای هواپیماها هستند .
از کاربردهای غیر هوافضایی کامپوزیتهای سرامیکی میتوان به
اجزای موتورهای دما بالا، مته و ابزار تراش، اجزای مقاوم در برابر سایش،
لوله اگزوز، نازل، لوله های مبدل گرما و غیره اشاره کرد.