धातु मैट्रिक्स समग्र
सामग्री विज्ञान में, धातु मैट्रिक्स सम्मिश्र (एमएमसी) मैट्रिक्स सामग्री है, जिसमें तांबा, एल्यूमीनियम, या स्टील जैसे धातु मैट्रिक्स में बिखरे हुए फाइबर या कण होते हैं। द्वितीयक चरण सामान्यतः सिरेमिक (जैसे एल्यूमिना या सिलिकॉन कार्बाइड) या अन्य धातु (जैसे स्टील) होता है[1])। उन्हें सामान्यतः सुदृढीकरण (समग्र) के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है: जिसमें लघु विच्छिन्न तंतु (व्हिस्कर्स), निरंतर तंतु, या कण सम्मिलित हैं। एमएमसी और सर्मेट्स के मध्य कुछ ओवरलैप है, अंत में सामान्य मात्रा की दर से 20% से अल्प धातु होती है। जब अल्प से अल्प तीन सामग्रियां उपस्थित हों, तो इसे हाइब्रिड कंपोजिट कहा जाता है। एमएमसी में पारंपरिक सामग्रियों की तुलना में अत्यधिक शक्ति-से-वजन अनुपात,[2] कठोरता और लचीलापन, हो सकता है, इसलिए उनका उपयोग प्रायः मांग वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है। एमएमसी में सामान्यतः अल्प तापीय और विद्युत चालकता होती है और विकिरण के लिए निकृष्ट प्रतिरोध होता है[citation needed], जो अत्यंत कठोर वातावरण में उनके उपयोग को सीमित करता है।
रचना
धातु मैट्रिक्स में ठोस सामग्री को विस्तारित करके एमएमसी बनाए जाते हैं। मैट्रिक्स के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया को रोकने के लिए सुदृढीकरण सतह को लेपित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, अल्प घनत्व और उच्च शक्ति दिखाने वाले कंपोजिट को संश्लेषित करने के लिए सामान्यतः एल्यूमीनियम मैट्रिक्स में कार्बन फाइबर का उपयोग किया जाता है। चूँकि, फाइबर की सतह पर भंगुर और पानी में घुलनशील यौगिक एल्यूमीनियम कार्बाइड Al4C3 उत्पन्न करने के लिए कार्बन एल्यूमीनियम के साथ प्रतिक्रिया करता है। इस प्रतिक्रिया को रोकने के लिए, कार्बन फाइबर निकल या टाइटेनियम बोराइड के साथ लेपित होते हैं।
मैट्रिक्स
मैट्रिक्स अखंड सामग्री है जिसमें सुदृढीकरण एम्बेडेड होता है, और प्रत्येक प्रकार से निरंतर होता है। इसका तात्पर्य यह है कि सामग्री में किसी भी बिंदु पर मैट्रिक्स के माध्यम से रास्ता है, जिसको दो सामग्रियों के विपरीत साथ सैंडविच किया जाता है। संरचनात्मक अनुप्रयोगों में, मैट्रिक्स सामान्यतः एल्यूमीनियम, मैगनीशियम, या टाइटेनियम जैसी हल्की धातु होती है, और सुदृढीकरण के लिए पूर्ण समर्थन प्रदान करती है। उच्च तापमान अनुप्रयोगों में, कोबाल्ट और कोबाल्ट-निकल मिश्र धातु मेट्रिसेस सामान्य हैं।
सुदृढीकरण
सुदृढीकरण सामग्री मैट्रिक्स में एम्बेडेड है। सुदृढीकरण सदैव विशुद्ध रूप से संरचनात्मक कार्य (यौगिक को ठोस करने) की सेवा नहीं करता है, लेकिन इसका उपयोग भौतिक गुणों जैसे पहनने के प्रतिरोध, घर्षण गुणांक या तापीय चालकता को परिवर्तित करने के लिए भी किया जाता है। सुदृढीकरण या तो निरंतर या असंतत हो सकता है। असंतुलित एमएमसी समदैशिक हो सकते हैं और मानक धातु तकनीकों के साथ काम किया जा सकता है, जैसे एक्सट्रूज़न, फोर्जिंग या रोलिंग। इसके अलावा, उन्हें पारंपरिक तकनीकों का उपयोग करके मशीनीकृत किया जा सकता है, लेकिन सामान्यतः पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड टूलिंग (PCD) के उपयोग की आवश्यकता होगी।
निरंतर सुदृढीकरण मोनोफिलामेंट तारों या फाइबर जैसे कार्बन फाइबर) या सिलिकन कार्बाइड का उपयोग करता है। क्योंकि फाइबर निश्चित दिशा में मैट्रिक्स में एम्बेडेड होते हैं, परिणाम एनिस्ट्रोपिक संरचना होती है जिसमें सामग्री का संरेखण इसकी ताकत को प्रभावित करता है। सुदृढीकरण के रूप में बोरॉन फिलामेंट का उपयोग करने वाले पहले एमएमसी में से एक। असंतुलित सुदृढीकरण मोनोक्रिस्टलाइन मूंछ का उपयोग करता है मूंछें, छोटे रेशे या कण। इस श्रेणी में सबसे सामान्य प्रबलिंग सामग्री अल्युमिना और सिलिकॉन कार्बाइड हैं।[3]
निर्माण और बनाने के तरीके
MMC निर्माण को तीन प्रकारों में तोड़ा जा सकता है- ठोस, तरल और वाष्प।
ठोस अवस्था के तरीके
- पाउडर सम्मिश्रण और समेकन (पाउडर धातु विज्ञान): पाउडर धातु और असंतुलित सुदृढीकरण मिश्रित होते हैं और फिर संघनन, अपघटन और थर्मो-मैकेनिकल उपचार (संभवतः गर्म आइसोस्टैटिक दबाव (एचआईपी) या बाहर निकालना के माध्यम से) की प्रक्रिया के माध्यम से बंधे होते हैं।
- पन्नी प्रसार संबंध: धातु की पन्नी की परतों को लंबे तंतुओं के साथ सैंडविच किया जाता है, और फिर मैट्रिक्स बनाने के लिए दबाया जाता है
तरल अवस्था के तरीके
- इलेक्ट्रोप्लेटिंग और इलेक्ट्रोफॉर्मिंग: ठोस कणों से भरे धातु आयनों वाला समाधान समग्र सामग्री बनाने के लिए सह-जमा होता है
- हिलाओ कास्टिंग : असंतुलित सुदृढीकरण को पिघली हुई धातु में हिलाया जाता है, जिसे जमने दिया जाता है
- दबाव घुसपैठ: पिघला हुआ धातु गैस के दबाव जैसे दबाव के माध्यम से ठोसी में घुसपैठ कर रहा है
- निचोड़ कास्टिंग: पिघला हुआ धातु इसके अंदर पहले से रखे फाइबर के साथ रूप में इंजेक्ट किया जाता है
- स्प्रे डिपोजिशन: पिघली हुई धातु को निरंतर फाइबर सब्सट्रेट पर स्प्रे किया जाता है
- प्रतिक्रियाशील प्रसंस्करण: रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, जिसमें अभिकारक मैट्रिक्स बनाता है और दूसरा सुदृढीकरण
सेमी-सॉलिड स्टेट मेथड्स
- अर्ध-ठोस पाउडर प्रसंस्करण: पाउडर मिश्रण को अर्ध-ठोस अवस्था तक गर्म किया जाता है और कंपोजिट बनाने के लिए दबाव डाला जाता है।[4][5][6]
वाष्प जमाव
- भौतिक वाष्प जमाव: फाइबर को वाष्पीकृत धातु के घने बादल से गुजारा जाता है, इसे लेप किया जाता है।
इन-सीटू निर्माण तकनीक
- एक यूटेक्टिक प्रणाली मिश्र धातु के नियंत्रित यूनिडायरेक्शनल सॉलिडिफिकेशन के परिणामस्वरूप मैट्रिक्स में वितरित लैमेलर या फाइबर फॉर्म में उपस्थित चरणों में से के साथ दो-चरण माइक्रोस्ट्रक्चर हो सकता है।[7]
अवशिष्ट तनाव
MMCs ऊंचे तापमान पर गढ़े जाते हैं, जो फाइबर/मैट्रिक्स इंटरफेस के प्रसार संबंध के लिए आवश्यक शर्त है। बाद में, जब उन्हें परिवेश के तापमान तक ठंडा किया जाता है, तो धातु मैट्रिक्स और फाइबर के गुणांक के मध्य बेमेल के कारण अवशिष्ट तनाव (RS) समग्र में उत्पन्न होता है। विनिर्माण आरएस सभी लोडिंग स्थितियों में एमएमसी के यांत्रिक व्यवहार को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। कुछ मामलों में, निर्माण प्रक्रिया के दौरान मैट्रिक्स के भीतर प्लास्टिक विरूपण शुरू करने के लिए थर्मल आरएस काफी अधिक है।[8]
अनुप्रयोग
- उच्च प्रदर्शन टंगस्टन कार्बाइड काटने के उपकरण कठिन टंगस्टन कार्बाइड कणों को जोड़ने वाले कठिन कोबाल्ट मैट्रिक्स से बने होते हैं; अल्प प्रदर्शन वाले उपकरण अन्य धातुओं जैसे कांस्य को मैट्रिक्स के रूप में उपयोग कर सकते हैं।
- कुछ टैंक कवच धातु मैट्रिक्स कंपोजिट से बनाए जा सकते हैं, शायद बोरॉन नाइट्राइड के साथ प्रबलित स्टील, जो स्टील के लिए अच्छा सुदृढीकरण है क्योंकि यह बहुत कठोर है और यह पिघले हुए स्टील में नहीं घुलता है।
- कुछ ऑटोमोबाइल डिस्क ब्रेक MMC का उपयोग करते हैं। शुरुआती कमल एलिस मॉडल में एल्यूमीनियम एमएमसी रोटर्स का इस्तेमाल किया गया था, लेकिन उनके पास इष्टतम ताप गुणों से अल्प है, और लोटस तब से कच्चा लोहा में बदल गया है। आधुनिक उच्च-प्रदर्शन स्पोर्ट कारें, जैसे कि पोर्श द्वारा निर्मित, अपनी उच्च विशिष्ट ऊष्मा और तापीय चालकता के कारण सिलिकॉन कार्बाइड मैट्रिक्स के भीतर कार्बन फाइबर से बने रोटर्स का उपयोग करती हैं। 3M ने कास्ट एल्युमिनियम डिस्क ब्रेक कैलीपर्स को ठोस करने के लिए पूर्वनिर्मित एल्यूमीनियम मैट्रिक्स इंसर्ट विकसित किया,[9] समान कठोरता बनाए रखते हुए कच्चा लोहा की तुलना में वजन को आधा करना। 3M ने AMC पुशरोड्स के लिए एल्यूमिना प्रीफॉर्म्स का भी उपयोग किया है।[10]
- फोर्ड मोटर कंपनी मेटल मैट्रिक्स कंपोजिट (एमएमसी) ड्राइव शाफ्ट अपग्रेड की पेशकश करती है। एमएमसी ड्राइवशाफ्ट बोरान कार्बाइड के साथ प्रबलित एल्यूमीनियम मैट्रिक्स से बना है, जिससे जड़ता को अल्प करके ड्राइवशाफ्ट की महत्वपूर्ण गति को बढ़ाया जा सकता है। MMC ड्राइवशाफ्ट रेसर्स के लिए सामान्य संशोधन बन गया है, जिससे शीर्ष गति को मानक एल्यूमीनियम ड्राइवशाफ्ट की सुरक्षित संचालन गति से कहीं अधिक बढ़ाया जा सकता है।
- Honda ने अपने कुछ इंजनों में एल्यूमीनियम धातु मैट्रिक्स समग्र सिलेंडर लाइनर का उपयोग किया है, जिसमें Honda B20A इंजन, Honda H इंजन, Honda F20C इंजन और Honda NSX में प्रयुक्त Honda C इंजन शामिल हैं।
- तब से टोयोटा ने यामाहा मोटर कंपनी द्वारा डिज़ाइन किए गए टोयोटा ZZ इंजन#2ZZ-GE|2ZZ-GE इंजन में मेटल मैट्रिक्स कंपोजिट का उपयोग किया है, जिसका उपयोग बाद के लोटस लोटस एलिस#सीरीज़ 2 संस्करणों के साथ-साथ टोयोटा कार मॉडल में भी किया जाता है, जिसमें इसी नाम का नाम भी शामिल है। टोयोटा मैट्रिक्स। पोर्श बॉक्सस्टर और पोर्श 911 में इंजन के सिलेंडर स्लीव्स को ठोस करने के लिए पोर्श एमएमसी का भी उपयोग करता है।
- F-16 फाइटिंग फाल्कन जेट के लैंडिंग सामग्री के संरचनात्मक घटक के लिए टाइटेनियम मैट्रिक्स में मोनोफिलामेंट सिलिकॉन कार्बाइड फाइबर का उपयोग करता है।
- विशिष्ट साइकिल घटकों ने कई वर्षों तक अपने शीर्ष श्रेणी के साइकिल फ्रेम के लिए एल्यूमीनियम एमएमसी यौगिकों का उपयोग किया है। ग्रिफेन साइकिलें ने बोरॉन कार्बाइड-एल्यूमीनियम एमएमसी बाइक फ़्रेम भी बनाए, और विश्वविद्यालय ने संक्षेप में ऐसा ही किया।
- कण त्वरक में कुछ उपकरण जैसे कि रेडियो फ्रीक्वेंसी क्वाड्रुपोल | रेडियो फ्रीक्वेंसी क्वाड्रुपोल (RFQs) या इलेक्ट्रॉन लक्ष्य उच्च तापमान और विकिरण स्तरों पर तांबे के भौतिक गुणों को बनाए रखने के लिए Glidcop जैसे कॉपर MMC यौगिकों का उपयोग करते हैं।[11][12]
- डाइमलॉय के रूप में जाने जाने वाले वॉल्यूम डायमंड कणों द्वारा 55% युक्त कॉपर-चाँदी मिश्र धातु मैट्रिक्स का उपयोग इसकी उच्च तापीय चालकता के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स में उच्च-शक्ति, उच्च-घनत्व वाले मल्टी-चिप मॉड्यूल के लिए सब्सट्रेट के रूप में किया जाता है। AlSiC समान अनुप्रयोगों के लिए एल्यूमीनियम-सिलिकॉन कार्बाइड सम्मिश्र है।
- एल्यूमीनियम-ग्रेफाइट कंपोजिट का उपयोग उनकी उच्च तापीय चालकता, थर्मल विस्तार के समायोज्य गुणांक और अल्प घनत्व के कारण बिजली इलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल में किया जाता है।
एमएमसी लगभग सदैव अधिक पारंपरिक सामग्रियों की तुलना में अधिक महंगे होते हैं जिन्हें वे बदल रहे हैं। नतीजतन, वे पाए जाते हैं जहां बेहतर गुण और प्रदर्शन अतिरिक्त लागत को उचित ठहरा सकते हैं। आज ये एप्लिकेशन प्रायःविमान घटकों, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी और उच्च अंत या बुटीक खेल उपकरण में पाए जाते हैं। विनिर्माण लागत अल्प होने से अनुप्रयोगों का दायरा निश्चित रूप से बढ़ेगा।
पारंपरिक बहुलक मैट्रिक्स कंपोजिट की तुलना में, एमएमसी आग प्रतिरोधी हैं, तापमान की विस्तृत श्रृंखला में काम कर सकते हैं, नमी को अवशोषित नहीं करते हैं, बेहतर विद्युत चालकता और तापीय चालकता है, विकिरण क्षति के प्रतिरोधी हैं, और गैस निकालना प्रदर्शित नहीं करते हैं। दूसरी ओर, एमएमसी अधिक महंगे होते हैं, फाइबर-प्रबलित सामग्री को बनाना मुश्किल हो सकता है, और उपयोग में उपलब्ध अनुभव सीमित है।
यह भी देखें
- उन्नत समग्र सामग्री (विज्ञान और अभियांत्रिकी)
- बैबिट (धातु)
- लोहा
संदर्भ
- ↑ Gopi Krishna, M.; Praveen Kumar, K.; Naga Swapna, M.; Babu Rao, J.; Bhargava, N.R.M.R. (2018). "मेटल-मेटल कम्पोजिट्स- मल्टीपल स्ट्रेंथनिंग के लिए एक इनोवेटिव तरीका". Materials Today: Proceedings. 4 (8): 8085–8095. doi:10.1016/j.matpr.2017.07.148. ISSN 2214-7853.
- ↑ Dieter, George E. (1986). यांत्रिक धातु विज्ञान (3rd ed.). New York: McGraw-Hill. pp. 220–226. ISBN 0-07-016893-8. OCLC 12418968.
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- ↑ Wu, Yufeng; Gap; Kim, Yong (2011). "अर्ध-ठोस पाउडर प्रसंस्करण द्वारा निर्मित कार्बन नैनोट्यूब प्रबलित एल्यूमीनियम समग्र". Journal of Materials Processing Technology. 211 (8): 1341–1347. doi:10.1016/j.jmatprotec.2011.03.007.
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- ↑ Industry Solutions - Metal Matrix Composites - High performance, high strength, metal matrix composite material (Archived)
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