مواد کامپوزیتی پیک با بهرهگیری از مزایای عملکردی جامع خود مانند سبکی، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و خود روانکاری، به طور گسترده برای جایگزینی مواد فلزی سنتی در چندین زمینه با ارزش افزوده بالا تحت روند جایگزینی فولاد با پلاستیک مورد استفاده قرار میگیرند. در ادامه سناریوهای اصلی کاربرد آنها تشریح شده است:
۱. هوافضا
ارزش برنامه: سبک وزنی فوقالعاده برای بهبود مصرف سوخت و ظرفیت حمل بار، در عین حال که در برابر دماهای شدید، ارتعاش و خوردگی شیمیایی مقاوم است.
قطعات/سناریوهای جایگزین شده: قطعات سازهای هواپیما: بدنه، لبههای حمله بال، پوشش توپی چرخ، براکتها، گیرههای لوله، تکیهگاههای در و غیره، جایگزینی آلیاژهای آلومینیوم میتواند وزن را 20 تا 40 درصد کاهش دهد (به عنوان مثال، بوئینگ 787، ایرباس A350).
قطعات موتور: پروانهها، حلقههای آببندی، واشرها، گیرههای مهار سیم، مهرهها و غیره، که مقاومت در برابر دمای بالا و کاهش وزن را ارائه میدهند.
قطعات داخلی: فریم صندلی، پنلهای دیواره جانبی و غیره، مطابق با الزامات ضد اشتعال و ایمنی.
موشکها و ماهوارهها: سینیهای باتری، بستها و سایر قطعات ساختاری، که نیازهای شدید محیط فضا را برآورده میکنند.
دوم. وسایل نقلیه انرژی نو
ارزش برنامه:دستیابی به سبکسازی برای افزایش برد خودروهای الکتریکی، برآورده کردن الزامات قابلیت اطمینان و عایقبندی در شرایط شارژ سریع ولتاژ بالا و دمای بالا.
قطعات/سناریوهای جایگزین شده:
سیستم انتقال قدرت: پوشش موتور، یاتاقانها، آببندها، پرههای توربوشارژر، پرههای پمپ خلاء (خودروهای سنتی)؛ یاتاقانهای موتور، سیم لعابی موتور ولتاژ بالای ۸۰۰ ولت (خودروهای انرژی نو).
گیربکس و ترمز: حلقههای دنده کلاچ، چرخ دندهها، سوپاپهای ترمز ای بی اس، حلقههای آببندی.
سیستم باتری: مواد عایق باتری (مثلاً، استفاده از باتری بی وای دی تیغه چگالی انرژی حجمی ماژول را 18٪ افزایش داد)، درزگیرها.
سایر: اجزای سیستم فرمان، بوشها، دندههای برقی صندلی، قطعات استاندارد مختلف.
سوم. پزشکی و مراقبتهای بهداشتی
ارزش برنامه: زیستسازگاری عالی، مدول الاستیک مشابه استخوان انسان، بدون مصنوعات فلزی، قابل تنظیم
قطعات/سناریوهای جایگزین شده:ایمپلنتها: مفاصل مصنوعی (لگن، زانو)، قفسهای جوش دادن ستون فقرات، صفحات ترمیم جمجمه، پروتزهای دنده و غیره، که به سرعت جایگزین فلزات پزشکی مانند آلیاژهای تیتانیوم میشوند. ابزار جراحی: میتواند بیش از ۳۰۰۰ چرخه استریلیزاسیون بخار فشار بالا در دمای ۱۳۴ درجه سانتیگراد را تحمل کند، که برای ساخت ابزارهای چندبار مصرف پیشرفته استفاده میشود.
چهارم. صنعت و انرژی
ارزش برنامه: مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر سایش، خود روان کننده، مناسب برای محیط های صنعتی خشن، جلوگیری از آلودگی روان کننده.
قطعات/سناریوهای جایگزین شده:
نفت و گاز: حلقههای آببندی، صفحات شیر، آسترها، جایگزینی PTFE، غلبه بر مشکلات سایش آسان و جریان سرد آن در دما و فشار بالا.
پمپها و شیرآلات شیمیایی: شیرآلات، بدنه پمپ، یاتاقانها، آببندها، مقاوم در برابر خوردگی شیمیایی.
انرژی بادی و خورشیدی: یاتاقانهای توربین بادی، کاستهای پنل فتوولتائیک و غیره، که باعث افزایش طول عمر در محیطهای سخت میشود.
V. اطلاعات الکترونیک و تولید نیمههادی
ارزش برنامه:خلوص بالا، مقاومت در برابر دمای بالا، خروج گاز کم، پایداری ابعادی، تضمین بازده فرآیند با دقت بالا.
قطعات/سناریوهای جایگزین شده:
تولید نیمههادی: حلقههای نگهدارنده سی ام پی، حاملهای ویفر، سه نظامها، حلقههای آبکاری انتخابی و غیره، در برابر دمای بالای 260 درجه سانتیگراد و خوردگی پلاسما مقاومت میکنند و عمر مفید بیشتری را ارائه میدهند.
لوازم الکترونیکی مصرفی: آنتنهای داخلی تلفن همراه (جایگزین ال سی پی/پی آی)، دیافراگمهای ارتعاش بلندگو، کانکتورها و غیره، که از جذب رطوبت کم و عملکرد الکتریکی پایدار بهره میبرند.
ششم. حوزههای نوظهور:
رباتیک و اقتصاد در ارتفاع کم
ارزش برنامه:سبک، استحکام بالا، صدای کم، مواد کلیدی برای بهبود عملکرد حرکتی و استقامت.
قطعات/سناریوهای جایگزین شده:
رباتهای انساننما: اسکلت مفصلی، چرخدندهها، یاتاقانها، کاهنده هارمونیک، فلکسپلاینها/چرخهای صلب و سایر اجزای انتقال قدرت (به عنوان مثال، کاربرد تسلا اوپتیموس باعث کاهش وزن 10 کیلوگرم شده است).
پهپادها/eVTOL: پروانهها/پرهها، قطعات ساختاری بدنه، بازوها و غیره، کامپوزیتهای فیبر کربن زیرچشمی نگاه کردن به کاهش وزن نهایی و استحکام بالا دست مییابند.
خلاصه
منطق اصلی جایگزینی کامپوزیتهای پیک با فلزات، برآورده کردن یا حتی فراتر رفتن از الزامات عملکردی و در عین حال دستیابی به وزن سبک، مقاومت در برابر خوردگی و یکپارچگی عملکردی قابل توجه است. کاربردهای آنها به سرعت از حوزههای بسیار پیشرفته مانند هوافضا و پزشکی به صنایع نوظهور استراتژیک مانند وسایل نقلیه با انرژی جدید، نیمهرساناها و رباتیک در حال گسترش است و پتانسیل بازار عظیمی را نشان میدهد. کامپوزیتهای پیک تقویتشده با الیاف کربن، به پیشرفتهای بیشتری در استحکام ویژه، استحکام و مقاومت در برابر خستگی دست یافتهاند و به گزینهای ایدهآل برای جایگزینی فلزات گرانقیمت (مانند آلیاژهای تیتانیوم) تبدیل شدهاند.
