כיצד חומרים מרוכבים מקדמים את פיתוח הערים

חומרי המטריצה ​​של חומרים מרוכבים מחולקים לשתי קטגוריות: מתכת ולא מתכת. מצעי מתכת נפוצים הם אלומיניום, מגנזיום, נחושת, טיטניום וסגסוגותיהם. מצעים לא מתכתיים כוללים בעיקר שרף סינטטי, גומי, קרמיקה, גרפיט, פחמן וכן הלאה. חומרי חיזוק כוללים בעיקר סיבי זכוכית, סיבי פחמן, סיבי בורון, סיבי ארמיד, סיבי סיליקון קרביד, סיבי אסבסט, שפם ומתכת.
בין החומרים המרוכבים, החומרים המחוזקים בסיבים הם הנפוצים והנפוצים ביותר. הוא מאופיין במשקל סגולי קטן, חוזק סגולי גדול ומודולוס ספציפי. לדוגמה, לחומרים מרוכבים של סיבי פחמן ושרף אפוקסי יש חוזק ספציפי ומודול ספציפי גדול פי כמה מסגסוגות פלדה ואלומיניום. יש להם גם יציבות כימית מעולה, הפחתת חיכוך, עמידות בפני שחיקה, שימון עצמי, עמידות בחום, עמידות בפני עייפות, ותכונות זחילה, הפחתת רעש, בידוד חשמלי ותכונות אחרות. המרוכב של סיבי גרפיט ושרף יכול להשיג חומר עם מקדם התפשטות תרמית שווה כמעט לאפס. תכונה נוספת של חומרים מחוזקים בסיבים היא אניזוטרופיה, כך שניתן לעצב את סידור הסיבים בהתאם לדרישות החוזק של חלקים שונים של החלק. החומר המרוכב על בסיס אלומיניום מחוזק בסיבי פחמן ובסיבי סיליקון קרביד עדיין יכול לשמור על חוזק ומודולוס מספיקים ב-500 מעלות צלזיוס. סיבי סיליקון קרביד וטיטניום מרוכבים, לא רק משפרים את עמידות החום של טיטניום, אלא גם עמידות בפני שחיקה, וניתן להשתמש בהם בתור להבי מאוורר מנוע. סיבי הסיליקון קרביד מורכבים עם קרמיקה, וטמפרטורת השירות יכולה להגיע ל-1500℃, שהיא הרבה יותר גבוהה מטמפרטורת השירות (1100℃) של להבי טורבינת סגסוגת על. פחמן מחוזק בסיבי פחמן, פחמן מחוזק בסיבי גרפיט או גרפיט מחוזק בסיבי גרפיט מהווים חומר עמיד לאבלציה ושימש בחלליות, רקטות, טילים וכורי אנרגיה אטומית. בשל הצפיפות הנמוכה שלו, חומרים מרוכבים ממטריקס שאינם מתכת יכולים להפחית משקל, להגביר מהירות ולחסוך באנרגיה בשימוש ברכב ובמטוסים. קפיץ עלה מורכב העשוי מתערובת של סיבי פחמן וסיבי זכוכית הוא בעל קשיחות ויכולת נשיאה זהה לקפיץ עלה פלדה הכבד יותר מפי 5.