
พื้นผิวแผ่นคอมโพสิตหมายถึงวัสดุฐาน โดยทั่วไปจะอยู่ในรูปแบบแผ่น ที่ประกอบด้วยขั้นตอนทางกายภาพหรือเคมีที่แตกต่างกันสองขั้นตอนขึ้นไปรวมกันเพื่อสร้างวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับส่วนประกอบแต่ละชิ้น ในบริบททางอุตสาหกรรมขั้นสูง สิ่งนี้มักจะเกี่ยวข้องกับการรวมเมทริกซ์ที่เหนียวและเหนียว (เช่น โลหะหรือโพลีเมอร์) เข้ากับเฟสที่แข็งและเสริมแรง (เช่น อนุภาคเซรามิกหรือเส้นใย) เพื่อให้เกิดความสมดุลของความแข็งแรง ความเหนียว และคุณสมบัติการทำงานเฉพาะอื่น ๆ
วัสดุพิมพ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อใช้เป็นแพลตฟอร์มพื้นฐานสำหรับการประมวลผลเพิ่มเติม หรือเป็นส่วนประกอบโครงสร้างหลักในการใช้งานที่มีความต้องการสูง
คุณสมบัติที่ปรับให้เหมาะสม: ข้อได้เปรียบหลักคือความสามารถในการออกแบบวัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะที่ไม่พบในวัสดุชนิดเดียว ซึ่งรวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับ:
อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง: โดยเฉพาะในวัสดุผสมโพลีเมอร์หรือเมทริกซ์โลหะที่เสริมด้วยเส้นใยคาร์บอนหรือเซรามิก
ความต้านทานการสึกหรอที่เพิ่มขึ้น: ทำได้โดยการฝังอนุภาคแข็ง เช่น ทังสเตนคาร์ไบด์หรือเซรามิก ลงในเมทริกซ์โลหะ
การนำความร้อนหรือไฟฟ้าที่ดีขึ้น: โดยการผสมผสานเส้นใยหรืออนุภาคที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
การขยายตัวทางความร้อนที่ควบคุม: มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้ตรงกับการขยายตัวของเซมิคอนดักเตอร์
ใช้งานได้หลากหลาย: แผ่นคอมโพสิตแผ่นเดียวสามารถออกแบบให้ทำงานได้หลายบทบาท เช่น การรองรับโครงสร้าง ความต้านทานการสึกหรอ และการจัดการความร้อนไปพร้อมๆ กัน
แอนไอโซโทรปี: คุณสมบัติสามารถออกแบบให้เป็นทิศทางได้ (แอนไอโซโทรปิก) เช่น มีความแข็งแกร่งในทิศทางเดียวเนื่องจากเส้นใยเรียงตัวกัน ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่รับน้ำหนักเฉพาะ
"วัสดุพิมพ์แผ่นคอมโพสิต" เป็นหมวดหมู่กว้างๆ ประเภทที่สำคัญ ได้แก่ :
โลหะเมทริกซ์คอมโพสิต (MMC): ฐานโลหะ (เช่น อลูมิเนียม ทองแดง) เสริมด้วยอนุภาคเซรามิก (เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ โบรอนคาร์ไบด์) หรือเส้นใย
เซรามิกเมทริกซ์คอมโพสิต (CMC): เมทริกซ์เซรามิก (เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์) เสริมด้วยเส้นใยเซรามิก ให้ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงเป็นพิเศษและความเหนียวแตกหักเมื่อเปรียบเทียบกับเซรามิกเสาหิน
โพลีเมอร์เมทริกซ์คอมโพสิต (PMC): เรซินโพลีเมอร์ (เช่น อีพอกซี) เสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่อง (เช่น คาร์บอน แก้ว อะรามิด) แผ่นเหล่านี้เป็นแผ่น "คอมโพสิต" แบบคลาสสิกที่ใช้ในการบินและอวกาศและอุปกรณ์กีฬา
คอมโพสิตเคลือบ: วัสดุที่แตกต่างกันหลายชั้น (เช่น โลหะ โพลีเมอร์) ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างแผ่นที่มีคุณสมบัติที่ได้มาจากแต่ละชั้น
พื้นผิวแผ่นคอมโพสิตเป็นรากฐานในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูง:
บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์: ใช้เป็นพื้นผิวสำหรับชิปและวงจรเซมิคอนดักเตอร์ ตัวอย่างได้แก่:
ทองแดงประสานโดยตรง (DBC): แผ่นเซรามิก (เช่น Al₂O₃ หรือ AlN) ที่มีทองแดงเชื่อมติดทั้งสองด้าน ใช้สำหรับโมดูลพลังงาน
PCB แกนโลหะ: ฐานโลหะ (เช่น อะลูมิเนียม) ที่มีชั้นไดอิเล็กทริกและชั้นวงจร ใช้สำหรับไฟ LED
การบินและอวกาศและการป้องกัน: เป็นแผงโครงสร้างสำหรับสกินเครื่องบิน ส่วนประกอบดาวเทียม และระบบเกราะ ซึ่งน้ำหนักเบาและมีความแข็งแกร่งสูงเป็นสิ่งสำคัญ
แผ่นซับที่ทนทานต่อการสึกหรอ: แผ่น MMC ที่ประกอบด้วยทังสเตนคาร์ไบด์หรือเฟสแข็งอื่นๆ ถูกนำมาใช้เพื่อจัดเรียงอุปกรณ์ในการทำเหมือง เกษตรกรรม และการขนถ่ายวัสดุ
การจัดการระบายความร้อน: ในฐานะที่เป็นตัวระบายความร้อนหรือตัวกระจายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง โดยใช้ประโยชน์จากคอมโพสิตที่มีค่าการนำความร้อนสูง (เช่น Al-SiC)
ตารางต่อไปนี้สรุปคุณสมบัติหลักเพื่อให้เห็นภาพรวมโดยย่อ:
| คุณสมบัติ | คำอธิบาย | ข้อได้เปรียบ |
| แนวคิดหลัก | แผ่นฐานที่เกิดจากการรวมวัสดุตั้งแต่ 2 ชิ้นขึ้นไปเข้าด้วยกัน | ช่วยให้สามารถสร้างวัสดุที่มีการผสมผสานคุณสมบัติซึ่งเป็นไปไม่ได้สำหรับวัสดุชนิดเดียว |
| หลักการสำคัญ | การทำงานร่วมกัน เมทริกซ์และการเสริมแรงทำงานร่วมกันเพื่อสร้างคุณสมบัติที่เหนือกว่า | บรรลุความสมดุลที่เหมาะสม เช่น ความเหนียวจากเมทริกซ์และความแข็งจากการเสริมแรง |
| กำลังเสริมทั่วไป | อนุภาค (คาร์ไบด์ เซรามิค) เส้นใย (คาร์บอน แก้ว) | ให้คุณสมบัติเฉพาะ เช่น ความต้านทานการสึกหรอหรือความแข็งแรงสูง |
| เมทริกซ์ทั่วไป | โลหะ (Al, Cu), โพลีเมอร์ (อีพอกซี), เซรามิก (SiC) | ให้ระยะต่อเนื่อง ให้ความเหนียว และยึดเกาะเสริม |
| ไดร์เวอร์หลัก | ประสิทธิภาพและฟังก์ชันการทำงาน | ช่วยให้มีน้ำหนักเบา มีประสิทธิภาพ และทนทานในการออกแบบทางวิศวกรรมขั้นสูง |
| อุตสาหกรรมที่สำคัญ | อิเล็กทรอนิกส์ การบินและอวกาศ ยานยนต์ การป้องกัน การผลิตระดับไฮเอนด์ | วัสดุที่ทำให้เกิดความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในภาคส่วนเหล่านี้ |
โดยสรุป ก พื้นผิวแผ่นคอมโพสิต เป็นวัสดุรองพื้นที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมขั้นสูง ไม่ใช่วัตถุดิบธรรมดา แต่เป็นแพลตฟอร์มที่ซับซ้อนซึ่งออกแบบตั้งแต่ระดับอะตอมขึ้นไปเพื่อให้มีคุณสมบัติทางกล ความร้อน และไฟฟ้าโดยเฉพาะ ทำให้ขาดไม่ได้สำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่