
Chất nền tấm tổng hợp dùng để chỉ vật liệu cơ bản, thường ở dạng tấm, bao gồm hai hoặc nhiều pha vật lý hoặc hóa học riêng biệt được kết hợp để tạo ra vật liệu mới có đặc tính vượt trội so với các thành phần riêng lẻ của nó. Trong bối cảnh công nghiệp tiên tiến, điều này thường liên quan đến việc kết hợp một ma trận dẻo, dẻo (như kim loại hoặc polyme) với pha cứng, gia cố (như hạt gốm hoặc sợi) để đạt được sự cân bằng về độ bền, độ dẻo dai và các đặc tính chức năng cụ thể khác.
Những chất nền này được thiết kế để phục vụ như một nền tảng nền tảng cho quá trình xử lý tiếp theo hoặc là thành phần cấu trúc cốt lõi trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
Thuộc tính phù hợp: Ưu điểm chính là khả năng thiết kế vật liệu với một tập hợp các đặc tính cụ thể không có trong một vật liệu duy nhất. Điều này bao gồm tối ưu hóa cho:
Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao: Đặc biệt là trong vật liệu tổng hợp ma trận polymer hoặc kim loại được gia cố bằng sợi carbon hoặc gốm.
Khả năng chống mài mòn nâng cao: Đạt được bằng cách nhúng các hạt cứng như cacbua vonfram hoặc gốm vào ma trận kim loại.
Cải thiện độ dẫn nhiệt hoặc điện: Bằng cách kết hợp các sợi hoặc hạt dẫn điện.
Sự giãn nở nhiệt có kiểm soát: Quan trọng trong thiết bị điện tử để phù hợp với sự giãn nở của chất bán dẫn.
Đa chức năng: Một tấm composite duy nhất có thể được thiết kế để thực hiện nhiều vai trò, chẳng hạn như cung cấp hỗ trợ kết cấu, chống mài mòn và quản lý nhiệt cùng một lúc.
Tính dị hướng: Các đặc tính có thể được thiết kế theo hướng (dị hướng), chẳng hạn như bền theo một hướng do các sợi thẳng hàng, lý tưởng cho các ứng dụng chịu tải cụ thể.
"Chất nền tấm composite" là một phạm trù rộng. Các loại khóa bao gồm:
Vật liệu tổng hợp ma trận kim loại (MMC): Đế kim loại (ví dụ: nhôm, đồng) được gia cố bằng các hạt gốm (ví dụ: cacbua silic, cacbua boron) hoặc sợi.
Vật liệu tổng hợp ma trận gốm (CMC): Một ma trận gốm (ví dụ: cacbua silic) được gia cố bằng sợi gốm, mang lại độ bền nhiệt độ cao đặc biệt và độ bền đứt gãy so với gốm nguyên khối.
Vật liệu tổng hợp ma trận polymer (PMC): Một loại nhựa polymer (ví dụ: epoxy) được gia cố bằng sợi liên tục (ví dụ: carbon, thủy tinh, aramid). Đây là những tấm "tổng hợp" cổ điển được sử dụng trong hàng không vũ trụ và đồ thể thao.
Vật liệu tổng hợp nhiều lớp: Nhiều lớp vật liệu khác nhau (ví dụ: kim loại, polyme) được liên kết với nhau để tạo ra một tấm có các đặc tính bắt nguồn từ mỗi lớp.
Chất nền tấm composite là nền tảng trong các ngành công nghệ cao:
Bao bì điện tử: Được sử dụng làm chất nền cho chip và mạch bán dẫn. Ví dụ bao gồm:
Đồng liên kết trực tiếp (DBC): Một tấm gốm (như Al₂O₃ hoặc AlN) có đồng liên kết với cả hai mặt, được sử dụng cho mô-đun nguồn.
PCB lõi kim loại: Đế kim loại (như nhôm) với lớp điện môi và lớp mạch, được sử dụng để chiếu sáng đèn LED.
Hàng không vũ trụ & Phòng thủ: Là tấm cấu trúc cho vỏ máy bay, các bộ phận vệ tinh và hệ thống áo giáp, trong đó trọng lượng nhẹ và độ bền cao là rất quan trọng.
Lớp lót chống mài mòn: Tấm MMC chứa cacbua vonfram hoặc các pha cứng khác được sử dụng để lót thiết bị trong khai thác mỏ, nông nghiệp và xử lý vật liệu.
Quản lý nhiệt: Là bộ tản nhiệt hoặc bộ tản nhiệt trong thiết bị điện tử công suất cao, tận dụng vật liệu tổng hợp có tính dẫn nhiệt cao (ví dụ: Al-SiC).
Bảng sau đây tóm tắt các tính năng chính để có cái nhìn tổng quan nhanh:
| tính năng | Mô tả | Lợi thế |
| Khái niệm cốt lõi | Tấm nền được làm bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau. | Cho phép tạo ra các vật liệu có sự kết hợp thuộc tính không thể có đối với một vật liệu đơn lẻ. |
| Nguyên tắc chính | Sức mạnh tổng hợp. Ma trận và cốt thép phối hợp với nhau để tạo ra những đặc tính vượt trội. | Đạt được sự cân bằng tối ưu, ví dụ: độ dẻo dai từ ma trận và độ cứng từ cốt thép. |
| Quân tiếp viện chung | Hạt (Carbide, Ceramic), Sợi (Carbon, Thủy tinh). | Truyền đạt các đặc tính cụ thể như khả năng chống mài mòn hoặc độ bền cao. |
| Ma trận chung | Kim loại (Al, Cu), Polyme (Epoxy), Gốm sứ (SiC). | Cung cấp pha liên tục, mang lại độ dẻo dai và liên kết cốt thép. |
| Trình điều khiển chính | Hiệu suất và chức năng. | Cho phép thiết kế nhẹ, hiệu quả và bền bỉ trong kỹ thuật tiên tiến. |
| Các ngành công nghiệp chủ chốt | Điện tử, Hàng không vũ trụ, Ô tô, Quốc phòng, Sản xuất cao cấp. | Vật liệu tạo điều kiện cho tiến bộ công nghệ trong các lĩnh vực này. |
Tóm lại, một Chất nền tấm composite là vật liệu nền tảng được thiết kế kỹ thuật cao. Nó không phải là một nguyên liệu thô đơn giản mà là một nền tảng phức tạp được thiết kế từ cấp độ nguyên tử trở lên để cung cấp các đặc tính cơ, nhiệt và điện cụ thể, khiến nó không thể thiếu trong các ứng dụng hiệu suất cao hiện đại.