電機械部品における材料イノベーションの重要性

電動メカニカルコンポーネントは、現代の技術のバックボーンを形成し、モーションを有効にします, 感知, そして、医療機器や消費者電子機器に及ぶアプリケーションで作用する. 銅などの伝統的な材料, 鋼, アルミ, そして、標準エンジニアリングプラスチックは、これらの機能が確実に10年間にわたって提供してきました. しかしながら, 性能要求は、エスカレートを要求します, より高速な作動サイクル, 極端な温度, 腐食環境, および拡張機能が、従来の熱膨張率を低減するだけでなく、, より多くのエネルギーの低減や衝撃性能は、より多くのエネルギーを低減します. 従来の電気機器の低減や耐衝撃性は、より小さい性能を低減します.

原料および利点を新興

グラフェンとカーボンナノチューブ

グラフェンは、六角形の格子で配置された炭素の単一の原子層である。非特異な機械的、電気的、熱的特性に対する強い関心を引き寄せています。 鋼の100回以上は、まだ1つの厚い原子のみで、グラフェンは、ナノコンポジットフィラーとして分散するとき、ポリマー、金属、およびセラミックスを強化することができます。 電気機械的用途では、グラフェンは、電気伝導率の抵抗を直接、500トンの抵抗を低減する、電気器具や電気器具の耐衝撃性を低減します。

形状記憶合金(SMA)

形状記憶合金、特にニッケルチタン(NiTiまたはNitinol)は、変形温度を加熱する際に大きな株(~8%)を回復できます。このユニークな行動は、疲労なしで数百万のサイクルに耐える必要があるアクチュエータにとって理想的です。SMAは、すでにマイクロアクチュエータ、適応翼面、および振動ダンパー向けにデプロイされています。最近の研究では、重度のプラスチック変形を介して最適化されたNiTi合金を生産し、車両の故障を低減し、車両の回転速度を低減するなど、さまざまな種類の欠陥を低減します。

高度なセラミックとセラミックマトリックスコンポジット

アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、シリコン窒化物(Si3N4)などのセラミックスは、優れた硬度、耐摩耗性、および化学的不活性を提供しますが、その脆性は、ダイナミックコンポーネントで歴史的に限られた使用を持っています。 セラミックマトリックス複合材料(CMC)は、セラミックマトリックスの埋め込み、セラミック繊維(例えば、炭化ケイ素)、耐衝撃性金属材料を組み立て、高温の絶縁体を保ちながら、電気の抵抗を低減することを可能にします。 粘度は、高温および高温の抵抗膜の強度を低下させることができる。

自己治癒ポリマーおよびコーティング

自己治癒材料は、微小な分解による生物系システムを模倣し、それによってコンポーネントの寿命を延ばします。2つの主なアプローチは使用されます:カプセル化された治癒代理店(例えば、ジクロペンタジエンおよびルテニウム触媒を含むマイクロカプセル)および可逆性溶着(例えば、Diels-Alderの反作用)による過激な治癒は、自己硬化の自己の強さを、自己硬化させるか、または自己硬化性を低下させるか、または自己硬化性を抑制する。これらの導電性は、自己硬化性、自己硬化性、自己硬化性、自己硬化性、自己硬化性、自己硬化性、自己硬化性、および再発熱硬化性、および再発熱硬化性、および再発熱硬化性、および再発熱硬化性、および抗力、および抗力、および抗力、および抗力、および抗力、および抗力、および抗力、および抗力、および抗力、および抗力、自己硬化性、および抗力、および抗力、および抗力、自己硬化性、自己硬化性、および抗力、および抗炎症性、および抗炎症性、および抗炎症性、

先端金属合金(鋼・銅)

メタリカル・イノベーションは、境界線をプッシュし続けます。高エントロピー合金(HEAs)は、近方比で5以上の主要要素で構成され、優れた強度延伸性の組み合わせを展示しています。例えば、CoCrFeNiMn HEAは、107サイクル後に200 MPaを超える疲労限界、腐食性媒体の従来のベアリング鋼の外出量を示しています。銅線合金は、接触のための金規格を維持しますが、耐摩耗性は、粘着剤(Cuiser)や耐衝撃性(Cuiser)などの耐衝撃性を低減します。

新興材料の比較特性

特定の電気機械的用途に適した材料を選択するには、複数の特性をバランス良くする必要があります。 従来のベンチマーク(鋼、銅、標準プラスチック)に相対的に議論された材料の重要な特性を要約する下の表。

  • グラフェン/CNT複合材:[超高強度・高強度・高強度・高熱伝導性・高コスト(単層グラフェン用〜100〜500g)・分散課題
  • 形状記憶合金:[]]] 制御熱サイクル下での大型回復可能な株、高疲労抵抗; 熱ラグによる限られた作動速度、および比較的高価(NiTiの〜500 / kg)。
  • セラミックマトリックス複合材:[ 極端硬度、高温安定性(1200°C +)、低熱膨張; 引張荷重下で脆性、機械に困難。
  • 自己治癒ポリマー:[自動亀裂修理、メンテナンスの低減; 現在、限られた治癒サイクル(10〜100)、エンジニアリングプラスチックよりも機械的強度が低下します。
  • 高エントロピー合金:[優れた腐食性と疲労抵抗、調整可能な特性;複雑な処理、まれな要素(Co、Ni、Cr)による依然高価。
  • 金属マトリックス複合体(Al-SiC):[]]高剛性〜重量、良好な熱管理。参加が困難で、亜鉛めっきに敏感。

素材の採用課題

有望な実験室の結果にもかかわらず、これらの新興材料の広範に産業採用はいくつかのハードルに直面しています。 コストは、主要な障壁を残します。高純度のグラフェンの生産はエネルギー集中力であり、SMAは精密な組成制御を必要とします。 グラファイトのための化学蒸気堆積、HEAのための粉末冶金学、およびCMCのための連続繊維巻上げは、負の材料とコストパリティを達成する必要があります。 既存の生産ラインへの統合は、従来の露光器に影響を与えるだけでなく、さまざまな種類の材料を交換することができない。 露光器は、さまざまな材料の効率性を要求します。 従来の試験は、従来の試験は、従来の試験に比べ、従来の試験に比べ、異なる材料の試験に使用されます。

マテリアルエンジニアリングの未来の方向性

次の10年は、材料の採用を加速するいくつかの技術動向の収束が見える可能性が高い。 添加剤製造(3Dプリンティング)は、例えば、鋼のコアから軸受ジャーナルのセラミック表面に移行するモーターシャフト、グレードのプロパティを持つ多材料コンポーネントの製作を可能にします。 AI主導の材料の検出プラットフォームは、排気実験なしで最適なSMAまたはHEAを識別することを可能にします。 電子機器の試験は、マイクロチップおよび複合材料の検出回路を、マイクロチップの複合材料の検出回路を、または複合材料の検出回路を、または複合材料の検出する場合には、マイクロチップの複合材料の検出回路を、または非磁性材料の検出する。

コンテンツ

原子thinのグラフェンおよび自己治癒ポリマーからの高エントロピーの合金およびスマートな形の記憶金属に---の明白な道は電気機械の部品の劇的に高められた耐久性を増加させました。根本的に疲労の抵抗、熱管理を改善することによって、耐久性および環境の安定性は、これらの材料より長いサービス間隔、より大きい電力密度を可能にし、そして以前に不可能な条件の操作をします。費用、拡張性および統合のパージストに関連した問題は、これらのプロダクトおよび性能を点検するプロダクトを前もって調整し、そして証明されたプロダクトを点検します。