Beste antwoord
Titanium is sterker dan koolstofvezelpolymeercomposiet. Er zijn veel soorten koolstofvezel. Sommige zijn stijf, sommige zijn sterk, andere geleiden de warmte heel goed. Sommige namen zijn T300, IM7, M55J, K13D2U. Als je een van de sterkste vezels (IM7) gebruikt in een volledig unidirectionele lay-out, zou je bijna de sterkte van Titanium 6AL-4V kunnen evenaren, die ongeveer 120.000 PSI (120 KSI) is. Ik kijk nu naar een datasheet van IM7 / epoxy, verkregen door IM7 te googelen. Maar in een unidirectionele lay-up zijn alle vezels in dezelfde richting georiënteerd. Dit is geen geweven product zoals je gewend bent te zien. In dit geval is de andere richting erg zwak, dus uiteindelijk is dit materiaal nog steeds niet zo sterk als Ti. Koolstofvezelcomposieten zijn veel zwakker in compressie dan in spanning, dus je moet uitgaan van de lagere compressiesterkte, wat ik hier deed.
Realiseer je nu dat koolstofvezelcomposiet bijna 1/3 van de dichtheid van Ti is je kunt er dus bijna 3 keer zoveel van gebruiken om een deel van dezelfde deelmassa te krijgen. Het is de sterkte / gewichtsverhouding waar u zich echt zorgen over maakt. Anders is de voor de hand liggende keuze staal. Titanium heeft een legendarische sterkte / gewichtsverhouding en in een meer traditionele vezelopstelling kan IM7 dat evenaren, maar niet overtreffen.
Waar koolstofvezelcomposieten in uitblinken, is helemaal niet sterkte maar stijfheid in verhouding tot het gewicht. Wat interessant is, is dat aluminium en titanium en staal allemaal ongeveer dezelfde stijfheid / gewichtsverhoudingen hebben, maar koolstofvezelcomposiet kan ze ver overtreffen, afhankelijk van de gebruikte vezel en de lay-out. Zelfs voor een niet-georiënteerde lay-up kun je 2–3x de stijfheid tot gewicht krijgen van Ti. Oriënteer de lay-out en je kunt dat opnieuw verdubbelen, of meer.
De fabricagemethoden zijn ook enorm verschillend, zodat ze kunnen bepalen welk product het beste voor een bepaalde situatie wordt gebruikt. Composieten worden als een stof gedrapeerd en gekookt. Ze zijn geweldig voor dunne en gebogen oppervlakken. Ik denk niet dat iemand zou proberen er een sprong van te maken, want daarvoor zijn metalen perfect.
Als je producten vergelijkt, is het het beste om specificaties te vergelijken in plaats van materialen. U kunt niet alle technische beslissingen kennen die in een product zijn gestopt, maar u kunt het gewicht kennen en of ze een reputatie hebben van betrouwbaarheid of niet.
Bewerken om toe te voegen: voor composietconstructies is vaak het zwakke punt is helemaal niet de vezel, maar de verbindingen die typisch met epoxy worden verbonden.
Antwoord
Ik heb maar een klein beetje met composieten gewerkt, maar ik zal je vertellen over wat ik weten. Het nuttigste maar ook moeilijkste aan het gebruik van koolstofvezel is dat het anisotroop is, wat betekent dat de sterkte afhangt van de oriëntatie van de vezels. Koolstofvezel is sterker dan titanium per gewicht, maar alleen als het onderdeel goed is ontworpen voor het doel waarvoor het bedoeld is. De vezels moeten correct georiënteerd zijn voor wat u wilt dat het onderdeel doet. Dit geeft veel controle over hoeveel flex en sterkte het zal hebben in specifieke gebieden, maar het is beslist ingewikkelder. Metalen aan de andere kant zijn isotroop, wat betekent dat hun eigenschappen niet afhankelijk zijn van oriëntatie Hierdoor is het gemakkelijker te voorspellen hoe titanium onder spanning zal reageren dan composieten. Dit betekent dat als je deze dingen ontwerpt, zolang je weet hoe sterk het moet zijn titanium een stuk eenvoudiger zou zijn. Het andere dat titanium heeft op koolstofvezel, is dat koolstofvezel niet erg goed is in impactbelasting, wat betekent dat het waarschijnlijker is dat het breekt als je van plan bent om schokken te ervaren. Ik zou zeggen dat een goed ontworpen carbon onderdeel over het algemeen sterker is (per gewicht), maar in veel opzichten moet wat je probeert te bereiken specifiek worden vergeleken om deze keuze te maken.