Monimateriaalien

Monimateriaalien käsite kattaa materiaalit, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta erilaisesta aineesta, joilla on omat ominaisuutensa ja jotka yhdistetään tarkoituksellisesti paremman kokonaisominaisuuden saavuttamiseksi. Tällaiset järjestelmät voivat säilyttää erilliset komponenttinsa tai muodostaa uuden, rajapintojen hallintaan perustuvan kokonaisuuden.

Tyypillisiä muotoja ovat laminaatit eli kerrokselliset rakenteet sekä epäjatkuvat, mutta keskenään sitoutuneet koostumukset kuten komposiitit. Esimerkkejä: hiilikuituvahvisteiset polymeerikomposiitit (CFRP) sekä lasikuituvahvisteiset polymeerikomposiitit; metallikomposiitit, kuten alumiini–SiC- tai magnesium–SiC-järjestelmät; sekä toiminnallisesti graduaalisti vaihtelevat materiaalit (FGMs).

Käyttökohteita ovat ilmailu ja auto- sekä rakennusteollisuus sekä elektroniikka ja energiateknologia, joissa keveys, kestävyys, iskunkestävyys ja lämpöjohtavuus ovat keskeisiä ominaisuuksia. Valmistusmenetelmiä ovat laminaatio ja liittäminen, sekä edistyneimmissä tapauksissa hitsaus, difuusio- sekä additiivinen valmistus, joka mahdollistaa useamman materiaalin samassa osassa.

Haasteita ovat rajapintojen lujuuden ja kestävyyden varmistaminen, erilaiset lämpötilavaihtelut, kierrätys sekä elinkaarikustannukset, sekä valmistuksen monimutkaisuus. Monimateriaalien tutkimus keskittyy sekä suorituskyvyn optimointiin että kestävän ja kierrätettävän rakenteen kehittämiseen.