سنگدانه (کامپوزیت)

[بندانگشتی|300px|سایش [بتن، سنگ‌دانه‌های درون آن را آشکار می‌کند.]]

**اَگریگیت** یا **سنگ‌دانهٔ مرکب** به آن بخشی از یک مادهٔ مرکب گفته می‌شود که در برابر تنش‌های فشاری مقاومت کرده و سبب ایجاد حجم، پایداری و استحکام در ماده می‌شود. برای پرشدن بهینهٔ حجم، اندازهٔ ذرات باید به‌مراتب کوچک‌تر از قطعهٔ نهایی باشد، اما وجود توزیع متنوعی از اندازه‌ها ضروری است. اگریگیت‌ها معمولاً برای کاهش مقدار چسباننده‌ها و در عین حال افزایش مقاومت مکانیکی مادهٔ مرکب به آن افزوده می‌شوند.

شن و ریگ به‌عنوان سنگ‌دانهٔ ساختمانی همراه با سیمان برای تولید بتن استفاده می‌شوند و نقش اساسی در افزایش مقاومت مکانیکی بتن دارند.
اگریگیت‌ها در بتن حدود **۶۰ تا ۸۰ درصد** از حجم و **۷۰ تا ۸۵ درصد** از جرم کل را تشکیل می‌دهند.

## مقایسه با کامپوزیت‌های الیافی
«کامپوزیت‌های دانه‌ای» معمولاً نسبت به کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف:
* ساخت آسان‌تری دارند،
* رفتار مکانیکی آن‌ها قابل پیش‌بینی‌تر است،
* وابستگی آن‌ها به جهت‌گیری و پیوستگی الیاف بسیار کمتر است،
* اغلب هزینهٔ تولید پایین‌تری دارند،
* اگریگیت‌های معدنی آن‌ها معمولاً با کمترین فرآوری قابل استفاده‌اند.

تمام مواد مرکب دارای اگریگیت نیستند. ذرات اگریگیت معمولاً نسبت ابعادی نزدیک به یک دارند، بنابراین کامپوزیت‌های دانه‌ای به اندازهٔ کامپوزیت‌های الیافی «هم‌افزایی» مکانیکی ایجاد نمی‌کنند. اگر ذرات مقاوم باشند اما ماتریس ضعیف باشد، ماده در کشش عملکرد ضعیفی خواهد داشت. در مقابل، الیاف پیوسته حتی با ماتریس‌های ضعیف نیز می‌توانند مقاوم باقی بمانند.

بسیاری از مرکبات با ذراتی تولید می‌شوند که نسبت ابعادی میان الیاف و ذرات کروی دارند؛ نمونهٔ رایج آن، «الیاف خردشده» است. ذرات بیضوی یا صفحه‌ای نیز گاهی برای ایجاد خواص ویژه به کار می‌روند.

## ویژگی‌ها
در حالت ایده‌آل، یک قطعهٔ نهایی باید تا حد ممکن از اگریگیت تشکیل شده باشد؛ زیرا خواصی مانند مقاومت، چگالی کم، قیمت پایین یا ثابت دی‌الکتریک بالا معمولاً در خود ذره وجود دارد.
اما اگریگیت:
* مانند یک مایع نمی‌تواند جریان یابد و فضا را پر کند،
* میان ذرات اتصال کافی ایجاد نمی‌شود.

از این رو وجود ماتریس ضروری است.

### اندازهٔ ذرات (Particle size)
مدل‌های ریاضی و آزمایش‌ها نشان می‌دهند که اگر ابتدا فضا با ذرات درشت پر شود و سپس فضای میان آن‌ها با ذرات کوچک‌تر و کوچک‌تر پر گردد، تراکم و کارایی افزایش می‌یابد؛ بنابراین، **توزیع اندازهٔ ذرات** در انتخاب اگریگیت یک عامل کلیدی است.
* اندازهٔ بیشینه به میزان روانی موردنیاز قبل از گیرش بستگی دارد (مثل بتن فرش که می‌تواند دانهٔ درشت داشته باشد، درحالی‌که ملات کاشی باید بسیار ریز باشد).
* حداقل اندازهٔ ذرات به رفتار ماتریس بستگی دارد (مانند حذف خاک رس از بتن به دلیل اختلال در چسبندگی).

این موضوع در سرامیک‌ها و پودر فلزکاری نیز اهمیت بالایی دارد.

### کامپوزیت‌های چقرمه‌شده
چقرمگی حاصل توازن میان استحکام و شکل‌پذیری است. در بسیاری از کامپوزیت‌ها، یکی از این دو ویژگی در اگریگیت و دیگری در ماتریس وجود دارد.

نمونه‌های رایج:
* آسفالت (ماتریس آلی + اگریگیت سنگی)
* پلاستیک‌های پرشده مانند نایلون تقویت‌شده با پودر شیشه
* کامپوزیت‌های زمینه فلزی

اگر نسبت اجزای سخت و نرم درست تنظیم نشود، ماده ممکن است بیش از حد شکننده یا بیش از حد ضعیف شود.

### نانوکامپوزیت‌ها
خواص مواد در مقیاس نانو تغییرات شدیدی پیدا می‌کند. اگر این تغییرات مطلوب باشند، اندازهٔ اگریگیت باید در محدودهٔ مشخصی باشد تا عملکرد مناسب ایجاد شود. در نتیجه، حداقل مقدار ماتریس تعیین می‌شود.

چنانچه ذرات نانو قابلیت جهت‌گیری کنترل‌شده نداشته باشند، رفتار قطعهٔ نهایی تا حد زیادی شبیه کامپوزیت‌های دانه‌ای خواهد بود.

برخی مواد نانوساختار که با روش‌های معمول قابل تولیدند:
* الکتروریسی (Electrospinning)
* پایرولیز اسپری (Spray pyrolysis)

یکی از مهم‌ترین اگریگیت‌های تولیدشده با این روش، **ریزکره‌های شیشه‌ای** (glass microspheres) هستند که پوسته‌ای چند ده نانومتری داشته و قطری حدود یک میکرومتر دارند. استفاده از آن‌ها در ماتریس پلیمری، **فوم سنتاکتیک** تولید می‌کند که نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی دارد.

### انواع اصلی نانو–اگریگیت‌ها
**۱. اگریگیت‌های طبیعی**
سرامیک‌های لایه‌لایه و مواد کریستالی جهت‌دار که قابلیت لایه‌لایه شدن دارند.
نمونه‌ها:
* نانورس‌های لایه‌ای مورد استفاده در مواد ترموپلاستیک خودرو
* کامپوزیت‌های الیافی قدیمی مانند اسبستوس + سیمان پرتلند یا لینوئوم

**۲. تشکیل اگریگیت درجا**
در برخی میکروکامپوزیت‌ها، اگریگیت خودبه‌خود و بر اثر فرایند جدایش تشکیل می‌شود.
مثال مشهور:
* پلی‌استایرن مقاوم به ضربه (HIPS)
* وجود دو فاز نامحلول پلیمری
* نقش کوپلیمر شاخه‌ای که در مرز دو فاز پایدار می‌شود و شکل ذرات را کنترل می‌کند

در پراکندگی‌سخت‌سازی و سرامیک‌های شیشه‌ای نیز از این سازوکار بهره گرفته می‌شود.

## منابع

رده:بتن
رده:دانه‌بندی مواد
رده:کامپوزیت‌ها