Kompozit Nedir? Kompozit Malzemeler ve Özellikleri

Kompozit malzemeler; iki veya daha fazla malzemenin, geleneksel malzemelerden daha iyi mühendislik özelliklerine sahip olacak şekilde birleştirilmesiyle oluşturulan malzemelerdir. Bu şekilde oluşturulan malzemelerle birlikte rijitlik, mukavemet, hafiflik, korozyona karşı direnç, termal özellikler, yorulma ömrü ve aşınma direnci gibi mühendislik yapılarındaki birçok önemli özellik geliştirilebilir.

Kompozit malzemeler başta havacılık, inşaat, enerji, ulaştırma, deniz araçları ve spor ürünleri olmak üzere oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir.




Malzemeler genel anlamda polimer, metal ve seramik olarak üç ana temelde gruplandırılırlar. Bu farklı malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinden kaynaklanan farklı üstünlükleri bulunmaktadır. Polimerler, metal ya da seramik malzemelerin tamamının ya da birkaçının üstün özelliklerinin aynı anda tek bir malzemede toplanması amacıyla yapılan birleştirme çalışmaları sonucu ortaya çıkan yeni malzemeye kompozit molarak isimlendirilmektedir.

kompozit

Malzemelerin mekanik ve fiziksel özellikleri; rijitlik, sağlamlık, korozyon dayanımı, tokluk, sertlik, uv dayanımı, ısı iletim kabiliyeti, elektrik iletkenlik kabiliyeti, yorulma, düşük yoğunluk, ısı dayanımı şeklinde sıralanabilir. Bu özelliklerin çoğunun en iyi şartlarının aynı malzemede bulunabilmesi mümkün olmamaktadır. Arzu edilen teknik özelliklere sahip iki ya da daha fazla farklı malzeme yapısının teknolojik karışım, birleşim yöntemleriyle bir araya getirilerek; teknik özelliği beklenen yönde geliştirilmiş yeni bir malzeme oluşturulması kompozit malzeme üretiminin temel hedefidir.

Kompozit Malzemeler Nelerdir?

Bir malzemenin kompozit malzeme olarak adlandırılabilmesi için malzemenin şu özelliklere sahip olması gerekir;

  1. İçyapısındaki bileşenlerin ve kimyasal özelliklerin farklı olduğu en az iki farklı malzemenin birleşimi ile oluşmalıdırlar.
  2. Bu kompozit malzemelerin üç boyutlu bir şekilde birleşmeleri gerekmektedir.
  3. Kompozit oluşturulurken meydana gelen bileşenlerin kompozit özelliğini kazandıktan sonra farklı özellikte bileşikler sağladığını gösterebilmelidir

Kompozit malzemelerin ortaya çıkarılmasında malzeme özelliklerinde;

  • Hafifleştirme çalışmaları,
  • Gerilme dayanımları,
  • Korozyon dayanımı,
  • Termal özelliklerin iyileştirilmesi,
  • Elektrik iletkenliği,
  • Akustik özellikler,
  • Estetik kaygı,
  • Maliyet

gibi iyileştirmeler hedeflenmektedir.

Kompozit malzemeler 2 ayrı bileşenden ortaya çıkmaktadır. Bunlar matris ve matris içinde dağılmış olarak bulunan fiber takviye elemanlarıdır. Matris, gevrek ve kırılgan olan takviye elemanlarını çevresel ve dış etkilere karşı korur ve kompozit malzemenin kopmasını önler, takviye malzemesi ise kompozit malzemenin yük taşıma ve mukavemetini artırır.

Kompozit malzemenin birleştiricisi olan matris malzemeler aşağıdaki görevleri yerine getirmektedir;

  • Fiberlerin bağımsız olarak kompozit yapı içerisinde hareketini engeller ve fiber yapıları bir arada tutar.
  • Kompozit yapıya gelen yükleri fiber takviye elemanlarına aktarmakla görevlidir.
  • Kompozit malzemenin formunu oluşturur,
  • Matris faz, fiberleri sararak çevresel etkilerden korur.

Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanları

Kompozit malzemelerin kullanım alanları kısaca şu şekilde sıralanabilir;

  • Hafiflik ile beraber üstün mekanik özellikleriyle havacılık sektöründe
  • Yüksek dayanıklılık ve hafiflik ile hareket kolaylığının sağalabildiği spor malzemelerinde
  • İnşaat sektörü (Çit, Yürüme Yolları, Bina Balkon Korkuluğu, Taşıyıcı Konstrüksiyon vb. )
  • Yelkenli ve bot gövdelerinde
  • Müzik aletleri (Çello, keman vb.)
  • Otomotiv sektöründe
  • Sağlık sektöründe (Protez, diş)

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Kompozit malzemelerin oluşturulmasında sonsuz sayıda malzeme kombinasyonu oluşturulabilir. Bu da kompozit malzemelerin sınıflandırılmasında kesin bir sınır çizilmesini mümkün kılmamakla birlikte, kompozit malzemeleri, yapılarındaki malzemeler ve yapılarındaki bileşenlerin şekline göre farklı biçimde sınıflandırılabilir.

  • Matris Yapılarına Göre Kompozitler
    • a) Metal Matrisli Kompozitler
    • b) Seramik Matrisli Kompozitler
    • c) Polimer Matrisli Kompozitler
      • 1. Termoplastik Malzemeler
      • 2. Termoset Malzemeler
        • Epoksiler
        • Polyesterler
        • Fenolikler
        • Silikonlar
        • Poliamidler
        • Poliüretanlar
        • Siyanet esterler
      • 3. Elastomer Malzemeler
    • d) Karbon-Karbon Kompozitler
    • e) Nano Kompozitler
  • Takviye Elemanlarına Göre Kompozitler
    • a) Elyaf Takviyeli Kompozitler
    • b) Parçacık Takviyeli Kompozitler
    • c) Tabakalı Kompozitler
    • d) Karma (hibrid) Kompozitler
    • e) Levhasal Kompozitler




Kompozitler heterojen yapılarından dolayı malzemenin her tarafında aynı özellik görülmez. Ayrıca anizotropik davranışa sahip olduklarından fiziksel özellikleri kompozit içindeki bileşenlerin farklı yönlenmesine göre değişir.

Kompozit bir malzemedeki fazlar arasındaki arayüzler
Kompozit bir malzemedeki fazlar arasındaki arayüzler. a) birincil ve ikincil fazlar arasında doğrudan bağlanma, b) birincil fazları bağlamak için üçüncü bir bileşen eklenerek arafaz oluşturulması.

Matris Fazı Nedir?

Matris fazı (ilk faz) süreklidir ve esnektir, takviye elemanlarını aşınma, darbe, korozyon, çeşitli kimyasal ve fiziksel etkilere karşı korur, yapıya rijitlik, şekil vererek bir arada tutar, takviye elemanına yük ve kuvvet aktarımında köprü görevi görür. Matris takviye elemanlarını birbirlerinden izole ederek bir yönü ile bağımsız davranmalarını ve böylece çatlak ilerlemesi gibi hasarların yavaşlamasını ve durmasını sağlar. Seçilen matris malzemesinin özelliklerine bağlı olarak kompozit malzemenin süneklik, darbe direnci, basınç dayanımı gibi özellikleri değiştirilebilir.

Takviye Fazı Nedir?

Takviye fazı; (ikinci faz); genellikle matrise göre daha rijit ve dayanıklıdır. Takviye elemanının temel amacı matris yapıya destek, gelen yükün %70-90 oranında taşımak ve malzeme hacmini arttırmaktır. Matris içinde sürekli veya rastgele düzenlemelerde bulunabilen takviyenin yapı içerisindeki formu, cinsi, oranı, parça içindeki dağılımı ve yönü kompozitin mukavemetini önemli ölçüde etkilemektedir. Kompozit malzemeler kullanılan takviye elemanların şekilleriyle anılırlar.

Arayüz Nedir?

Arayüz, kompozit malzemedeki birincil ve ikincil fazlar arasındaki sınırdır.. Takviye ve matris fazlarının arayüzlerinde fiziksel, kimyasal ve mekanik etkileşimler vardır. Bu yüzden arayüz kimyasallara ve çevre etkisine dirençli olmalıdır. Kompozitin etkin biçimde çalışması için, fazların birleştiği arayüzde iyi bağlanması gerekir. Lifler, matrise uygulanan gerilmeyi arayüz boyunca aktarır ve güçlendirir. Arayüzdeki yapışma, gerilmenin ne kadar etkili transfer edileceğini belirler.

Arafaz Nedir?

Arafaz; (üçüncü bileşen) birincil ve ikincil fazlar arasına eklenen yapıştırıcı bir tabakaya benzer. Matris ve fiber arasında yük transferini sağlarken, yükün verimli şekilde iletilebilmesi için ara faz adezyonunun kuvvetli olması şarttır. Yük altında ara faz bölgesi matristen daha az dayanım gösterirse fiber ve matris ara yüz ayrılması ve delaminasyon hasarları oluşur. Genellikle kırılgan özellik göstermesine rağmen oluşan herhangi bir kuvveti çözülmeye ve kırılmaya uğramadan takviye fazına iletmektedir. Malzemenin elastisite modülünü etkileyen en önemli bölgedir. Ara faz, çekme, uzama, kesme, eğilme, darbe, yorulma, kırılma tokluğu ve hasar mekanizmaları gibi kompozitlerin mekanik özellikleri açısından önemlidir.

Kompozit Malzemelerin Karşılaştırılması

Kompozitlerin mühendislik malzemeleriyle karşılaştırılması
Kompozitlerin mühendislik malzemeleriyle karşılaştırılması




Geleneksel tek parça olarak davranan (monolitik) malzemeler ile kompozit malzemeler arasında karşılaştırma
Geleneksel tek parça olarak davranan (monolitik) malzemeler ile kompozit malzemeler arasında karşılaştırma (Chawla, K. K. (2012). Composite materials: science and engineering)

Kompozit Malzemelerin İmal Edilmesi

Kompozit malzemelerin üretim yöntemleri;

  1. Plazma Püskürtme
  2. Elle yatırma
  3. Hızlı Katılaştırma
  4. Yarı Katı Karıştırma
  5. Toz Metallurjisi
  6. Sıvı Metal Emdirmesi
  7. Sıkıştırmalı veya Sıvı Dövme Döküm
  8. Sıvı Metal Karıştırması
  9. Elyaf Sarma
  10. Reçine Enjeksiyon Kalıplama Tekniği (RTM)
  11. Otoklav İşleme
  12. Vakum İnfüzyon
  13. Basınçlı ve Basınçsız İnfiltrasyon
  14. Difizyon Bağlama ve Vakumda Presleme
  15. Sıcak Presleme ve Sıcak İzostatik Presleme
  16. Prepreg Kalıplama Tekniği

olarak sayılabilir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir