Kompozit Nedir? Kompozit Malzemelerin Özellikleri ve Kullanım Alanları
Gelişmelerden haberdar olmak için bizi Google Haberler'den takip edin!
Teknolojik gelişmenin malzeme bilimi alanındaki gelişmelere bağlı olduğu bir gerçektir. Endüstriyel taleplerin hazırda kullanılan malzemelerin servis yüklerinin ve koşullarının karşılanabilmesi veya daha ileriye geliştirilebilmesi için malzemelerin termal, mekanik, kimyasal dirençlerinin arttırılması hedeflenmektedir. Bu hedefleri hayatımızda en çok kompozit malzemeler karşılayabilmişlerdir. Bu içeriğimizde de sizlere kompozit malzemeler ile ilgili bilmeniz gerekenleri derledik.
Kompozit Nedir?
Kompozit kelimesi kökeni Fransızcadan gelmektedir. composite kelimesinin anlamı çesitli, karma, farklı türleri bir araya getirme anlamlarına gelmektedir. Bin yıllardır kullanılan bu malzemeler esasında Antik çağlardan beri insanlığın üzerinde çalıştığı malzemelerdir. Köy evlerinde sıklıkla rastladığımız kerpiç evler bilindik en yaygın örneğidir. Çamura karıştırılan samanlar bu evleri dayanıklı hale getirmiştir. Günümüz inşaat yapılarında beton tek başına evin sağlam olmasını sağlayamıyor. Ayrıca çelik konstrüksiyon vb. yapılar ile daha dayanıklı yapıların inşa edilmesine olanak sağlıyor.
Bu şekilde farklı özellikte olan seramik, metal ve polimerlerin en az ikisinin bir araya gelerek makro ölçeklerde oluşturduğu bu kompleks yapılara da kompozit malzeme denir.
Kompozitin Kısa Tarihi
M.Ö. 3400 yıllarında Mezopotamyalılar ahşap parçaları üst üste farklı açılarda yapıştırırlardı. M.Ö 2200 civarında Mısırlılar ketenleri alçıya batırırlar veya papirüsten ölüm maskeleri yapmaya başlamışlar daha sonra her iki toplumda yemeklerini pişirmek için veya saklamak için çömlek ve barınmak için kerpiçlerden faydalanmışlardır.
Milattan sonra savaş gereçleri yapımında özellikle Moğolların çam reçinesi ile ahşap, bambu, hayvan kemikleri, boynuzlardan kompozit ok ve yaylar yapmış esnek ve menzili yüksek oklar yapabilmişlerdir.
1900’lü yıllar kompozitler için inanılmaz derecede önemli bir zaman oldu. Cam elyaf, ilk elyaf takviyeli polimer (FRP) endüstrisini de başlatan Owens Corning tarafından keşfedildi. Ayrıca bu dönemlerde tasarlanan reçineler kompozitlerde hâlâ kullanılmaktadır.
İlk karbon fiber kompozitin 1961’de patenti alındı ve daha sonra ticari olarak temin edilebilir hale geldi. 1990’ların ortalarında, daha önce kullanılan malzemelere kıyasla nispeten ucuz maliyetleri ve yüksek dayanımları nedeniyle kompozitler, sanayide daha yaygın hâle gelmeye başladı.
2000’li yıllarda Boeing 787 Dreamliner’daki kompozitler, yüksek mukavemetli uygulamalar için kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle havacılık ve uzay alanındaki yüksek sıcaklıkta mukavemet direnci yüksek malzeme gereksinimi için günümüz ve gelecek çalışmalarda büyük yer kaplamaktadır.
Kompozitlerin Avantajları
Kompozitlerin kullanılmasının bir çok avantajı vardır.
- Yüksek dayanım,
- Isıya dayanıklılık,
- Yanmazlık özelliği,
- Dielektrik direnci,
- Boyutsal kararlılık,
- Tasarım çeşitliliği,
- Metallere göre düşük maliyet,
- Hafiflik,
- Korozyona dayanıklılık,
- Oksidasyon direnci,
- Kimyasal direnci
- Çevre dostu olmaları
Kompozitlerin Dezavantajları
Kompozit malzemelerin dezavantajları ise nispeten yüksek ham madde maliyetleri, genellikle yüksek imalat ve montaj maliyetleri ve özellikle onarımlarının metallerden çok daha zor olmasıdır. Kompozitler onarılmadan önce tüm kirleticilerden iyi şekilde temizlenmelidir. Ayrıca onarım öncesinde kurutulmalıdırlar. Çünkü reçine matrisleri veya bazı lifler nemi emebilir.
Kompozit yapılar genellikle dövme metallerden daha kırılgandırlar. Bu nedenle daha kolay hasara uğrarlar.
Kompozit Malzemelerin Yapısı
Kompozitlerin büyük bölümü iki fazdan oluşur. Matris adı verilen ana bileşen yani birinci faz ve takviye elemanı adı verilen kompozite dayanım, rijitlik ve bazı mekanik dayanımlarını sağlayan başka bir bileşenden oluşur.
Matris elemanı ise parçaya asıl şeklini verir. Takviye elemanlarını dış etkilere karşı korur. Tokluk gibi bazı özelliklere fayda sağlar.
Kompozitlerin Sınıflandırılması
Takviye Elemanına Göre
- Fiber Takviyesi
- Partikül Takviyesi
- Dolgu Takviyesi
- Tabaka Takviyesi
Matris Malzemesine Göre
- Metal Matrisli Kompozitler
- Seramik Matrisli Kompozitler
- Polimer Matrisli Kompozitler
Takviye Elemanına Göre Kompozitler
Fiber Takviyesi
Fiber takviyeli kompozitler, kompozit malzeme camiasının en yaygın türüdür. Sürekli ve yönlenmiş elyaflar veya süreksiz ve rastgele yönlenmiş elyaf türleri vardır. Akademik çalışmalarda fiber yani elyaf olarak en çok kullanılan camdır. Elyafların matris içerisindeki pozisyonları ve büyüklükleri kompozit malzemenin özelliklerini etkilemektedir.
Partikül Takviyesi
Rastgele bir şekilde matris içine konumlanan parçacıklar sayesinde oluşan kompozitlerdir. Yüksek dayanım isteniyor ise parçacıkların boyutlarının birbirine yakın boyutlarda olması önemli bir husustur.
Dolgu Takviyesi
3 boyutlu dolgu takviyesinin matris içine yerleştirilmesi ile oluşturulan kompozitlerdir. Malzeme tercihinde birbirini çözmeyen veya tepkimeye girmeyen malzemelerden olmasına önem verilmektedir.
Tabaka Takviyesi
Fiberlerin oluşturduğu plakaların aynı yönde veya farklı yönlerde üst üste bir araya getirildiği kompozitlerdir.
Matris Malzemesine Göre
Metal Matrisli Kompozitler
Matris malzemesinin alüminyum, titanyum, magnezyum vb. metallerin olduğu kompozitlerdir. Yüksek sıcaklıklarda kullanılabilirler. Havacılık endüstrisinde sıklıkla tercih edilen kompozit malzemelerdir.
Seramik Matrisli Kompozitler
Matris malzemesi seramik olduğu için gevrek yapıya sahiptirler. Aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda dayanımları iyidir. Savunma sanayinde zırhlar tipik kullanım örneklerindendir.
Polimer Matrisli Kompozitler
Polimerlerin düşük maliyetleri, işlenme kabiliyetleri matris malzemesini oluşturduğu bu kompozit yapılara karakteristik özellikler katmaktadır.
Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanları
Denizcilikte teknelerin gövdeleri, raylı sistemlerde tren hızının artması motor gücünün yanında hafif olan kompozitlerin kullanılmaya başlamasından dolayıdır. Rüzgar türbinlerinde ve uçak gövdelerinde çok önemli kullanım oranı vardır. Savunma sanayinde zırh ve kasklarda kullanılır. Bunun yanı sıra otomotiv ve inşaat sektörlerinde kullanımları vardır.
Küresel ölçekte her geçen yıl endüstride kullanımı giderek artan kompozit malzemeler, ilerleyen süreçlerde hayatımızın hemen hemen her alanında kullanılmaya aday bir malzemedir.
