KOMPOZİTLER

Kompozit malzemeler, şekil ve kimyasal bileşimleri farklı, birbiri içerisinde pratik olarak çözünmeyen iki veya daha fazla sayıda makro bileşenin kombinasyonundan oluşan malzemelerdir.

İki malzeme orijinal malzemelerden elde edilemeyen bir özellik kombinasyonunu elde etmek için birleştirilerek kompozitler üretilir.

Cam fiber

Kompozit Malzemelerde Yapı Bileşenleri

Kompozit malzemeler metalik, organik veya inorganik esaslı yapı bileşenlerinin kombinasyonundan oluşur.

Fiberler, partiküller, levhalar, tabakalar kompozitin iç yapısını oluşturan bileşenlerdir.

Fiber takviyeli kompozitlerin enine kesitinde arafaz ve arayüzeylerin görünümü

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Kompozit malzemeler yapı bileşenleri ve matris malzemesinin türüne göre iki grupta incelenirler. Yapı bileşenlerine göre:

1.Fiber kompozitler,

2.partikül kompozitler,

3.levha kompozitler,

4.dolgulu (veya kafes) kompozitler ve

5.tabaka yapılı kompozitler

olarak sıralanırlar.

Matris malzemesinin türüne göre ise:

1. Polimerik kompozitler,

2. metalik kompozitler ve

3. seramik kompozitler

şeklinde sıralanırlar.

Fiber (Lifli) Kompozitler

Mühendislikte kullanılan malzemelerin pek çoğu fiber (lif) seklinde üretildiklerinde mukavemet ve rijitlikleri, kütle halindeyken gösterdikleri değerlerin çok üstünde değerler alabilir.

Karbon fiberin mikro yapısı

Değişik tipte fiber kompozitlere örnekler

a. Tek yönlü pekiştirilmiş sürekli fiber kompozit

b. Rastgele yönlenmiş süreksiz fiber kompozit

c. Örgü formunda fiberlerle pekiştirme

Levhalı Kompozitler

Kompozit malzeme terminolojisinde küçük boyutlu, genişlik/kalınlık oranı yüksek olan film veya düz levhasal şekilli partiküller levha; bunların uygun bir matris veya bağlayıcı faz ile oluşturdukları yapılarda levha kompozitler olarak adlandırılır.

Partikül Kompozitler

Partikül kompozitler, bir veya iki boyutlu makroskobik partiküllerin veya sıfır boyutlu olarak kabul edilen çok küçük mikroskobik partiküllerin matris fazı ile oluşturdukları malzemelerdir.

Sermetler: Sermetler, seramik ve metal fazlarının karışımından oluşurlar.

Dipersiyonla Kuvvetlendirilmiş Alaşımlar: Dispersiyonla kuvvetlendirmede prensip sert inert ve refrakter karakterli, birkaç mikron boyutundaki partikülleri sünek bir yapı içerisinde homojen bir şekilde dağıtmaktır.

Sermet ve dispersiyonla kuvvetlendirilmiş alaşımlar arasındaki yapısal farklılık

Dolgu Kompozitleri

Dolgu tipindeki kompozitler, adından da anlaşılacağı gibi, üç boyutlu sürekli bir matris malzemesinin yine üç boyutlu dolgu maddesi ile doldurulması veya emdirilmesi ile oluşan malzemelerdir.

Dolgu tipi kompozitlerde iskelet yapıları

Alüminyum alaşımından petek çekirdeğe alüminyum

yüzeyler yapıştırılarak üretilen petekli katmer panel

Tabaka Yapılı Kompozitler

Tabaka yapılı kompozitler, farklı özelliklere sahip en az iki tabakanın kombinasyonundan oluşurlar.

Plastik (Polimerik) Kompozitler

Plastik malzemeleri güçlendirmek için başlıca üç tür lif kullanılır:

1.cam,

2.aramid (aramid lif, çok kuvvetli bir molekül yapısına sahip aromatik poliamid polimer lifidir) ve

3.karbon.

Güçlendirilmiş Plastiklerde

Kullanılan Karbon Lifleri

Epoksi reçineler gibi karbon lifler kullanılarak güçlendirilmiş reçine matrisli plastikler hafiflik, yüksek dayanım ve yüksek eğilmezlik (esneklik modülü) gibi özellikleri bir arada bulundururlar.

Yaklaşık 6000 kadar karbon lifinden oluşan bir lif tutamının fotoğrafı

Plastik Reçineleri Güçlendirmede

Kullanılan Aramid Lifleri

Aramid lif, aromatik poliamid lif ailesine verilen bir genel addır. 1972'de Du Pont tarafından Kevlar adı altında piyasaya sürülmüş olup, günümüzde Kevlar 29 ve Kevlar 49 ticari cinsleri bulunmaktadır.

Aromatik poliamidin kimyasal birimi

Liflerle Güçlendirilmiş Plastik Kompozit

Malzemelerde Kullanılan Matris Malzemeleri

Liflerle güçlendirilmiş; plastiklerin iki önemli matris plastik reçinesi doymamış; polyester ve epoksi reçineleridir.

Cam Liflerle Güçlendirilmiş Polyester Reçineleri: Cam liflerle güçlendirilmiş plastik malzemelerin dayanımı, büyük çaptaki malzemedeki cam miktarına ve cam liflerin dizilimine bağlıdır.

Yönlenmiş liflere sahip, cam lifli, polyester

reçineli bir kompozit malzemenin kesiti

Karbon Liflerle Güçlendirilmiş Epoksi Reçineleri: Karbon lifli kompozit malzemelerde, karbon lifler dayanım ve kuvveti, taşıyıcı matris ise liflerin dizilimini sağlar ve darbe dayanımına katkıda bulunur.

Tek yönlü ve çok yönlü kompozit katmanları

Beş katlı, iki yönlü karbon lifi-epoksi kompozit malzemenin mikro fotoğrafı

Metal Matris Kompozit Malzemeler (MMKM): Genel olarak, güçlendirme durumuna göre, metal matrisli malzemeler üç ana guruba ayrılır. Bunlar; sürekli lifliler, süreksiz lifliler ve parçacıkla güçlendirilenlerdir.

Sürekli Liflerle Güçlendirilen MMKM’ler: Sürekli lifler, MMKM'lere en yüksek eğilmezlik (çekme modülü) ve dayanımı sağlar. İlk geliştirilen MMKM'ler, bor lifleriyle güçlendirilmiş alüminyum alaşımlarıdır.

a. 12.5 µm çapında bir volfram tel çekirdek etrafındaki 100 µm çapında bor lifçik

b. Bir alüminyum alaşımı-bor kompozit malzemesi kesitinin mikro-fotoğrafı

Parçacıklarla ve Süreksiz Liflerle Güçlendirilmiş MMKM’lar: Bu malzemeler güçlendirilmemiş malzemelere göre daha yüksek dayanım, daha yüksek eğilmezlik ve daha iyi boyutsal kararlılığa sahiptir.

Metal matrisli kompozitleri güçlendirmede kullanılan

silisyum karbür tek kristallerinin mikro fotoğrafları.

Özlifler 3 µm çapında ve 200 µm uzunluğundadır

Seramik Matrisli Karma Malzemeler (SMKM): Son yıllarda geliştirilen seramik kompozit malzemeler güçlendirilmemiş seramik matrisin dayanım ve tokluk gibi mekanik özelliklerini iyileştirmiştir.

Sürekli Liflerle Güçlendirilen SMKM’ler: SMKM'lerde genellikle iki tür lif kullanılmaktadır. Bunlar; silisyum karbür ve alüminyum oksittir.

Süreksiz Liflerle (Özlü) ve Parçacıklarla Güçlendirilen SMKM: Seramik özlifler tek fazlı seramiklerin kırılma tokluğunu önemli ölçüde artırırlar.

Bir seramik matrisli malzemede, köprü oluşturma ve lif

çıkması enerjisinin soğurulması etkisiyle, güçlendirici liflerin

nasıl çatlak ilerlemesini önlediğinin şematik gösterimi