Kompozitlerin Kullanım Amaçları

Yaygın olarak kullanılmakta olan çok farklı malzemeler mevcut bulunmakta olup bunlar genelde:

- Metaller - Plastikler - Seramikler

olmak üzere 3 gruba ayrılırlar. Bunların birbirlerine göre zayıf ve üstün yanları vardır. Bu malzemelerin kullanım alanları dikkate alındığında bir malzemede aranan özelliklerin en önemlileri;

- Akma dayanımı,

- Rijitlik (Elastik modülü),

- Kırılma tokluğu (çatlak yayılmasına karşı dayanma direnci) - Yoğunluk (birim hacim kütlesi),

33 Metaller; makine ve metalurji mühendisliği alanında yaygın olarak tercih edilen bir malzemedir. Alaşımlarının dayanma gücü ve sertlikleri arttırılarak, kolaylıkla dökülerek veya plastik deformasyon oluşturarak şekillenerek, karmaşık montajlarda kaynak, vida ile birleştirmeye elverişlidirler.

Plastikler; yoğunluğu düşük ve karmaşık şekiller üretmek çok kolaydır. Fakat termal dayanımları düşük ve çevresel etkilere karşı kullanımı tehlikeli olup düşük mekanik özelliklere sahiptirler.

Seramikler; düşük yoğunluklu, çok dayanıklı ve sert olmalarına rağmen aşırı gevrektirler. Termal ve kimyasal etkilere karşı dirençlidirler. Ancak yüksek erime sıcaklıkları ve sertlikleri işlenmelerini zorlaştırır ve yalıtkandırlar. Kırılgan oluşları bunları potansiyel olarak güvensiz yaparlar.

Gelişen teknoloji ile yeni malzeme arayışına girilmiş ve kompozit malzemeler 4. Malzeme grubunu temsil eder olmuştur. Uçak ve uzay sanayinde geniş kullanım alanları bulmuş, mukavemeti yüksek, elastik ve hafiftirler.

Makine tasarımında kesin olarak düşünülmesi gereken pek çok faktör vardır. Özgül (spesifik) modülü değişik türdeki malzemelerin karşılaştırılmasına müsaade ettiğinden tasarımcı için çok faydalıdır. Elbette malzemenin üretim maliyetinin de dikkate alınması gereken diğer bir etkendir. Örneğin, büyük yapılar için beton ve çeliğin yerine karbon elyaf takviyeli kompozitler kullanılmasında maliyet dikkate alınacaktır. Fakat tenis raketleri ve uçak çerçevesi vb kritik parçalar gibi karmaşık ürünlerde karbon elyaf takviyeli kompozitlerin metallerin yanında yer almış olabilir. Asıl sorun, yoğunluğun nasıl azaltılacağı, yapısal malzemelerde yine çok yüksek dayanım elde etmek ve böylece de mümkün olan en yüksek özgül dayanımı elde etmektir. Doğal malzemelerden genellikle hücreli yapı şekilli olarak tahta ve kemiği görmekteyiz. Şimdiye kadar tahta veya kemikle eşleşecek hücresel her hangi bir malzeme üretimi gerçekleştirilmemiştir. Hücreli malzemelerin çok yüksek özgül modülü ve dayanımlara sahip olmaları bunların muhtemelen ağırlığı azaltarak enerji maliyetini düşürme ihtiyacı olan yerlerde, özellikle ulaşım endüstrisinde birçok uygulama alanları bulabilecektir [49].

34 2.4.3 Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

2.4.3.1 Takviye Türüne Göre Kompozit Malzemeler:

Buraya kadar sözü edilen ve açıklanan hususlar dikkate alınarak, kompozit malzemeyi takviye türüne göre dört alt gruba toplamak mümkündür:

-Taneciklerle Güçlendirilmiş Kompozit Malzeme -Tanelerle donatılı kompozit melzeme

-Liflerle kaplı kompozit malzeme -Tabakalı kompozit malzeme

Bunların her birinde, özellikle ilk üç türde, sürekli bir matris fazı içinde dağılı bir ikinci faz mevcuttur. ”İç yapı bakımından homojen, belirli yüzeylerle sınırlı bir parça” veya daha ayrıntılı olarak, “dengedeki bir dizge içinde, başka bölümlerden fiziksel ayrılıklar gösteren ve kesin yüzeylerle sınırlandırılmış tektürel yapılı bölge” diye tanımlanan fazlardan, sürekli olan ve matris olarak adlandırılanın içerisinde diğer faz, dağılı olan faz yer almaktadır. KOMPOZİTLER Donatılı veya Pekiştirilmiş (Takviye) Türüne Göre Sınıflandırma Taneciklerle

Güçlendirilmiş Tanelerle Donatılı Lifli(Elyaf) kaplı Tabakalı

Matris Fazına Göre Sınıflandırma

35 2.4.3.2 Matris Fazına Göre Kompozit Malzemeler:

Kompozit malzemeler; -Matris fazı

-Takviye fazı -Arayüzey

olmak üzere üç bileşenden oluşur. Bunlardan; Matris fazı, sürekli ve ana faz olup takviye fazını bir arada tutar ve yükü paylaştırır. Takviye fazı, matris içindeki ikinci fazdır ve matrisin dayanım ve rijitliğini arttırır. Arayüzey, matris ile takviye fazı arasındaki yapışmayı(fiziksel ve/veya kimyasal) belirler.

Matris fazına göre kompozitler; 1- Metal matrisli kompozitler 2- Seramik matrisli kompozitler 3- Polimer matrisli kompozitler

Olmak üzere üç bölümde incelenebilir [35].

Yüksek performanslı kompozit malzeme üretimi için matriks malzemesi takviye fazı arasına emdirilmeli, takviye fazına ıslatabilmeli, kimyasal veya belli şartlarda yapışma için bağ oluşturmalı, mümkün olan düşük basınç ve sıcaklıkta hızlı şekilde katılaşma yapabilmelidir. Bağdan ayrı olarak da üretim esnasında veya bundan sonraki işlemler sırasında matriks ve takviye fazı arasında diğer kimyasal etkileşimler olmamalı ve matriks zamanla kararlı kalmalıdır. Üretim sırasında matriksin kimyası nedeniyle takviye fazı da herhangi bir fiziksel hasara maruz kalmamalıdır. Kompozitin sıcaklığa, kaymasal etkileşime ve neme karşı direnci öncelikle matriks tarafından belirlenir, ardından takviye elemanı da sıcaklığa karşı kararlı olmalıdır.

Kompozit malzemede kullanılan uygun matriks seçimi ile birçok önemli fonksiyonlar yerine getirilir. Kompozitlerde kullanılan farklı matriks malzemelerin sıcaklık-yoğunluk özellikleri karşılaştırılması şekilde gösterilmiştir. Ancak parçacık takviyeli kompozit malzemelerde matriksin görevi sınırlı kalmaktadır. Matriks malzemesi, parçacıkları bir

36 arada tutarken elyaf takviyeli kompozitlerde ise matriksin yerine getirmesi gereken başlıca fonksiyonlar şunlardır:

1- Düzenlenmiş elyafları bir arada tutarak kuvvetleri elyafa iletmektir. Bu özellik çekme ve kaymayla birlikte basma yüklemeleri için hayati önem taşır.

2- Elyafları çevresel etkilerden ve darbelerden korumaktır. Cam-elyaf takviyeli kompozitlerde kullanılan çoğu matriksler suya ve korozyona karşı çok hassastırlar. 3- Bazı matriks malzemeler üretim sırasında elyaflarla reaksiyona girerler. Bu yüzden

matriks seçimi kadar elyaf seçimi de önemlidir.

4- Çatlakları durdurmaktır. Kullanılan elyaflar genellikle yüksek dayanım ve elastik modüle sahip fakat çok gevrektirler. Elyaflar ayrı ayrı birim içindeymiş gibi davranırken matriks malzemesi kırılma oluncaya kadar bağımsız olarak yük taşıyıcı gibi davranırlar. Bu yüzden herhangi bir çatlak ani kırılmaya sebep olmaz. Mesela bir elyaf kırılırsa bitişik elyafa geçmeden önce matrikse transfer olur. Bu nedenle matriksin ve matriks elyaf arasındaki ara yüzey bağının kompozitin tokluğu üzerine önemli etkisi bulunmaktadır. Bu gereksinimlerin çoğunu karşılayan en kolay malzemeler ya hafif metaller ve alaşımları ya da termosetlerdir.