Kapat

Kompozit Malzeme Çeşitleri

Kompozit Malzeme Nedir?

Metal, seramik ve plastik malzemelerden iki veya daha fazlasının belirlenen özelliklerini tek bir malzemede toplamak veya yeni mekanik özelliklere sahip farklı bir malzeme üretmek için farklı işlem prosesleriyle birleştirilen malzemelerdir. Kompozit malzeme türleri üç ana başlıkta incelenir.

Kompozit Malzeme Türleri

Kompozit malzeme türlerini üç alt başlıkta incelemek mümkündür.

  1. Seramik Matris Kompozit
  2. Metal Matris Kompozit
  3. Polimer Matris Kompozit

Seramik Matrisli Kompozitler

Seramik malzemeler yüksek sıcaklığa dayanımlı alanlarda kullanılırlar. Buna ek olarak hafif olmaları, bu malzeme türünü önemli kılmaktadır. Bu bağlamda seramik matrisli kompozit malzemeler yüksek sıcaklıkta çalışılacak olan alanlarda oldukça tercih edilmektedir. Seramik malzemeler sert ve kırılgan yapılıdırlar. Kopma uzamaları, toklukları ve termal şoklara karşı dayanımları düşüktür. Bu olumsuzlukları azaltmak veya engellemek için liflerle takviye edilirler.

Seramik matrisli kompozitler üç ana başlıkta incelenebilirler:

  • Partiküllü kompozit
  • Süreksiz fiberli kompozit
  • Sürekli fiberli  kompozit

Sürekli Fiberler                               Kesikli Fiberler                                  Parçacıklı Fiberler

Sürekli Fiberler

Sürekli fiberlerin tokluklarının yüksek olması tercih edilme sebeplerinin başında gelir. Malzemede fiberler matris zayıflasa da yükü taşımaya devam edecektir. Buna karşılık çatlak veya çentik gibi bir deformasyon meydana geldiğinde bu yapı kalıcı olarak mukavemetini kaybedecektir.  Sürekli fiberlerde yaygın olarak iki çeşit malzeme kullanılmaktadır. Bunlar alüminyum oksit (alümina) ve silisyum karbürdür(SiC).

Kullanım Alanları

 Yüksek sıcaklık dayanımı ve yüksek korozyon dirençlerinden dolayı, başta  uzay sanayiinde  olmak üzere çeşitli endüstriyel alanlarda da kullanılırlar.

  • Fren diskleri,
  • Dizel motorlarda eksoz valflerinde,
  • Zırhlarda,
  • Roket motorlarında türbin disklerinde kullanımları yaygındır.

Cfm leap motoru

Süreksiz Fiberler

Süreksiz fiberlerde kırılma direnci yüksektir. SiC, Zirkonyum dioksit (ZrO2) ve Titanyum karbür (TiC) en yaygın fiberlerdir.

Kullanım Alanları

Cam, polikristalin, seramik veya cam-seramik matrise ilave edilen süreksiz takviyeler dalgalı fiberler içerirler.

Seramik Matrisli Kompozitlerin Kullanımı

Seramik matriksli kompozitler 1000°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda uzun sürelerde kullanıklarında (90 saat ve üzeri) fiberler malzemelerine veya basınca bağlı olarak temelde iki sorunla karşılaşılır.                  

– Yüzeyde fiber oksid tabakası bulunuyorsa, yüksek sıcaklığa karşı dayanıklı olsa da  sürtünme özelliklerine bakıldığında iyi değildir.

Yüzeyde oksit olmayan fiber malzemelerinde  sürünme özellikleri iyidir. Matris malzemesinin reaksyon göstermesi sebebiyle kimyasal değişikliğe uğraması mümkündür. Bu durum yapısal sorunlara sebep olur. Bu sebeple 1000°C ve üzeri sıcaklıklarda seramik matrisli kompozitlerin kullanımı sınırlıdır.

Uzay roketi motorlarında, uzay araçları ve uçaklarda ise alçak basınç türbinlerini kullanım alanları arasında göstermek mümkündür.

Metal Matrisli Kompozitler

Birden fazla malzemenin bileşimiyle elde edilirler, ancak bileşimdeki malzemelerden en az birisi metalik bir malzeme olmalıdır. Bu tip kompozitlerde takviye fazı metal matrisi içinde sürekli veya kısa fiber, partikül veya whiskers şeklindedir. Metal matrisli kompozitler oluşturulurken metal matrisin nitelikleri dikkate alınmalıdır. Malzemenin cinsi, boyutu, yüzey özellikleri, kimyasal yapısı, dağılım oranı gibi özellikler önemlidir. Burada matrisin görevi katkı fazına yükün iletilmesidir.

Whiskers                                         Kısa Fiberler                         Sürekli Fiberler

Metal Matrisli Kompozitlerin Özellikleri

  • Yüksek tokluk ve dayanım sağlar.
  • Yüksek sıcaklık kullanım özellikleri vardır. Isıya karşı dayanıklıdırlar.
  • Genellikler korozyona karşı dayanıklıdırlar.
  • Şekil verilebilirlikleri yüksektir.

Metal matrisli kompozitler üç ana başlıkta incelenebilir:

  1. Partikül takviyeli metal matrisli kompozitler.
  2. Whisker veya kısa fiber takviye metal matrisli kompozitler.
  3. Sürekli fiber esaslı metal matrisli kompozitler.

Sürekli fiber esaslı metal matrisli kompozitler. tüm fiberlerin yüksek performans özelliklerini taşımaktadır.

Metal Matrisli Kompozitlerin Metallere Göre Avantajları

  • Mukevemetin yoğunluğa oranı metallere göre daha yüksektir.
  • Aşınma direnci yüksektir.
  • Termal genleşme katsayısı daha düşüktür.
  • Yorulma direnci yüksektir.

Metal Matrisli Kompozitlerin Metallere Göre Dezavantajları

  • Sünekliği işlenen metala göre azalır.
  • Üretim maliyetleri yüksektir.
  • Sürekli fiberler için üretim prosesleri döküm yöntemi dışında zordur.

Metal matrisli kompozit malzemelerde, matris malzemesi olarak genellikle hafif metaller tercih edilir. Bu bağlamda en çok alüminyum tercih edilmektedir. Bunun sebebi sadece hafif olması değildir. Aynı zamanda düşük ergime noktası, birçok seramik takviyelerinde iyi ıslata bilme özelliğine sahip olması, yüksek dayanım ve özgül ağırlık oranına sahip oluşu, elektrik iletkenliği ve özgül ağırlığının makul olması ve plastik deformasyon oranının yüksek olmasından kaynaklanmaktadır.  Al, Ti, Mg, Ni, Cu, Co ve Zn gibi metaller ve bu metallerin alaşımları da matris malzemesi olarak tercih edilmektedirler.

Titanyum ve alaşımları da yüksek oranda tercih edilirler. Korozyon dirençlerinin yüksek olması, insan vücudunda alerji yapmayışı, alüminyuma göre daha yüksek mekanik özelliklere sahip olması örneğin rijitlik, yüksek sıcaklıklarda kararlı oluşu ve ısıl genleşme katsayısının düşük olması başlıca tercih edilme sebepleridir.

Metal Matrisli Kompozitlerin Üretim Yöntemleri

  • Katı Faz Üretim
  • Sıvı Faz Üretim
  • Diğer Yöntemler

Metal Matrisli Kompozitlerin Kullanım Alanları

  • Uzay sanayiinde
  • Havacılık sektöründe
  • Uçakların iç donanımlarında ve gövdelerinde
  • Helikopterlerde
  • Kompresör kanatları ve Türbin kanatlarında
  • Otomotivde motor bloklarında, pistonlarda ve akü plakalarıda
  • Ev aletlerinde, elektrik kontaklarında
  • Tıp alanında protezlerde ve tekerlekli sandalyelerde.
  • Sporda kayak takımlarında, tenis rakerlerinde, golf sopalarında ve oltalarda kullanılırlar.
Şaft                                                                         Piston

Plastik Matrisli Kompozitler

Sanayide çeşitli alanlarda kullanılırlar. Özellikle otomotiv sektöründe önemli yere sahiptirler. Üretimlerinde başlıca amaç yüksek sağlamlık, hafiflik ve ucuz maliyettir.Polimer matrisli kompozitler mekanik dayanım, hafiflik, insan dokularına uyum sağlama, optik elyaf ve piezo elektrik gibi özelliklerinden dolayı tercih edilirler. Bunlara karşılık genelde çalışma sıcaklıkları düşüktür. Termal genleşme katsayıları yüksektir ve elastik özellikleri belirli yönlerde düşüktür.

Elyaf Kompoztiler

İnce elyaf yapılarının matris içerisinde yer almasıyla oluşurlar. Bu yapılarda matris içerisindeki elyafların konumlanması kompozit yapının mukavemetinin belirlenmesinde önemlidir. Elyaflar uzun ve matris içerisinde birbilerine paralel olarak yerleştirilmişlerse elyaflar doğrultusunda yüksek mukavemet sağlanırken dik doğrultuda mukavemeti düşük olur.

Elyaflar malzeme özellikleri olarak yüksek performanslı ürünlerdir. Bunun sebepleri:

  • Mikroyapısal özellikleri üstündür.
  • Tane boyutları küçüktür.
  • Boyun çapa olan oranı arttıkça elyaflara iletilen yük miktarında artma gözlemlenir.
  • Elestisiteleri yüksektir.

Polimerik Matrisli Kompozitlerde Fiberler

  • Cam Fiberler
  • Bor Fiberler
  • Silisyum Karbür Fiberler
  • Alümina Fiberler
  • Karbon Fiberler
Karbon Fiber Boru                             Bor Fiber Fitil                             Cam Elyaf

Polimer Matrisli Kompozitlerin Üretimi

  • Üretimlerinde yüksek sıcaklık veya basınca ihtiyaç duyulmaz.
  • Karmaşık şekiller üretilebilir.
  • Üretiminde kullanılan ekipmanlar basittir.

Polimer matrisli kompozitlerin üretimdeki iki yöntem:

Açık Kalıplama Yöntemleri
  • Kontak Kalıplama Yöntemi
  • Püskürtme Yöntemi
  • Otoklav Yöntemi
  • Elyaf Sarma
Kapalı Kalıplama Yöntemleri
  • Profil Çekme
  • Reçine Transfer Kaplama
  • Hazır Kalıplama
  • Enjeksiyonla Kalıplama

Polimer Matrisli Kompozitlerin Kullanım Alanları

  • Uçaklarda iniş takım kapaklarında, kuyruk kanatlarında, dümenlerde, aynı zamanda bu alanda kaplamalarda kullanımına da rastlanır.
  • Helikopterlerde rotor kanatlarında kullanılırlar. Metallere karşı uzun ömürlüdürler.
  • Otomotiv sektöründe kullanılırlar.
  • Uydu antenlerinde çubuk ve desteklerde kullanılırlar.(yüksek rijitlik)
  • Sporsal alanda badminton raketleri ve hokey sopalarında kullanılırlar.
Uzay Araştırma Anteni                                          Rotor Kanatları
Banminton raketi                      Hokey Sopası

Sizin için önerdiklerimiz:

“Kompozit Malzeme Çeşitleri” üzerine 1 yorum

  1. Gencer dedi ki:

    Cok tesekkur ederim faydali bilgilendirme icin

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir