MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

Bölüm 10.

Kompozitler

Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR

Doç.D

r. Özk

an Ö

ZD

EM

İR

KOMPOZITLER

Kompozit, temel olarak birbiri içinde

çözünmeyen ve birbirinden farklı şekil

ve/veya malzeme kompozisyonuna sahip

iki veya daha fazla makrobileşenin

karışımından veya birleşmesinden

meydana gelen malzeme sistemidir.

Bir malzemenin kompozit

sayılabilmesi için;

1. Farklı bileşenlerle beraber

kimyasal olarak birbirinden farklı

en az iki malzeme

kompozisyonundan oluşmalıdır.

2. Kompozit malzemeyi oluşturan

ayrı malzemeler üç boyutlu olarak

birleşmelidirler.

3. Kompozit, kendisini meydana

getiren bileşenlerin tek başlarına

sahip olamayacakları özellikleri

göstermelidir.

Elyaf Yönü

1. Maksimum dayanım ve katılığın elyaf

yönünde elde edildiği tek yönlü takviye

2. Bazı durumlarda iki boyutlu dokunmuş

kumaş şeklinde olabilen düzlemsel takviye

3. Kompozit malzemenin izotropik

özelliklere sahip olma eğiliminde olduğu

tesadüfi veya üç boyutlu

Kompozit malzemelerde elyafın yönlenmesi:

(a) tek boyutlu sürekli elyaf; (b) dokunmuş bir

kumaş şeklindeki düzlemsel sürekli elyaf; ve

(c) tesadüfi süreksiz elyaf

Elyaf takviyeli kompozitlerdeki elyaf

malzemeleri;

Cam – en yaygın kullanılan iplikçik

Karbon – yüksek elastiklik modülü

Bor – çok yüksek elastiklik modülü

Polimerler - Kevlar

Seramikler – SiC ve Al2O3

Metaller - çelik

Elyafın en önemli ticari kullanımı

polimer kompozitlerdedir

Geleneksel tabakalı yapı – tek bir

parça halinde bağlanan iki veya

daha fazla tabaka Örnek:

tabakaların aynı ağaçtan yapıldığı,

ancak genel dayanımı arttırmak için

tanelerinin farklı doğrultularda

yerleştirildiği kontrplak

Kompozit Malzeme İçindeki Bileşim

Fazları Arasındaki Etkileşim:

•Kompozitin etkili olabilmesi için fazların

birbirine birleştiği temas yüzeylerinde bağ

oluşmalıdır,

a) Birincil ve ikincil fazlar arasında doğrudan

bağ oluşumu

b) Bazı durumlarda, birinci ve ikinci

fazları birbirine bağlamak için üçüncü bir

katkının eklenmesi gerekir . Ara faz denen

bu madde bir yapıştırıcıya benzer.

c) Birincil ve ikincil fazların sınırında bir

çözelti içeren bir ara fazın oluşumu

Kompozit Malzemelerin Özellikleri

Bir kompozit malzemenin seçiminde belirli

bir özellikten çok özelliklerin optimum bir

bileşimi amaçlanır

Örnek: Bir uçağın gövdesi ile kanatlarının

hafif, güçlü, katı ve tok olması gerekir.

Değişik elyaf takviyeli polimerler bu

özelliklere sahiptir

Örnek: Doğal lastik tek başına nispeten

zayıftır. Karbon karasının eklenmesi

dayanımını arttırır.

Özellikleri Belirleyen Üç Faktör

1. Kompozitte bileşen faz olarak kullanılan

malzemeler

2. Bileşenlerin geometrik şekilleri ve

kompozit sisteminin sonuçta oluşan yapısı

3. Fazların birbiriyle nasıl etkileştikleri

Örnek: Elastiklik modülünün karışım

kuralıyla tahmin edildiği yönü gösteren

elyaf takviyeli kompozit malzeme modeli

Karbon elyaf takviyeli epoksi

kompozitin boylamasına eksenine

göre yönün fonksiyonu olarak

elastiklik modülü ve dayanımının

değişimi

Kompozit performansı için en önemli

anahtar parametreler; Mukavemet/ağırlık

oranı veya spesifik mukavemet

Metal Mat- riksli Kom- pozitler

Seramikler

İntermetalik ve İntermetalik Kompozitler

Karbon/Karbon Kompozitleri

Seramik Kompozitler

Geleneksel Malzemeler Ti ve Süperalaşımlar

Şekil. Çeşitli motor malzemelerinin çalışma

sıcaklılığı ve mukavemet/ağırlık oranına göre

performans haritaları.

Son yıllarda özellikle uzay ve uçak araçlarında kompozit malzemelerin kullanımları

yaygınlaşmıştır. Bazı önemli kompozit kullanım alanları;

- Boeing 757 ve 767 uçaklarında % 30 dan fazla polimer matriksli kompozit kullanılmıştır

- Douglas AV8B Harier Avcı uçaklarında kanatlar ve gövde karbon fiber takviyeli kompozit

- Voyager uçağı petrol ürünlerine dayanıklı kompozit malzeme

- Corvette, Ferarri, Avanti, Toyota ve Ford otomobillerinde

- Spor malzemeleri, tenis raketi, kayak, bisiklet, spor ayakkabıları

- Amerikan uydularında, NASA araştırmalarında