Yazıdaki Başlıklar
Kompozit Nedir?
Kompozit, iki veya daha fazla parçanın oluşturduğu malzeme anlamına gelmektedir. Bir ara yüzey boyunca, makro boyutta iki veya daha fazla bileşenin bir araya gelmesiyle oluşur. Bir araya gelen malzemeler kendi özelliklerini korurlar. Özetle bahsetmek gerekirse; metal, seramik ve organik malzemelerin aynı veya farklı türden ikisinin, kendi özelliğini kaybetmeden bir araya gelmesiyle oluşan bu malzemeler; matris faz, takviye faz, ara yüzeyden oluşur ve ”Kompozit Malzeme” adını alır.
Bu konuyu daha iyi kavramak adına bilinmesi gereken bazı terimler şunlardır;
- Lif (Fiber): Kompozit dolgu maddeleri açısından, bir lif uzun boyuta sahip bir dolgu maddesidir.
- Matris: Dolguyu bağlayan kompozit parçası matris olarak adlandırılır.
- Parçacık: Kompozit dolgu maddeleri açısından, bir parçacık uzun boyuta sahip olmayan bir dolgu maddesidir.
- Hibrid: İki veya daha fazla bileşen içeren, kompozitlerde kullanılmak üzere üretilmiş takviye malzemesi çeşididir.
Kompozitlerin Kullanım Amacı
Kompozitler söylediğimiz gibi, mekanik dayanımını yerine getiren farklı geometrik parçalardan (örneğin lif) ve bu parçaları bir arada tutan polimerik, metal veya seramik malzemelerden oluşur. Genel olarak sınıflandırılan malzemeler-çeşitli kaynaklarda farklı yazsa da-en genel metal, seramik ve organik malzemelerdir. Bu malzemelerin her birinin kendi alanında güçlü ve zayıf yönleri vardır. Fakat bazı durumlarda öyle bir malzeme kullanmanız gerekir ki, elde edebileceğiniz en yüksek özellikleri size vermesini istersiniz ve bu düzeyde herhangi bir malzeme tek başına yeterli kalmaz. İstenilen duruma göre malzemenin özelliklerini iyileştirmek adına, bahsi geçen malzeme gruplarından çeşitli malzemelerin bir araya getirilmesiyle üretilir. Genel olarak şu özelliklerin iyileştirilmesi için kompozit malzemeye başvurulur;
- Mukavemet
- Korozyon Dayanımı
- Termal Dayanım
- Elektrik İletkenliği
- Ağırlık
- Görünüm
- Fiyat
Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanları
Bahsettiğimiz malzemelerin kullanım alanını tamamen sınırlamak çok mümkün değildir. Kullanılacağı yere göre özellikleri iyileştirilmek üzere her alanda kullanılabilirler. Belli başlı kullanım alanları ise aşağıdaki gibidir.
Günlük Hayatta Kullanım
Farkında olmasak da çevremiz kompozit malzemelerle çevrilidir. Özellikle günlük hayatta karşımıza en çok çıkan kompozitlerden şu şekilde bahsedebiliriz: Çevremizdeki masa-sandalye, tepsi, tekne, araba, bot gibi birbirinden farklı alanlarda kullanılan cam elyafı, cam keçe ve polyester reçineden yapılan çeşitli ürünler en genel kullanılan kompozit malzemelerdir. Fakat bununla sınırlamak doğru değildir; elektrikli aletlerin iç ve dış yapıları, duvarlar, spor aletleri, kaynak aletleri ve hemen hemen aklınıza gelebilecek her alanda kompozit malzemeler kullanılmaktadır.
Uzay ve Havacılık Alanında Kullanım
Uzay ve Havacılık Sanayi denince akla ilk gelen her zaman hafiflik ve yüksek mukavemet olmuştur. Bu iki özelliği yan yana bulmak kompozit malzemelerle mümkündür. Yakıt tasarrufu, ulaşılabilecek hız-yükseklik ve verimlilik bu özelliklere bağlı olduğu gibi; aynı zamanda insanlı hava araçları için kullanılacak malzemenin doğru olması, can güvenliğini sağlamak açısından birinci adımdır. Bu alanda kullanılan malzemelere örnek olarak ise; bor karbür, silisyum karbür, alümina karbon, cam ve kevlar elyafı verilebilir.
Silah, Roket vb. Alanlarda Kullanım
Bu alanlarda malzemenin kalitesini arttıran özellik ise yine hafifliktir. Silah üretiminde kompozit malzemelerin kullanımı henüz çok yaygın değildir fakat çalışmalar ve araştırmalar devam etmektedir. Roket parçalarında ise kompozit malzemeler vazgeçilmez bir kısımdır. Ayrıca çelik yelek üretimi yine kompozit malzemeler ile elde edilen özelliklerin kullanıldığı yaygın bir alandır.
Otomotiv Sektöründe Kullanım
Araç üretiminde kompozit malzeme olarak kullanılan karbon fiber, her geçen gün daha popüler olmaktadır. Bu kompozit malzeme araçta, çeliğe ve alüminaya göre ciddi ağırlık azalması sağlarken; burulma direncini arttırıyor ve daha iyi yol tutuş-daha iyi performans sağlıyor. Bu konuda yapılan çalışmalar BMW ve Volvo üreticilerinde dikkat çekerken, üniversite öğrencilerinin de çalışmaktan keyif aldığı konular arasında yer alıyor. Bu konuda Sakarya Üniversitesi SAITEM Topluluğunun çalışmaları, kompozit malzemeler ve otomotiv sektörü konularında ciddi başarılara imza atıyor.
Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması
Peki, bahsi geçen kompozit malzemeler neye göre sınıflandırılır? Birçok bileşen içeren yapıya sahip olan kompozitler, farklı şekillerde sınıflandırılabilir. En yaygın sınıflandırma ise matris ve takviye malzemeye göre yapılan sınıflandırmadır.
Matris Malzemeye Göre Sınıflandırma
Matris malzeme, kullanım yeri ve amacına göre metal, seramik veya polimer olarak seçilebilir.
- Metal Matrisli Kompozit Malzemeler: Ana malzemeleri metal ve alaşımlarından oluşur. İkinci faz (takviye fazı) çeşitli geometriye sahip olabilir. Metallerin plastik şekil değiştirme özellikleri ve seramiklerin yüksek elastik modülü bir arada kullanılarak; aşınmaya dayanıklı, gerilme mukavemeti yüksek kompozit malzemeler elde edilebilir.
- Seramik Matrisli Kompozit Malzemeler: Seramikler hafiflikleri ve sıcaklığa dayanımları açısından kullanıma uygundurlar. Yüksek sıcaklıkta çalışacak parçalar için bu tür kompozit malzemeler kullanılabilir. Fakat kırılgan ve sertlerdir yani düşük süneklik ve tokluğa sahiptirler. Bu yüzden genellikle takviye faz olarak lifler kullanılır. Ayrıca bu tür kompozitler seramik malzemenin yapısından dolayı çok iyi yalıtkanlardır.
- Polimer Matrisli Kompozit Malzemeler: Genellikle petrokimya türü ürünlerdir ve en yaygın kullanılan türdür. Korozyona dirençli, uzun ömürlü, kolay işlenen-şekillenebilen kompozitlerdir. Kendi içinde Termosetler ve Termoplastikler olarak ikiye ayrılır. Termoset matrisler; lif takviyeli kompozit üretiminde yaygın kullanılır ve katılaştıktan sonra tekrar şekil vermek mümkün değildir. Termoplastik matrisler; sünektirler ve ısı ile eritilebilir, baştan katılaşmaya tabii tutulabilir malzemelerdir.
Takviye Fazına Göre Sınıflandırma
Takviye fazları genel olarak; Elyaf, Parçacık, Tabakalı ve Karma olarak sınıflandırılır.
- Elyaf Takviyeli Kompozitler: Kompozit malzemelerin en yaygın kullanılan türüdür. En genel takviye fazı ise camdır. Matris termoset veya termoplastik olabilir. Liflerin şekli değişebilir ve değişen bu şekil özelliği etkiler. Lifin kompozit içinde uzanımı, kompozit malzemenin genel özelliğini belirler.
- Parçacık Takviyeli Kompozitler: Takviye malzemesinin boyutları genellikle kompozitin sertliğini arttırır. Dayanıma çok etkisi olmaz. Parçacık dolgular genelde maliyeti azaltır.
- Tabakalı Kompozitler: En eski ve en yaygın türlerden biridir. Farklı elyaf yönlendirmesine sahip tabakalar ile çok yüksek mukavemetler elde edilebilir. Isı ve neme olan dayanımı, metallere göre hafifliği ve mukavemeti bu türü çok kullanışlı kılmaktadır. Düşük maliyet-yüksek dayanım kompozitleridir.
- Karma Kompozitler: Aynı matris fazında bir veya daha fazla takviye türünün bir arada olmasıyla oluşur. Hibrid kompozitler de denir. Yeni kompozit türlerinin araştırılması ve geliştirilmesine uygun bir türdür. Örneğin, kevlar ucuz bir elyafdır fakat basma mukavemeti düşüktür. Grafit ise; düşük tokluğa sahip, pahalı fakat iyi basma mukavemeti olan bir elyaftır. Bu iki elyaf kullanılarak üretilen hibrid kompozitin tokluğu grafit kompozitten iyi, maliyeti düşük ve basma mukavemetide kevlar elyaflı kompozitten daha yüksek olacaktır ve istenen alanda kullanıma en uygun hale gelecektir.
Kompozit Malzemelerin Gelişimi
Kompozit malzemeler yukarıda anlatılanlar dışında yalıtım alanında da sıkça kullanılmaktadırlar. Elde edilen yapıları özellikle ısı, ses ve yangın yalıtımında kullanıma çok elverişlidir.
Özetle, değişik ham maddelerden elde edilen bu malzeme türü birçok alanca kendi başlarına kullanımda başarılı olmuşlardır ve olmaya devam etmektedirler.
Son zamanlarda ise bu malzeme türünün enerji kaynakları, enerji dalgalanmaları ve enerji maliyeti vb. sorunlara karşı geliştirilmesi ve yapı ve inşaat sektöründe kullanımının arttırılması konuşulmaktadır. Araştırma ve geliştirmeye çok açık olan bu konu, geleceği inşa edecek konulardan birisidir.
