Kompozit Nedir? Kompozit Çeşitleri Nelerdir?

Kompozit malzemeler, İkinci Dünya Savaşı yıllarında kullanılan mevcut konvansiyonel malzemelerin yetersiz kalması sonucu ortaya çıkmıştır. Bu malzemelerin ortaya çıkışındaki itici güç ise; yüksek spesifik mukavemet ve rijitliktir. Ancak günümüzde diğer spesifik özelliklerin geliştirilmesi için de kullanılmaktadır. Bu yazımda kompozit nedir, kompozit çeşitleri nelerdir? Gibi birçok soruya elimden geldiğince cevap vereceğim.

Kompozit Nedir?

Kompozit, kelime itibariyle; karma, farklı tarzları bir arada taşıyan anlamlarına gelmektedir. Esasen mühendislik terimine çok da uzak olmayan bu tanım, daha spesifik bir perspektifte de ifade edilebilir. İki ya da daha fazla malzemenin en iyi özelliklerinin, yeni ve tek bir malzemede toplanmak amacıyla makro düzeyde birleştirilmesi sonucu elde edilen yeni malzemeye kompozit denir.

Bir kompozit malzeme bünyesinde çekirdek olarak adlandırılan takviye elemanı ve bunun etrafını çevreleyen matriks malzemesini barındırır. Takviye elemanının temel fonksiyonu; gelen yükü taşımak, matriksin rijitlik ve dayanımını artırmaktır. Matriksin fonksiyonunun görevi ise; yük ve gerilim transferi sağlayabilmek bunun yanında da takviye elemanını dış ve çevresel etkilere karşı korumaktır.

Kompozit Malzeme Avantajları

Genel itibariyle mühendislikte yaygın olarak kullanılan üç malzeme çeşidi vardır. Bunlar; seramikler, metaller ve polimerlerdir. Lakin bu malzemelerin birbirlerine göre üstün ve zayıf özellikleri mevcuttur. Kompozit malzemeler ise üstün özellikteki malzemelerin birleştirilmesiyle oluşturulduğundan kullanıcılara daha geniş bir pencere sunmaktadır. Aşağıda kompozit malzemelere ait avantajlar sıralanmıştır.

• Yüksek dayanım
• Yüksek rijitlik
• Yüksek yorulma dayanımı
• Mükemmel aşınma direnci
• Yüksek sıcaklık kapasitesi
• İyi korozyon direnci
• İyi termal ve ısı iletkenliği
• Düşük ağırlık
• Estetik görünüm

Kompozitlerin Dezavantajları

Her malzeme grubunda olduğu gibi kompozit malzemelerin de avantajları olduğu kadar dezavantajları da mevcuttur. Aşağıda kompozit malzemelere ait dezavantajlar sıralanmıştır.

• Üretim güçlüğü
• Yüksek maliyet
• Geri dönüşümünün olmaması,
• İşlenmesinin güç olması
• Kırılma uzamasının az olması

Kompozitlerin Özellikleri Nelerdir?

Kompozit nedir? Sorusuna cevap verdiğimize göre gelin birlikte kompozit malzemelerin özelliklerini de inceleyelim.

Yeni geliştirilen bir malzemenin kompozit olarak adalandırılabilmesi için bazı kriterleri taşıması gerekir.

• İnsan yapımı olmalıdır.
• En az iki veya daha fazla malzemenin birleştirilmesi ile oluşturulmalıdır.
• Herhangi bir ferdi bileşenle elde edilemeyen mekanik özelliklerin geliştirilmesi gerekmektedir.
• Optimum özellikler elde edebilmek amacıyla kullanılan iki malzemeden birinin, diğeri içine kontrollü şekilde dağıtılması gerekmektedir.
• Bir araya getirilen bu malzemelerin en iyi özelliklerinin tek bir malzemede toplanması gerekmektedir.

Kompozitler, özellikleri dolayısıyla her ne kadar yaygın olarak tercih edilse de hala neden? Dediğinizi duyar gibiyim. O halde neden kompozitler?

Neden Kompozitler?

Hiçbir kompozit malzeme sadece bir özelliğinden dolayı onu oluşturan malzemelerden daha iyi olamaz. Örneğin, mukavemeti 100 N ve 800 N olan iki malzemenin oluşturduğu yeni kompozit malzemenin mukavemeti 100+800=900 N olamaz.

İyi bir mühendislik malzemesinde öncelikle;

• Bir malzemenin akma mukavemeti ne kadar yüksek olursa malzeme o kadar değerli olur. Çünkü tüm malzemeler akma mukavemeti altındaki yüklere maruz kalacak şekilde kullanılır.
• Elastik bölgedeki deformasyonu aza indirgemek için elastisite modülü yüksek olmalıdır.
• Çatlak ilerlemesine karşı direncin yüksek olması istendiği için ise kırılma tokluğu yüksek olmalıdır.
• Kullanım sıcaklığı yüksek olmalıdır.
• Yoğunluğu düşük olan malzemenin spesifik mukavemeti yüksek olduğu için malzemenin düşük yoğunlukta olması istenir.

Yukarıda saydığımız beş temel gereksinim mühendislik malzemelerinin olmazsa olmazıdır. Bu sayılan özelliklerin tümünü karşılayan konvansiyonel bir malzeme olmadığı için de kompozit malzemeler tercih edilmektedir.

Peki, kompozit çeşitleri nelerdir?

Kompozit Çeşitleri Nelerdir?

Kompozitler esasen takviye elemanlarına göre de üç grupta incelenmektedir. Gelin birlikte bu kompozit çeşitleri nelerdir? İnceleyelim.

• Elyaf (Fiber) Takviyeli Kompozit Malzemeler
  • Sürekli (Uzun) Fiberlerle Pekiştirilmiş Kompozitler
  • Kesikli (Kısa) Fiberlerle Pekiştirilmiş Kompozitler
  • Rastgele Düzlemsel Olarak Yönlendirilmiş Fiberlerle Pekiştirilmiş Kompozitler
• Partikül (Parçacık) Takviyeli Kompozit Malzemeler
  • Kaba (İri) Partiküllerle Pekiştirilmiş Kompozitler
  • Dispersiyonla (Dağılımla) Mukavemetlendirilmiş Kompozitler
  • In-Stü (Yerinde Oluşan) Kompozitler
• Lamine (Tabakalı) Kompozit Malzemeler
  • İzotropik Lamine Kompozitler
  • Ortohotropik Lamine Kompozitler

Elyaf (Fiber) Takviyeli Kompozit Malzemeler

Yumuşak ve sünek matriks içerisine sert, dayanıklı, elastikliği yüksek elyaflar ilave edildiğinde çekme dayanımı, yorulma dayanımı, özgül modül ve özgül dayanım özellikleri iyileşmektedir. Elyaf takviyeli kompozit malzemelerde oldukça farklı takviye elemanları kullanılmaktadır. Bu nedenle de üç farklı grupta incelenmektedirler.

Sürekli (Uzun) Fiberlerle Pekiştirilmiş Kompozitler

Kalıp içerisine yerleştirilen fiberlerin sıvı haldeki matriks malzemesi arasına emdirilmesi ile oluşmaktadır. Sürekli elyafların en küçük çapları 10-20 mikrometre arasında iken en büyük çapları 100-200 mikrometre arasında değişmektedir. Fiberlerle pekiştirilmiş kompozitlerde ilk yük matriks malzemesine gelir ve matriks malzemesi bu yükü pekiştiriciye iletir. Bu yüzden de iyi bir ara yüzey ile bağlanmaları gerekmektedir.

Uzun fiberler ile pekiştirilmiş kompozit üretmek zordur. Çünkü matriks ve fiber karıştıktan sonra yönlenme sağlanamaz.

Fiber ekseninde yüksek mekanik özellikler elde edilirken ona dik yönde düşük özellikler elde edilmektedir. Çünkü bu durumda matriks dayanımı esas olmaktadır.

Kesikli (Kısa) Fiberlerle Pekiştirilmiş Kompozitler

Kısa elyaflı kompozitler yaklaşık 3-5 mikrometre çapında ve 0.5-6 mikrometre uzunluğunda üretilmektedir. Bu tip kompozitleri üretmek için en uygun olan metot sıkıştırmalı döküm tekniğidir. Fakat toz metalurjisi ve plazma püskürtmeli çökeltme metotları da tercih edilmektedir.

Sürekli elyaflara oranla üretimleri daha kolay ve maliyetleri daha düşüktür. Şekil verme yeteneğinin yüksek oluşu da kısa fiberli kompozitleri tercih etme nedenleri arasındadır.

Rastgele Düzlemsel Olarak Yönlendirilmiş Fiberlerle Pekiştirilmiş Kompozitler

Bu kompozitler de kısa elyaflardan oluşmaktadır. Fakat elyaflar matriks içinde rastgele iki boyutlu olarak yönlendirilmektedir. Bu tip yönlendirilmiş kompozitler sodyum silisten oluşan orta sululukta bir bağlayıcı ile tutularak katı bir preform haline getirilir. Bu işlemden sonra ise preslenir ve fırında kurutulur. Ön biçimlenmiş elyaflar genellikle gelişigüzel yerleştirilerek yönlendirilir. Ancak yönlendirme açısı, yer değiştirme, akış alanı, işlem durumu ve bunlarla birlikte elyafların boyuna, hacim oranına ve kalıbın şekline bağlıdır. İşlem düzgün yapılırsa tüm yönlerde aynı mekanik özellikler elde edilebilir.

Partikül (Parçacık) Takviyeli Kompozit Malzemeler

Bu tip kompozitler; tek veya iki boyutlu makroskobik partiküllerin matriks ile oluşturdukları malzemelerdir. Partiküllerle pekiştirilmiş kompozitlerde yükü taşıma işini matriks ve partikül birlikte yapmaktadır. Bu tip kompozitler dayanımı iyileştirmekten çok, alışılmışın dışında birleştirilmiş özellikler elde etmek için tasarlanmaktadır. Aynı zamanda metal, seramik ve polimer malzemelerin birleşimiyle oluşmaktadır ve üç farklı grupta incelenmektedirler.

Kaba (İri) Partiküllerle Pekiştirilmiş Kompozitler

Döküm yoluyla üretilmektedirler. Bu tip kompozitlerde artan takviye elemanı ilavesi ile yapı içerisinde porozite vb. hatalar artmaktadır. Bu nedenle de haddeleme gibi ikinci bir işlem yapılabilmektedir. Fakat takviye elemanı matriks içerisinde homojen dağılmadığından ve ikinci bir işleme ihtiyaç duyulduğundan toz metalurjisi ile üretimi yapılmaktadır.

Dispersiyonla (Dağılımla) Mukavemetlendirilmiş Kompozitler

Bu tür kompozitler, sinterlenmiş yüksek ısıl kararlılığa sahip alüminyum tozlarının matriks içinde homojen dağılmasıyla (disperse edilmesiyle) elde edilmektedir. Çapları 0.01-0.1 mikrometre ve uzunlukları 50-200 mikrometre arasında değişmektedir. Bu küçük parçacıklar metal malzeme içinde dislokasyon hareketini engellediği için dayanımı arttırmaktadır. Fakat partiküllerin boyutu arttıkça kompozit mukavemeti düşmektedir.

In-Stü (Yerinde Oluşan) Kompozitler

Dispersiyonla mukavemetlendirilmiş kompozitlere dışarıdan partikül ilave edilmektedir. In-stü kompozitler de ise partiküller içeride oluşturulmaktadır. Tıpkı takım çeliklerine su verildiğinde karbür oluşması gibi. Bu tür oluşturulan kompozitler de partiküller yapıda homojen olarak dağıtılmaktadır. Bu da matriks mukavemetini arttırmaktadır.

Lamine (Tabakalı) Kompozit Malzemeler

Değişik yönlerdeki tabaka ve katmanların üst üste konularak bir araya getirilmesi ile elde edilmektedir. Lamineler, matriks içerisine rastgele yönlenmiş elyaflar, tek yönlü elyaflar veya farklı elyaflardan oluşabilir. Lamina kompozitler de esas amaç maruz kalınan yüklere uyum sağlaması için rijitlik ve dayanımın doğrusal bağımlılığından avantaj sağlamaktır. Çünkü her tabakanın esas malzeme yönleri istenilen doğrultuda yapılabilir. Kullanılan malzemelerin türlerine göre ise iki grupta incelenmektedirler.

İzotropik Lamine Kompozitler

Her kattaki kompoziti oluşturan elemanlar aynı ise bunlar izotropik lamine olarak adlandırılmaktadır.

Ortohotropik Lamine Kompozitler

Birçok katlı kompoziti oluşturan malzemeler farklı malzemelerden oluşuyorsa ortohotropik, karma veya melez lamine olarak adlandırılmaktadır.

Tavsiye Yazı: Dökme Demir Nedir?

Bu yazımda elimden geldiğince kompozit nedir, kompozit özellikleri nelerdir, neden kompozitler ve kompozit çeşitleri nelerdir? Sorularına cevap vermeye çalıştım. Sizler de kompozitler ile ilgili soru ve görüşlerinizi yorumlar kısmında benimle paylaşabilirsiniz.