Kompozit Malzemelerin Özellikleri

Kompozitler çok genel konu olmasına karşın mekaniksel davranış bakımından mikromekanik ve  makromekanik olmak üzere iki kısma ayrılabilir.

Mikromekaniksel davranış: Yapı bileşenlerinin özellikleri ayrı ayrı ve hacimsel oranları ile beraber düşünülerek kompozit malzemenin mukavemet, rijitlik, gerilme deformasyon  davranışları gibi özellikler belirlenir, tanımlanır.

Makromekaniksel ise malzemenin yapı bileşenlerinin ayrı ayrı özellikleri düşünülmeden, ortalama görünür özelliklerinden hareket ederek uygulanan gerilmelere karşı davranışlardır.

Kompozit malzemeler birçok açıdan, düşük maliyette klasik malzemelere göre üstünlük göstermektedirler. Çok zor hizmet koşullarında klasik malzemenin yapamayacağı görevleri başarmaktadırlar. Bundan ötürü bu durumda da maliyet pek aranmaz.

Kompozit malzemelerin en önemli üstünlükleri, ağırlıklarının çok azaltılabilmesine imkan tanımasıdır. Bu nedenle havacılık sanayisinde kompozitler sıklıklı kullanılır.  Kompozit yapı iç bileşenleri birbirlerine genelde kovalent bağla bağlı oldukları için çok yüksek dayanımlara erişebilmektedirler. Ağırlıktan kasıt, mukavemet/ağırlık oranıdır. Kompozit malzemelerde bu oran klasik malzemelere oranla çok yüksektir. İç yapının bu özelliklerinden dolayı kompozit malzeme yüksek mukavemet, yüksek elastisite modüllerine, iyi derecede yorulma ve sürünme özelliklerine vb. yapısal özelliklere sahiptirler.

kompozit gerilme-uzama

Şekil: Malzemelerin Gerilme – Uzama İlişkileri (Cam – Yumuşak Metal – Kompozit)

Kompozit malzemelerde birbirine zıt özellikleri isteyen yönlerde kullanılır. Şöyle ki, yüksek mukavemetli tok bir malzeme klasik yapıyla uyuşmaz. Çünkü malzemenin gerilme mukavemeti arttıkça tokluğu düşer, yani kırılganlaşır. Örneğin, cam yüksek basınçlara dayanabilse de çok büyük deformasyonlarda kırılganlaşır.

Bu malzeme kırılana kadar bünyesinde çok enerji depo ettiğini gösterir. Buna en iyi karayollarında kenar banketleridir. Otoban yollardaki bu banketler arabaların çarpmasına karşı çok dayanıklıdırlar. Tok malzemeler diğerlerine göre çok aşırı miktarda enerji içererek kopar. Genel kullanılan kompozit malzemelerde yapısal bileşenleri arasında mukavemet ve tokluk özelliği bakımından bir fark yoktur. Fakat en çok kullanılan tek yönlü kompozit malzemelerde bu özellikler kendisini oluşturan klasik malzemelere oranla çok çok üstündür.

Kompozit malzemelerin klasik malzemelere oranla diğer bir üstünlükleri de yorulma özelliklerinin çok iyi oluşudur. Klasik malzemelere göre kompozit yapı malzemelerinin gerilme/yoğunluk-tekrar arası ilişkide daha uzun ömürle daha yüksek oranlara dayanabilmektedirler. Kompozit malzemelerin  yorulma özelliklerinin iyi oluşu yapısal dizaynından kaynaklanmaktadır. Klasik malzemelerde dinamik yüke binmiş parçada oluşacak bir hata-çatlak vb. hızla ilerler ve sonuçta malzeme kopar. Halbuki fiber kompozit gibi kompozit malzemelerde, kopan fiberler veya bileşenlerden matrise veya diğer elemanlara geçmez, geçmesi çok zordur. Özellikle tek ve çok eksenli gerilme taşıması için dizayn edilmiş kompozit malzemelerde gerilme doğrultularında yorulma özelliği çok fazladır. İdeal halde  kompozit malzemede, iyi dizaynda, pratik olarak sonsuz ömürlü konstrüksiyon yapılabilir.

Kompozit malzemelerde, yüksek ısıl gerilmelere dayanıklı malzeme dizaynı da kolay ve mümkündür. Özellikle tabakalaşmış kompozit malzemelerde bu dizayn yapılır.

Sonuç olarak tüm kompozit malzemelerin ana üstün özeliklerini şöyle sıralanabilir;

1) Çok bileşenli malzeme olduğu için aşırı dizayn istekleri sağlanabilir,
2) %20 – %60 oranında ağırlık azaltılması sağlanmıştır,
3) Genellikle sabit ve değişken maliyetleri düşüktür,
4) Isıl genleşmeleri düşük yapılabilir,
5) Yorulma ve kırılma özellikleri iyidir.
6) Korozyona direnci iyidir,
7) Çarpışma ve hasar toleransı yüksektir,
8) Tabakalılarda klasik malzemelere göre direnci iyidir,
9) İmalat ve montajı kolaydır,
10) Kompozitlerin şekillendirilmesi klasik metallerin şekillendirilmesine oranla
yaklaşık 5 kat daha ucuzdur,
11) Hafiftir, yani mukavemet/ağırlık oranı yüksektir,
12) Kolay ve hızlı üretim yapılabilir,
13) İlave katkı malzemeleriyle çok çeşitli özellikler kazandırılabilir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.