Kompozitler

• Üç ana grupta toplanırlar;– Yapay Kompozit malzemeler– Doğal kompozit malzemeler– Parçacık takviyeli kompozit malzemeler

Farklı malzemelerin üstün özelliklerini aynı malzemede toplamak amacıyla iki veya daha fazla ana malzeme grubuna ait malzemelerin bir araya getirilmesi ile elde edilen malzeme grubudur.

•Cam takviyeli polimerler: Yüksek dayanım ve tokluk.•Beton; çimento, nervür çelik, kum, çakıl.

*

Bileşenler

• Kompozit malzemeler iki bileşenden oluşur;– Matris– Takviye

• Kompozitler dayanımlarını genelde sert ve gevrek olan takviyeden alırlar.

• Matris ise takviyeleri bir arada tutma ve tokluk ve süneklik kazandırma görevi görür.

*

Takviye Malzemeleri • Seramik: Oksitler, karbürler, silikatlar, nitrürler vs.• Metal; Çelik, Titanyum, Bor,• Polimer: Aramid, Naylon, vs.

Matris Malzemeleri • Polimer esaslı.• Metal veya alaşım esaslı • Seramik esaslı

*

*

Yapay Kompozitler

Elyaf Malzemeleri • A-Cam (pencere camı)• AR-Cam (Alkali dayanıklı)• C-Cam (Kimyasal dayanıklı)• E-Cam (Elektrik yalıtımı)• S-Cam (Yüksek dayanım)• Kevlar• Grafit

Matris Malzemeleri• Termoset:

– Epoksi (yüksek dayanım)– Polyester (Genel amaçlı)– Fenolik (Yüksek T, aşınma)– Silikon (Elektrik izolasyon)

• Termoplastik– Naylon 66 (yüksek süneklik)– Polikarbonat (Yüksek tokluk)– Polistirin (Yüksek süneklik)

Metal Matrisli Yapay Komp.

• B / Al

• Al2O3 / Al

• Al2O3 / Mg

• SiC / Al

• SiC / Al

• ThO2 / Ni

Seramik Matrisli Yapay Komp.

• SiC / Al2O3

• SiC / Li/Al-silikat

• Beton (Çakıl, kum, çimento)

• Cam / t-ZrO2

• Al2O3 / t-ZrO2

Yapay Kompozitler

Polimer Matris

En çok kullanılan takviye elemanı Camdır. Diğer takviye elemanları

– Kevlar (Aramid) / Epoksi– Kevlar / Polyester– Grafit / Epoksi– Grafit / Polyester– Grafit / PEEK– Grafit / PS

Takviye Türleri• Elyaf; Uzun, kısa, kırpık, keçe, dokuma, vs.• Tel ve sakalcık; ince yüksek dayanımlı teller,

sakalcıklar (whiskers)• Parçacık; tozlar, partiküller, vs.

*

• Metal elyaf takviyelerde yüksek dayanımlı metal teller kullanılır.

• Tellerin yanı sıra tek kristal olan yüksek dayanımlı “visker” adı verilen (sakalcık-whiskers) ince ve kısa geometrilerde kullanılır.

• “Viskerler en az kristal hataya sahip olduklarından dayanımları teorik değerlere ulaşır”

*

Doğal elyaf takviyeli kompozitler

• Bu gruba ağaçlar girer.– Yumuşak ağaçlar

• Sedir, köknar, çam, ladin

– Sert ağaçlar• Dibudak, kayın, ceviz, meşe, gürgen.

• Ağaçlarda;– Matris; protein esaslı ve yarı selüloziktir.– Elyaflar; selüloz esaslıdır.– Anizotropik özellik gösterir.– Nem ve mikroorganizmalardan etkilenir bu nedenle

kullanmadan önce fırınlanması gerekir.

Parçacık Takviyeli Kompozitler• Parçacıklar; seramik, metal, polimer matrislerin içerisine

katılarak kompozitler yapılır.• Boyutlarına göre ince veya kaba taneli olabilirler.• Parçacık boyutlarının aynı olmasına özen göstermek gerekir.• Parçacıklar mekanik özelliklerin yanı sıra diğer nedenlerle

kullanılabilirler;– Pigmentler,– Gaz oluşturucu katışkılar– Katılaşma geciktiriciler– Katılaşma hızlandırıcılar

• Mekanik özeliklerin iyileştirilmesi amacıyla sert parçacıklar katılabilir. Örneğin; metal matrisli malzemeler içine Mekanik alaşımlandırma ile katılması. Bu işleme “dispersiyon sertleşmesi” de denilir.

Mekanik özellikler• Kompozitin mekanik özelliklerinde; hacim oraları, zorlama yönü, ara

yüzey dayanımına, takviye ve matris malzemesi, takviyenin geometrisi çok önemli.

Kompozitlerin mekanik özellikleri– Takviyenin dayanımına– Takviyenin geometrisine– Takviyenin yoğunluğuna bağlıdır.

• Özgül dayanım ve Özgül modül değerleri de dikkate alınmalı. Bu değerler;

E

E ρ

σσ s

çs

Şeklinde bulunur. Kevlar veya karbon takviyeli epoksi kompozitlerde yüksek değerler elde edilir.

Anizotropi

Takviyenin,– Uzun Elyaf– Dokuma

olması durumunda anizotropiye rastlanır. Partikül, kırpık, veya keçe olması durumunda anizotropi azalır.

Malzemelerin mekanik özellikler açısından yöne bağımlılık göstermesine “Anizotropi” adı verilir. Mekanik özellikler her yönde aynı değildir.

*

Takviye Yönü mekanik özellikleri belirleyen önemli bir parametre

emk FFF

eemmkk AAA

k

ef

k

mmk A

A

A

A eemmk VV

eeemmmkk VEVEE

fmc

eemmk VEVEE

eemmk VXVXX

Elyafa Paralel Yönde Zorlama

*

emk

eemmk VV

ee

mm

k EV

EV

E

meem

emk VXVX

XXX

emk LLL

k

e

k

m

k

k

L

L

L

L

L

L

ee

mm

k EV

EV

E

111

meem

emk VEVE

EEE

Elyafa Dik Yönde Zorlama

Parçacık takviye durumunda• İki uç durumu hesaba katma söz konusu :Eş gerilme (iso

stress) veya eş uzama (iso strain)– n = 1 eş birim şekil değişimi– n = -1 eş gerilme– -1 < n < 1 aradaki değerler.

• Düşük modüllü matris, yüksek modüllü takviye n 0• Yüksek modüllü matris, düşük modüllü takviye n 1/2

mn

mpn

pn

k VEVEE

m: Düşük dayanımlı bileşenp: Yüksek dayanımlı bileşenn: Zorlanmaya bağlı üstel

Ara yüzey dayanımı

• Ara yüzey dayanımı, matris ile elyaf arasındaki kuvvet iletimi açısından çok önemlidir.

• Yüksek toklukta (metal veya polimer) matrise sahip kompozitlerde ara yüzey dayanımının yüksek olması istenir.

• Düşük toklukta matrise (seramik) sahip kompozitlerde, çatlağın elyafa iletimini engellemek için ara yüzey bağının zayıf olması istenir. Böylece çatlak matristen elyafa geçemeden ara yüzeyde durdurulabilir veya farklı yöne yönlendirilebilir.