MALZEMESİ DERSİ-6

İLERİ YAPI MALZEMELERİ
DERS-6
KOMPOZİTLER
KOMPOZİTLER
• 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.
• Üç ana grupta toplanırlar;
– Yapay Kompozit malzemeler
– Doğal kompozit malzemeler
– Parçacık takviyeli kompozit malzemeler
KOMPOZİTLER
• 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.
KOMPOZİTLER
•
•
•
•
•
•
Matris Malzemeleri
Polimer esaslı.
Metal veya alaşım esaslı
Seramik esaslı
Takviye Malzemeleri
Seramik: Oksitler,karbürler,silikatlar,nitrürler vs.
Metal; Çelik, Titanyum, Bor,
Polimer: Aramid, Naylon, vs.
KOMPOZİTLER
Takviye Türleri(Fiziksel açıdan)
• Elyaf; Uzun,kısa,kırpık, keçe, dokuma, vs.
• Tel ve sakalcık; ince yüksek dayanımlı
teller, sakalcıklar (whiskers)
• Parçacık; tozlar, partiküller, vs.
KOMPOZİTLER
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
KOMPOZİTLER
Matris Malzemeleri
• Termoset:
–
–
–
–
Epoksi (yüksek dayanım)
Polyester (Genel amaçlı)
Fenolik (Yüksek T, aşınma)
Silikon (Elektrik izolasyon)
• Termoplastik
– Naylon 66 (yüksek süneklik)
– Polikarbonat (Yüksek tokluk)
– Polistrin (Yüksek süneklik)
KOMPOZİTLER
Yapay Kompozitler
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
KOMPOZİTLER
XPolimer Matris
• En çok kullanılan takviye elemanı Camdır.
Diğer takviye elemanları
– Kevlar (Aramid) / Epoksi
– Kevlar / Polyester
– Grafit / Epoksi
– Grafit / Polyester
– Grafit / PE
– Grafit / PS
KOMPOZİTLER
• Metal elyaf takviyelerde yüksek dayanımlı
metal teller kullanılır.
• Tellerin yanı sıra tek kristal olan yüksek
dayanımlı “visker” adı verilen (sakalcıkwhiskers) ince ve kısa geometrilerde
kullanılır. Viskerler en az kristal hataya
sahip olduklarından dayanımları teorik
değerlere ulaşır.
KOMPOZİTLER
Doğal elyaf takviyeli komopozitler
Bu gruba ağaçlar girer.
Yumuşak ağaçlar
Sedir, köknar, çam, ladin
Sert ağaçlar
Dibudak, kayın, ceviz, meşe, gürgen.
Ağaçlarda;
Matris; protein esaslı ve yarı selülozikdir.
Elyaflar; selüloz esaslıdır.
Anizotropik özellik gösterir.
Nem ve mikroorganizmalardan etkilenir bu nedenle
kullanmadan önce fırınlanması gerekir.
KOMPOZİTLER
Anizotropi
Malzemelerin mekanik özellikler açısından yöne
bağımlılık göstermesine “Anizotropi” adı verilir. Mekanik
özellikler her yönde aynı değildir.
• Takviyenin,
– Uzun Elyaf
– Dokuma
olması durumunda
anizotropiye rastlanır.
• Partikül, kırpık, veya
Keçe olması durumunda
anizotropi azalır.
KOMPOZİTLER
• Parçacık Takviyeli Kompozitler
• Parçacıklar; seramik, metal, polimer matrislerin içerisine katılarak
kompozitler yapılır.
• Parçacıklar 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 özelliklerin iyileştirilmesi amacıyla sert parçacıklar
katılabilir. Örneğin; metal matrisli malzemeler içine Mekanik
alaşımlandırma ile katılması. Bu işleme “dispersiyon sertleşmesi”
de denilir.
Takviye Yönü mekanik özellikleri belirleyen önemli bir
parametre
KOMPOZİTLER
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.
(Çatlak oluşma ihtimali düşük olduğu için)
Düşük toklukta matrise (seramik) sahip
kompozitlerde, çatlağın elyafa iletimini engellemek
için arayüzey bağının zayıf olması istenir. Böylece
çatlak matristen elyafa geçemeden ara yüzeyde
durdurulabilir veya farklı yöne yönlendirilebilir.
KOMPOZİTLER
Mekanik özellikler
Kompozitin mekanik özelliklerinde; hacim oranları, zorlama yönü, ara
yüzey dayanımı , 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 alınmalıdır. Bu
değerler
σs 
σç
ρ
E
Es 

Şeklinde bulunur. Kevlar veya karbon takviyeli epoksi kompozitlerde
yüksek değerler elde edilir.
KOMPOZİTLER
Kompozit Malzeme ne demektir ?
En az çelik kadar sağlam, olabildiğince hafif,
yüksek sıcaklıklarda kullanılabilen, aynı
zamanda ekonomik olan malzemeye
kompozit malzeme diyoruz.
Kompozit malzeme
nelerden oluşur?
Lif(Elyaf)+matrix(Polyester)
= Kompozit malzeme
KOMPOZİTLER
Kompozit malzeme kullanım alanları
1. Denizcilik Sanayii
2. Spor araçları sanayii
3. Müzik aletleri Sanayii
Kompozit malzeme çeşitleri
1. Elyaflı kompozitler
2. Parçacıklı kompozitler
3. Tabakalı kompozitler
KOMPOZİTLER
ELYAFLI KOMPOZİTLER
Elyaf + Reçine = Elyaflı kompozit
Elyaflar ;
1. Cam elyafı 2. Karbon Kevlar 3. Bor lifleri
Reçineler ;
1.Epoksi reçineleri 2. Polyester reçineleri 3. Polyamid
(Naylon) ler
Cam elyafı
KOMPOZİTLER
Matris içinde elyafların yerleşimi mukavemeti etkiler.
Uzun elyaflar paralel yerleştirilir,boyca mukavemet
artar,boya dik mukavemet düşer.
Elyafla matris arasındaki yapışma çok önemlidir.
Elyafın nemli olmaması çok önemlidir.
KOMPOZİTLER
1. Cam elyaflı kompozitler
Cam fiber
takviyeli
örgü
Cam fiber kanat
Cam fiber raket
KOMPOZİTLER
2. Karbon-kevlar kompozitler
Karbon-kevlar plakalar
Kask
Oturak kaplaması
Eldiven
KOMPOZİTLER
3. Bor fiber kompozitleri
KOMPOZİTLER
PARÇACIKLI KOMPOZİTLER
Takviye parçacık + Bağlayıcı =
Kompozit malzeme
Takviye parçacıklar
* Bor – 150-200 mikron
* Karbon - 7 mikron
* SiC - 100-150 mikron
* Alumina - 20 mikron
KOMPOZİTLER
* Matris içinde başka malzeme parçacıkları bulunur.
* Mukavemet, parçacıkların sert olup olmamasına
bağlıdır.
* Metal parçacıkları en önemlileridir.Isıl ve elektrik
iletkenlik bunlarla sağlanır.
* Metal parçacıkla beraber seramik parçacıklar da
varsa, sertlik ve yüksek sıcaklığa dayanım bunlarla
sağlanır.
KOMPOZİTLER
Bor tanecikli kompozitler
Olta malzemesi
Bor kaplı ceket
KOMPOZİTLER
Karbon takviyeli kompozitler
Uçak kanatları
Tekerlek cantları
Akü kabı
KOMPOZİTLER
SiC tanecikli kompozitler
Aşınmaya süper dayanıklı parçalar
Yalıtkan gömlekler
KOMPOZİTLER
Alumina kompozitler
Elektrik yalıtım
uygulamalarında
Ateşe dayanıklı
levhalar
KOMPOZİTLER
TABAKALI KOMPOZİTLER
Tabaka + Bağlayıcı = Kompozit
malzeme
Tabaka olarak elyaftan üretilmiş
tabakalar kullanılır.Isı ve nem’e
dayanıklı tabakalardır.Metallere
göre çok hafif ve aynı zamanda
mukavimdirler
KOMPOZİTLER
Sandwich yapılar da tabaka olarak kullanılır.
Yük taşımazlar sadece izolasyon özellikleri
yüksek olduğundan kaplama olarak
kullanılırlar.
Sandwich panel
KOMPOZİTLER
Sandwich panel kabin
KOMPOZİTLER
Kompozit Malzemelerin Genel Özellikleri
1. Hafif olmaları tercih sebepleridir.
2. Genleşmeleri düşük dolayısıyla boyutları
kararlı oluyor.
3. Mekanik özellikleri yüksektir.
4. Kimyasallara karşı dirençleri yüksektir.
5. Plastiklerle karşılaştırıldıklarında yüksek
ısıya dayanırlar
6. Elektriksel özellikleri ayarlanabilir.
KOMPOZİTLER