Kompozit malzeme, iki veya daha fazla farklı malzemenin, her birinin kendine özgü avantajlarını bir araya getirmek amacıyla makroskopik olarak birleştirilmesiyle oluşturulan bir mühendislik malzemesidir. Bu malzemeler, tek başlarına kullanıldıklarında sergilemedikleri üstün özellikler gösterebilirler. Genellikle, bir matris malzeme ve bir güçlendirici malzemeden oluşurlar.
Kompozit malzemeler, farklı özelliklere sahip iki veya daha fazla malzemenin bir araya getirilmesiyle oluşturulan ve bu malzemelerin bireysel özelliklerinden daha üstün bir performans sunan mühendislik malzemeleridir. Bu malzemeler, ağırlık, mukavemet, sertlik, korozyon direnci ve yorulma direnci gibi çeşitli faktörlerin optimize edilmesi gereken uygulamalarda sıklıkla tercih edilir.
Kompozit malzemelerin kullanımı, tarih öncesi çağlara kadar uzanmaktadır. Örneğin, çamur ve saman karışımıyla yapılan kerpiç tuğlalar, basit bir kompozit malzemedir. Daha yakın tarihlerde, 2. Dünya Savaşı sırasında fiberglas kullanımı, kompozit malzemelerin önemini artırmıştır. Günümüzde ise havacılık, otomotiv, inşaat ve spor malzemeleri gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadırlar.
Kompozit malzemeler genellikle iki ana bileşenden oluşur:
Matris Malzemeler: Kompozitin sürekli fazını oluşturan ve güçlendirici malzemeyi bir arada tutan malzemedir. Matris, yükün dağıtılmasında ve çevresel etkilerden korunmada önemli bir rol oynar. Örnekler arasında polimerler (epoksi, polyester, vinilester), metaller (alüminyum, titanyum) ve seramikler (silisyum karbür, alümina) bulunur.
Güçlendirici Malzemeler: Matris malzemesine mukavemet ve sertlik kazandıran malzemedir. Genellikle lifler, parçacıklar veya tabakalar halinde bulunurlar. Örnekler arasında karbon lifleri, cam lifleri, aramid lifleri, bor lifleri ve seramik parçacıklar bulunur.
Kompozit malzemeler, matris malzemesine göre sınıflandırılabilir:
Polimer Matrisli Kompozitler (PMK): En yaygın kompozit türüdür. Matris olarak polimerler (termoset veya termoplastik) kullanılır. Havacılık, otomotiv, denizcilik ve spor malzemeleri gibi alanlarda yaygın olarak kullanılırlar. Örnekler arasında karbon fiber takviyeli epoksi kompozitler bulunur.
Metal Matrisli Kompozitler (MMK): Matris olarak metaller (alüminyum, magnezyum, titanyum) kullanılır. Yüksek sıcaklık uygulamaları, otomotiv motor parçaları ve havacılıkta kullanılırlar. Daha yüksek mukavemet ve sıcaklık dayanımı gerektiren durumlarda tercih edilirler.
Seramik Matrisli Kompozitler (SMK): Matris olarak seramikler (silisyum karbür, alümina) kullanılır. Yüksek sıcaklık ve aşınma dayanımı gerektiren uygulamalar için uygundurlar. Fırın parçaları, kesici takımlar ve havacılıkta kullanılırlar.
Çimento Esaslı Kompozitler: Matris olarak çimento kullanılır. İnşaat sektöründe yaygın olarak kullanılırlar. Betonarme, fiber takviyeli beton gibi uygulamalarda kullanılır.
Kompozit malzemelerin özellikleri, bileşenlerinin özelliklerine ve oranlarına bağlıdır. Genel olarak, kompozit malzemeler aşağıdaki özelliklere sahiptir:
Mukavemet: Yüksek mukavemet/ağırlık oranına sahiptirler. Bu, hafif ve güçlü yapılar oluşturulmasına olanak tanır.
Sertlik: Yüksek sertlik değerlerine ulaşılabilir. Bu, yapıların deformasyona karşı dirençli olmasını sağlar.
Hafiflik: Metal ve seramiklere göre daha hafiftirler. Bu, yakıt tasarrufu ve taşıma kolaylığı sağlar.
Korozyon Direnci: Birçok kompozit malzeme, korozyona karşı yüksek direnç gösterir. Bu, bakım maliyetlerini azaltır ve ömrü uzatır.
Yorulma Direnci: Metal malzemelere göre daha iyi yorulma direncine sahiptirler. Bu, dinamik yüklemelere maruz kalan uygulamalar için önemlidir.
Kompozit malzemelerin üretimi, matris ve güçlendirici malzemenin bir araya getirilmesi ve şekillendirilmesini içerir. Yaygın üretim yöntemleri şunlardır:
Elyaf Sarma: Sürekli liflerin bir mandrel üzerine sarılması ve reçine ile doyurulmasıyla gerçekleştirilir. Tüp, boru ve basınçlı kaplar gibi silindirik şekillerin üretiminde kullanılır.
Püskürtme Yöntemi: Kısa liflerin reçine ile karıştırılarak kalıba püskürtülmesiyle gerçekleştirilir. Basit şekillerin ve büyük yüzeylerin kaplanmasında kullanılır.
Otoklav Kürleme: Kompozit malzemenin yüksek sıcaklık ve basınç altında kürlenmesiyle gerçekleştirilir. Havacılık ve uzay uygulamalarında yüksek kaliteli kompozit parçaların üretiminde kullanılır.
Reçine Transfer Kalıplama (RTM): Reçinenin bir kalıba enjekte edilmesiyle gerçekleştirilir. Otomotiv ve denizcilik sektöründe kullanılır.
SMC/BMC Kalıplama: Sac Kalıplama Bileşiği (SMC) veya Yığın Kalıplama Bileşiği (BMC) adı verilen önceden hazırlanmış malzemelerin kalıplanmasıyla gerçekleştirilir. Karmaşık şekillerin ve yüksek hacimli parçaların üretiminde kullanılır.
Kompozit malzemeler, geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir:
Havacılık ve Uzay Sanayi: Uçak gövdeleri, kanatlar, roket motorları ve uydu parçaları gibi yüksek performanslı uygulamalarda kullanılırlar.
Otomotiv Sanayi: Araç gövdeleri, tamponlar, iç parçalar ve motor parçaları gibi hafif ve güçlü bileşenlerin üretiminde kullanılırlar.
Denizcilik: Tekne gövdeleri, yelken direkleri ve diğer deniz araçlarının üretiminde kullanılırlar.
İnşaat Sektörü: Köprüler, binalar, cephe kaplamaları ve güçlendirme uygulamalarında kullanılırlar.
Spor Malzemeleri: Golf sopaları, tenis raketleri, kayaklar, bisikletler ve diğer spor ekipmanlarının üretiminde kullanılırlar.
Tıp: Protezler, ortezler, tıbbi cihazlar ve implantların üretiminde kullanılırlar.
Avantajları:
Dezavantajları:
Kompozit malzeme teknolojisi sürekli olarak gelişmektedir. Gelecekteki trendler arasında şunlar yer almaktadır: