Kompozit malzemeler İki veya daha fazla malzemeden üretilirler Ana fikir farklı malzemelerin özelliklerini harmanlamaktır Kompozit: temel olarak birbiri içinde çözünmeyen ve birbirinden farklı şekil ve/veya malzeme kompozisyonuna sahip iki veya daha fazla makrobileşenin bir araya getirilmesi ile oluşan malzeme
Elektrik ve termal iletken İyi mukavemet ve süneklik Yüksek tokluk Magnetik Metaller Yoğun Düşük sürünme direnci Düşük/orta korozyon direnci Elektrik ve termal olarak yalıtkan Aşınma ve korozyona direnç Yüksek mukavemet ve katılık KOMPOZİTLER Sürünmeye direnç Düşük yoğunluk Seramikler Şekil verme ve işlenebilirlik zor Çok düşük tokluk Sünek Kolay şekil verme Korozyona direnç Yüksek mukavemet/ağırlık Polimerler Düşük katılık ve mukavemet Zayıf yüksek sıcaklık özellikleri
Kompozit malzeme oluşturarak Dayanım Rijitlik Kırılma tokluğu Yorulma dayanımı Aşınma dayanımı Korozyona direnç Elektrik ve ısı iletkenliği Hafiflik Yüksek sıcaklık özelliği Estetik görünüm iyileştirilebilir
Bir malzemenin kompozit sayılması için; 1. İnsan tarafından üretilmeli 2. Farklı bileşenlerle beraber kimyasal olarak birbirinden farklı en azından iki malzeme kombinasyonundan oluşmalı 3. Kompozit malzemeyi oluşturan ayrı malzemeler üç boyutlu olarak birleşmeli 4. Kendisini meydana getiren bileşenlerin tek başlarına sahip olamayacakları özellikleri göstermeli Kompozit malzemeler matris ve takviye elemanı olmak üzere iki bileşenden oluşur Matris genellikle sünek ve düşük dayanımlı, takviye ise rijit, yüksek dayanıma sahiptir
Callister
Kompozit malzemelerde matris ile takviye elemanı birbirine karşı inert davranmalı aralarında kimyasal reaksiyon gerçekleşmemelidir. Ancak takviye ve matris arasında küçük interdifüzyon bağı güçlendirmektedir. Bunun dışında matris ile takviye fazı arasındaki bağlanma; Moleküler etkileşim Elektrostatik çekim Mekanik kitlenme şeklinde gerçekleşebilir
Callister
Callister
Calister
Callister
Callister
Kompozit malzemeler; matris malzemesine göre 1. Metal matrisli kompozitler (MMK) 2. Seramik matrisli kompozitler (SMK) 3. Polimer matrisli kompozitler (PMK) bazen organik matrisli kompozitler olarak da isimlendirilir takviye fazının şekline göre 1. Fiber takviyeli (kısa, uzun, wisker) 2. Levhasal 3. Partikül takviyeli kompozitler 4. Tabakalı
Metal Matrisli Kompozitler Matris nispeten yumuşak ve bükülebilir Bu nedenle; takviye yüksek mukavemet ve katılığa sahip olmalıdır Yük matristen takviye fazına transfer edildiği için matris-takviye bağı güçlü olmalıdır Kullanımda en çok; partikül (dispersiyonla sertleştirilmiş alaşımlar ve düzenli partiküllü kompozitler) ya da uzun fiber takviyeli metal matrisli kompozitler kullanılır
Polimer Matrisli Kompozitler Matris yumuşak Bu nedenle; takviye yüksek mukavemet ve katılığa sahip olmalıdır Yük matristen takviye fazına transfer edildiği için matris-takviye bağı güçlü olmalıdır Seramik Matrisli Kompozitler Matris sert ve gevrek Takviye çatlak büyümesine engel olmak için yüksek çekme mukavemetine sahip olmalıdır Takviye çatlak ilerlemesine engel olacağı için serbest olmalıdır Bu nedenle matris-takviye bağı nispeten zayıf olmalıdır
Metal matrisli kompozitler Dispersiyonla sertleştirilmiş kompozit Metal matris içerisinde 0,01 mm den 0,1 mm e değişen ince partiküllerin düzenli bir şekilde dağıldığı yapı, partikül hacim oranı %1-15 Partikül takviyeli kompozit Takviye elemanın boyutu 1mm dan büyük ve hacim oranı %5-40 Fiber takviyeli kompozit Sürekli fiberlerle takviye edilmiş MMK lerde takviye hacim oranı %70 lere kadar ulaşabilir
Dispersiyonla sertleştirilmiş metal matrisli kompozitler Dispersiyonla sertleştirilmiş alaşımlar kompozit olarak kabul edilebilir, takviye metal matriste çözünmez ve iki bileşen arasında etkileşim ya hiç yoktur ya da çok azdır Dispersoidler genellikle 10-250 nm çapında tane içi ve tane sınırlarında yerleşmiş oksit partikülleridir Disperse partiküller dislokasyon hareketine engel teşkil edecek kadar küçük boyuttadır ve bu şekilde katılık kadar akma mukavemetini de artırırlar Dispersiyonla sertleştirilmiş alaşımlar bazen çökelti sertleştirmesi ile mukavemetlendirilmiş alaşımlardan daha zayıftır. Ancak ısıtma ile aşırıyaşlanma, temperleme, tane büyümesi ve partikül kabalaşmaı oluşmadığı için yüksek sıcaklıklarda daha mukavim ve sürünmeye dirençlidir.
ThO 2 ile disperse edilmiş Ni in SEM mikrografı 300 nm çapında ThO 2 particles (X2000) Askeland
Elektrik kontaktları servis sırasında aşınmaya dirençli olmalıdır, yüksek iletken Cu ve Ag nispeten yumuşak ve bu nedenle aşırı aşınmaya maruz kalırlar Amaç mükemmel aşınma özellikleri ile iyi iletken kontakt üretmektir Ag e W partikülleri ilave edilerek hem iletken hem de aşınma özellikleri iyileştirilmiş kontakt malzemesi üretilmiş olur. Kompozit iki adımda üretilir: 1. Önce poroziteli düşük yoğunluklu tungsten tozlarından bulk üretilir 2. Sıvı gümüş vakum altında boşluklu W e infiltre edilir
Al alaşımımdan yapılan otomotiv biyel kolu ve pistonlar SiC partikülleri ilave edilerek mukavemetlendirilir SiC partikülleri sıvı-katı aralığında alaşıma ilave edilir
Microstructure of cast Al Alloy reinforced with particles of SiC magnified X125 Askeland
Al 2 O 3 -ZrO 2 kompoziti ZrO 2 köprü oluşumu İpek
Fiberlere Paralel Elastik Modül Aşağıdaki şekilde bir kompozit malzemeye fiberlere paralel yönde bir yük uygulandığı kabul edilmiş. Karışım kuralına göre kompozitte oluşacak olan toplam yük F c, fiber ve matriksin taşıdığı yükün toplamıdır. Fiber Matris F c =F m +F f F m = Matristeki yük, F f = Fiberdeki yük
Fiber Matris
Matris Fiber
Askeland Figure 16.11 Effect of fiber orientation on the tensile strength of E-glass fiber-reinforced epoxy composites.
Callister