1/26 KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ
Karbon-Karbon Kompozitlerin Genel Özellikleri Yüksek elastik modül ve yüksek sıcaklık mukavemeti (T > 2000 o C de bile mukavemet korunur). Sürünmeye dirençli Kırılma tokluğu çok yüksek. Termal genleşme katsayısı düşük. Yüksek termal iletkenlik Temel kullanım alanları: Roket motorları, yüksek performanslı otomobil frenleri ve hava araçları için sürtünme malzemeleri. Kompleks üretim yöntemlerinden dolayı maliyetleri oldukça yüksektir. 2/26
Maksimum çekme gerilmesib (>40 000 psi) Termal iletkenlik ~ 11.W/(m.K) Lineer termal genleşme =1.1 x 10-6 / o C Yoğunluk <2.990 g/cm 3 Elastik modül >69 GPa Ergime noktası >4100 o C 3/26
C-C Kompozitlerin Üretimi Sıcak Presleme (Hot pressing) Sıvı Faz İnfiltrasyon (Phase impregnation - LPI) Kimyasal Buhar İnfiltrasyonu (Chemical Vapor Infiltration - CVI) 4/26
C-C Kompozitlerin Uygulanması Uçak fren diskleri Isıtma boruları Uzaya giren araçlarda Roket motoru nozülleri Kalça kemiği protezleri Biyomedikal implantlar Takım ve kalıplar Motor pistonları Elektronik ısı düşürücüler Otomotiv ve motorlu bisiklet gövdeleri Bisikletler 5/26
C-C Kompozitlerin Havacılık Uygulanması Uçak ve Havacılık : NASA termal koruma sistemleri Motor fren diskleri, roket nozülleri, uzay araclarının atmosfere giriş çıkış kalkanları, fren diskleri, ısıtma elemanları vs. Tüm bu uygulamalar yüksek sıcaklık uygulamalarıdır. 6/26
Uzay mekiği burun konisi Atmosfere giriş sıcaklığı 3092 K sıcaklıkta olur (sürtünmeden) Uçak fren diskleri Çelikten iki-dört kat daha dayanıklı Spesifik ısısı çelikten 2.5 kat yüksek. Uzay mekiği burun bölgesi kapağı (C-C kompoziti) Fiberler kaplanarak karbon-karbon kompozitlerin yüksek sıcaklıklarda kullanım performansları arttırılabilir. Kimyasal etkilere karşı dayanım, Yüksek sıcaklıklarda oksidasyona dayanım 7/26
Özellikle uzay ve uçaklarda yüksek sıcaklıklarda çalışan parçalar için fiberler kaplanırlar. Karbon karbon tabakalar üzerinde değişikliklere gidilmiş (Oksidasyon ile) Özellikle uzay mekiği araçlarında iki tabakalı kaplama ile iç kısımda poroziteli bir tabaka (SiO2 ile izole edilen SiC), dış kısımda yoğun tabaka (SiC partikülleri ilaveli alkali silika camı) C-C kompoziti yüzeyinin modifikasyonu için yüzeye Si esaslı malzemeler difüzyonla emdirilip reaksiyon gerçekleştirilir. Yüzeyde termal koruma tabakası yapılır. 8/26
Tablo. C-C kompozitleri için literatürde verilen en yaygın ve önemli kaplama malzemeleri ve yöntemlerinin özeti 9/26
10/26 Uzay mekiği yüzeyinde C-C kompozit bölgeleri
C-C prototip jet uçağı türbin motor kanatçığı C-C türbin pervanesi 11/26
C-C otomobil pistonu. Al alaşımı piston örneği ile beraber bir C-C kompozit pistonu. C-C kompozit piston Harley- Davidson motosiklet motoru için geliştirilmiştir. 12/26
Yarış arabalarında kullanılan C-C debriyaj kavrama ve fren diskleri. 13/26 Roket fırlatma rampaları
Scim isimli bir uydu araç 2007 yılı içinde Mars atmosferine doğru fırlatılmayı planlanmakta. Scim 2009 yılında Mars yüzeyine inip örnekler alarak 2011 yılında dünyaya dönecek Scim aracının dış gövdesi C-C esaslı kompozitten yapılmış. Mars ve atmosferin sürtünmeden kaynaklanan ısısına dayanacak ve aynı zamanda yüzeyi toz vs. tutmayacaktır. 14/26
Son yıllarda içi boş karbon fiberler üretilerek bunlar arasına gaz veya sıvı faz infiltrasyon yöntemleri ile C emdirilmektedir. Çok daha yüksek mekanik ve fiziksel özellikler elde edilmektedir. 15/26
Şekil. Tipik carbon mikrobobinler İçi boş fiberler mikro bobin olarak adlandırılmakta. Karbon mikro-coiller CH4 + Ar atmosferinde 900-120OoC.de karbon kaplanarak yoğunlaştırılıp C-C kompoziti yapılır 16/26
17/26 Şekil. Bazı farklı yüksek sıcaklık malzemelerine göre C- C kompozitlerin spesifik mukavemet ve sıcaklık uygulama ilişkileri.