Kompozit Malzemelerin Mühendislik Uygulamaları: Sınıflandırılması, Mekanik Hesaplamaları, Üretim Yöntemleri ve Kullanım Alanları

Abstract

Günümüzde hızla gelişen teknolojilere bağlı olarak endüstrinin ihtiyacını karşılayacak malzemelerden beklenen nitelikler hızla artmaktadır. Yüksek dayanım kabiliyeti, imal edilebilirlik, işlenebilirlik, şekillendirilebilirlik, hafiflik ve maliyet gibi birçok etkenden oluşan bu nitelikler sürekli iyileşme ve gelişme göstermektedir. Bundan dolayı istenilen özellikleri elde etmek için malzeme teknolojileri ve üretim yöntemleri hızla gelişmektedir. Bu bağlamda iki ya da daha fazla malzemenin bir araya gelerek oluşturduğu üstün spesifik özelliklere sahip kompozit malzemeler endüstride ön plana çıkmaktadır. Kompozit malzemeler ilkel çağlarda toprak, su ve saman gibi malzemelerden üretilirken, günümüzde yüksek teknoloji mühendislik malzemeleri kullanılarak üretilmektedirler ve her alanda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu çalışmada kompozit malzemenin tanımı ve sınıflandırılmasına, mekanik özelliklerine, üretim yöntemlerine ve farklı mühendislik alanlarında kullanımlarına yer verilmiştir. Kompozit malzemelerin sınıflandırma içerisindeki en önemli ve temel konu kompozit malzemeyi oluşturan matris ve takviye fazlarıdır. Matris ve takviye elemanları bir araya gelerek kompozitin genel fiziksel ve mekaniksel özelliklerini ortaya koyar. Matris ve takviye fazları olarak kullanılabilecek metal, seramik, polimer, fiber gibi malzemelerin ve bu malzemelerin kullanımındaki boyutsal etkileri ve yapı içerisinde dağılımları detaylı şekilde incelenmiş ve yorumlanmıştır. Mühendislik uygulamalarında kullanılacak malzemelerin seçilmesinde en önemli etken malzemelerin mekanik özellikleridir. Kompozit malzemelerinde farklı mühendislik alanlarında kullanımının yaygın olması nedeniyle kompozitlerin mekanik özelliklerinin ortaya konulması kaçınılmazdır. Bu bakımda çalışmamızda malzemenin mekanik davranışını etkileyen elastik modül, malzeme yüzey alanı, uygulanan kuvvet gibi faktörlerin etkileri detaylı bir şekilde incelenerek, kompozit malzemelerin mühendislik hesaplarına yer verilmiştir. Bunun yanı sıra bir malzemenin üretim yöntemi de malzeme özelliklerine etkisinin olduğu bilinmektedir. Bu kapsamda, özellikle fiber kompozitlerde kullanılan elle serim, püskürtme, elyaf sarma, reçine transfer kalıplama, vakumlu paketleme yöntemleri açıklanarak avantajları ve dezavantajları ortaya konulmuştur. Sınıflandırılması, mekanik özellikleri ve üretim yöntemleriyle açıklanan kompozit malzemelerin günümüzde farklı mühendislik yaklaşımlarıyla savunma, uzay ve havacılık, otomotiv, inşaat, elektrik ve elektronik gibi endüstride kullanım alanları örneklerle açıklanmıştır.