Partikülat kompozitlerde matrislerin fonksiyonları, fiber
takviyeli kompozitlerden oldukça farklıdır. Partikülat kompozitlerde matris,
bir agregatın bağlayıcısıdır. Fiber takviyeli kompozitlerde ise matris fazın
fonksiyonları çeşitlidir. Birincisi fiberleri bir arada tutar ve malzemeye
uygulanan gerilimin çoğunu fiberlere transfer eder; matris gerilimin sadece az
bir kısmını taşır. Matris esnek olmalı, fiberin elastik modülü matrisinkinden
daha yüksek olmalıdır.
Matris fazın ikinci fonksiyonu barındırdığı takviye
malzemeyi mekanik aşınmalardan, çevresiyle olabilecek kimyasal reaksiyonlardan
korumasıdır. Bu tür etkileşimler kırılmayla sonuçlanabilecek yüzey kaymalarına
neden olur, düşük gerilme kuvvetlerinde bile kompozitin çökmesine yol açar.
Matrisin diğer bir fonksiyonu fiberleri birbirlerinden ayrı
tutmasıdır; bu durumda fiberden fibere aktarılan kırılma ilerlemesi, matrisin
esnek ve plastik yapısıyla önlenir. Matris ve fiber arasındaki bağın kuvveti,
fiberlerin matristen ayrılmasını zorlaştırır, veya matris, kırılma ilerlemesini
engelleyen bir bariyer görevi yapar.
Polimer
Matris Kompozitler (PMC)
Polimerler
oldukça zayıf, düşük-sıkılıkta (stiffness) malzemelerdir; yapısal kullanıma
uygun mekanik özellikler kazanabilmesi için sürekli veya süreksiz fiberlerle
kuvvetlendirilmesi gerekir. Polimerik matrislerde takviye olarak seramik veya
metalik partiküller de kullanılabilir, bunlar, malzemenin modülünü artırır,
ancak kuvvetinde önemli bir artış sağlamaz, hatta zayıflamasına neden olabilir.
Yine de, elektronik sanayinde, fiziksel özelliklerinin yeterli olması nedeniyle
partikül takviyeli polimerlerin kullanımı oldukça yaygındır.
Bu tip
uygulamalarda monolitik polimere seramik partiküller (alumina, aluminyum
nitrid) ve hatta elmas takviyeler ilave edilerek termal iletkenliği yüksek,
termal genleşme katsayısı düşük olan elektrik izolasyon malzemeleri yapılır.
(BÖLÜM. 4 POLİMER
MATRİS KOMPOZİTLER, PMC)
Şekil-1:
Kompozitlerin içerdiği matris fazların sınıflandırılması
Tablo-1:
Tipik Bazı Matris Malzemelerin Özellikleri
Malzeme
|
Sınıf
|
Yoğ. g/cm3
|
Modül, GPa
|
Gerilme, MPa
|
Gevşeme, %
|
TC, W/m.K
|
CTE ppm/K
|
Epoksi
|
polimer
|
1.8
|
3.5
|
70
|
3
|
0.1
|
60
|
Al (6061)
|
metal
|
2.7
|
69
|
300
|
10
|
180
|
23
|
Ti (6Al-4V)
|
metal
|
4.4
|
105
|
1100
|
10
|
16
|
9.5
|
Silikon karbid
|
seramik
|
2.9
|
520
|
-
|
<0.1
|
81
|
4.9
|
Alumina
|
seramik
|
3.9
|
380
|
-
|
<0.1
|
20
|
6.7
|
Cam
|
seramik
|
2.2
|
63
|
-
|
<0.1
|
2
|
5
|
Karbon
|
karbon
|
1.8
|
20
|
-
|
<0.1
|
5-90
|
2
|
TC: termal iletkenlik,
CTE, termal genleşme katsayısı
Metal Matris
Kompozitler (MMC)
Monolitik
metalik alaşımlar makine mühendisliği uygulamalarda çok fazla kullanılan
malzemelerdir. Bunların sürekli fiberler, süreksiz fiberler, whiskerler ve
partiküllerle takviye edilmesiyle, örneğin, daha yüksek kuvvet, stiffness ve
aşınmaya dayanıklılıkta; düşük termal genleşme katsayılı yeni modifiye
malzemeler elde edilir.
Monolitik
malzemenin kuvvetinde ve modülünde en yüksek artış sürekli fiber takviyelerle
sağlanır. Sürekli takviye fiberlerin çoğu oldukça pahalıdır, bu nedenle de
MMC’lerde daha çok süreksiz fiberler ve partikül takviye malzemeler
kullanılmaktadır.
(BÖLÜM. 5 METAL
MATRİS KOMPOZİTLER, MMC)
Seramikler
genellikle yüksek derecede sıkı (stiffness) ve serttir, aşınmaya, korozyona ve
oksidasyona dayanıklıdır, yüksek sıcaklıklarda işlenebilir; ancak yüksek
gerilme kuvveti uygulanan malzemelerde kullanımı sorunlar yaratabilir.
Seramiklerin kırılma dayanımı çok düşüktür, dolayısıyla ufak çatlamalara ve
hasarlara karşı çok hassastır; büyük gerilimlerde dağılır, termal ve mekanik
şoklara direnç gösteremez.
(BÖLÜM. 6 SERAMİK
MATRİS KOMPOZİTLER, CMC)
Karbon-karbon
kompozitler, karbon matrislerin sürekli ve süreksiz fiberlerle takviye
edilmesiyle hazırlanır. Diğer kompozitlerde olduğu gibi bu sınıfa da giren çok
sayıda malzeme vardır. Özellikleri etkileyen başlıca değişkenler arasında fiber
tipi ve formu, hacim fraksiyonu ile matrisin karakteristikleri sayılabilir.
(BÖLÜM. 7
KARBON-KARBON KOMPOZİTLER, CCC)
