18 Eyl 2021

Malzemeci Amca

Tüm Mühendislik Ders Notları

PARÇAÇIK TAVVİYELİ KOMPOZİTLER !!

çökeltme sertleşmesinde tartışılana benzer şekilde 10-100 nm parçacıklar içeren dispersiyon ile güçlendirilmiş kompozitler. Matris, uygulanan yükün büyük bir kısmını taşır ve küçük parçacıklar, plastik deformasyonu sınırlayarak çıkık hareketini engeller..

Parçacık takviyeli kompozitler

Bunlar en ucuz ve en yaygın kullanılanlardır. Parçacıkların büyüklüğüne bağlı olarak iki kategoriye ayrılırlar:

  • iyi bağlanmışsa, matrisin hareketini kısıtlayarak hareket eden büyük parçacıklı kompozitler.
  • çökeltme sertleşmesinde tartışılana benzer şekilde 10-100 nm parçacıklar içeren dispersiyon ile güçlendirilmiş kompozitler. Matris, uygulanan yükün büyük bir kısmını taşır ve küçük parçacıklar, plastik deformasyonu sınırlayarak çıkık hareketini engeller.

Büyük Parçacıklı Kompozitler

Özellikler, bileşenlerin bir kombinasyonudur. Karışımların kuralı, kompozitin elastik modülünün bir üst sınırının, matrisin (Em) elastik modülleri ve partikül (Ep) fazları açısından verildiğini öngörür.:

Ec = EmVm + EpVp

Vm ve Vp, iki fazın hacim kesiridir. Bir alt sınır tarafından verilir:

Ec = EmEp / (EpVm + EmVp)

Beton

En yaygın büyük parçacıklı kompozit, farklı boyuttaki parçacıkları (çakıl ve kum) birbirine bağlayan bir çimento matrisinden yapılmış betondur. Çimento zaten Mısırlılar ve Yunanlılar tarafından biliniyordu. Romalılar, kireci (CaO) volkanik buzla karıştırarak çimento yaptılar. Genel olarak, çimento kireç, alümina, silika ve suyun ince bir karışımıdır. Portland çimentosu, 1500o C’ye (kalsine edilmiş) ateşlenmiş tebeşir, kil ve kireç içeren minerallerin ince bir tozudur. Suda çözündüğünde bir macun oluşturur. Birkaç dakika içinde bir katı haline gelir ve yavaş yavaş sertleşir (tam güç için 4 ay sürer). Özellikler, ne kadar iyi karıştırıldığına ve su miktarına bağlıdır: çok az – eksik bağlanma, çok fazla – aşırı gözeneklilik.

Çimentonun avantajı, yerine dökülebilmesi, oda sıcaklığında ve hatta su altında sertleşmesi ve çok ucuz olmasıdır. Dezavantajları, zayıf ve kırılgan olması ve gözeneklerdeki suyun soğuk havalarda donduğunda çatlayabilmesidir. Beton, partiküllerin eklenmesiyle çimento ile güçlendirilir. Farklı boyutların (taş ve kum) kullanılması, benzer boyuttaki parçacıkların kullanılmasından daha iyi paketleme faktörüne izin verir.

Beton, gözenekleri daha küçük hale getirerek (daha ince toz kullanarak, polimerik yağlayıcılar ekleyerek ve sertleştirme sırasında basınç uygulayarak) iyileştirilir. Betonarme çelik çubuklar, teller, örgü eklenerek elde edilir. Çelik, benzer bir termal genleşme katsayısının avantajına sahiptir, bu nedenle termal gerilmeler nedeniyle çatlama tehlikesi azalır. Önceden gerilmiş beton, çimento sertleşirken ve sertleşirken çelik çubuklara gerilme gerilmesi uygulanarak elde edilir. Çekme gerilmesi giderildiğinde, beton sıkıştırma gerilmesi altında bırakılır, bu da gerilme yüklerini kırılmadan sürdürmesini sağlar. Önceden gerilmiş beton şekiller genellikle prefabriktir. Demiryolu veya otoyol köprülerinde yaygın olarak kullanılır.

Sermetler, tokluğu artıran bir metal matriste (yumuşak, sünek) seramik parçacıkların (güçlü, kırılgan) kompozitleridir. Örneğin, Co veya Ni tungsten karbür veya titanyum karbür seramikler. Sertleştirilmiş çelikler için kesme aletleri için kullanılırlar.

Güçlendirilmiş kauçuk, 20-50 nm karbon-siyah parçacıklarla güçlendirilerek elde edilir. Oto lastiklerinde kullanılır.

Dispersiyon Takviyeli Kompozitler

Metalleri ve metal alaşımlarını güçlendirmek için çok sert, küçük parçacıkların kullanılması. Etkisi çökelme sertleşmesi ama bir o kadar güçlü değil gibi. Oksitler gibi parçacıklar reaksiyona girmez, bu nedenle güçlendirme etkisi yüksek sıcaklıklarda korunur.

Fiber takviyeli kompozitler

Birçok uygulamada, uçak parçalarında olduğu gibi, birim ağırlık başına yüksek mukavemete (özgül mukavemet) ihtiyaç vardır. Bu, sert liflerle güçlendirilmiş düşük yoğunluklu (ve yumuşak) bir matristen oluşan kompozitlerle elde edilebilir.

Mukavemet, lifin uzunluğuna ve stres yönüne göre yönüne bağlıdır. Matris ve fiber arasındaki yük transferinin verimliliği, arayüzey bağına bağlıdır.

Yapısal Kompozitler

Üretim kolaylığı, düşük maliyet ve iyi özelliklerden dolayı kompozitlerin en büyük ve en çeşitli kullanımı.

Cam elyaf takviyeli kompozitler (GFRC) güçlü, korozyona dayanıklı ve hafiftir, ancak çok sert değildir ve yüksek sıcaklıklarda kullanılamaz. Uygulamalar arasında otomobil ve tekne gövdeleri, uçak bileşenleri bulunur.

Karbon fiber takviyeli kompozitler (CFRC), en yüksek spesifik modüle sahip olan karbon elyafları kullanır (modül Ağırlığa göre bölünür). CFRC güçlü, inert, yüksek sıcaklık kullanımına izin verir. Uygulamalar balıkçılık çubuklar, golf kulüpleri, uçak bileşenleri içerir. Kevlar ve aremid-fiber kompozit tekstil elyafları olarak kullanılabilir. Uygulamalar arasında kurşun geçirmez yelekler, lastikler, fren ve debriyaj balataları bulunur.

Odun

Bu en eski ve en yaygın kullanılan yapısal malzemelerden biridir. Lignin ve diğer polimerlerin bir matrisi ile çevrelenmiş ve bir arada tutulan güçlü ve esnek selüloz liflerinden (doğrusal polimer) oluşan bir kompozittir. Özellikleri anizotropiktir ve ahşap türleri arasında büyük farklılıklar gösterir. Ahşap, eksenel yönde radyal veya teğetsel yönlerden on kat daha güçlüdür.