Kompozit malzemeler, yapay kompozit işlemler yoluyla farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip iki veya daha fazla bileşen malzemeyi birleştirerek oluşturulan gelişmiş malzemelerdir. Genellikle, bir malzeme matris (örneğin, reçine, metal veya seramik) olarak hizmet ederken, diğeri takviye fazı (örneğin, lif veya parçacık) olarak hizmet eder.

Kompozit malzemelerin arkasındaki temel kavram, kendi eksikliklerini telafi ederken bireysel bileşenlerin avantajlı özelliklerini birleştirmektir. Bu sinerjistik etki, ortaya çıkan kompozitin sadece orijinal malzemenin elde edemeyeceği üstün performans sergilemesini sağlar.

Kompozit malzemelerin ana uygulama alanları

1. Havacılık endüstrisi (en gelişmiş ve talep eden uygulamalar)
Havacılık ve uzay sektörü, büyük ölçekli kompozit malzemeleri benimseyen ilk kişilerden biri olup, önemli değerlerini gösterdi.
2. Askeri uçaklar: Örneğin, ABD F-22 ve F-35 savaş uçakları yapısal ağırlıklarının 30%'inden fazlasını oluşturan kompozit malzemeleri içerir. Bu malzemeler kanatlar, gövde ve kuyruklar gibi birincil taşıma bileşenlerinde kullanılır ve ağırlığın önemli ölçüde azaltılmasına, geliştirilmiş gizli yeteneklere ve geliştirilmiş manevra kabiliyetine katkıda bulunur.
3. Sivil havacılık: Boeing 787 Dreamliner ve Airbus a350, yapısal bileşenlerinin 5011 için kompozit malzemeler kullanır. Gövde ve kanatlar gibi önemli parçalar karbon fiber kompozit malzemelerden yapılmıştır. Bu, önemli ölçüde ağırlık tasarrufu sağlar (yakıt tüketiminin 20%'den fazla azaltılması), metal yorgunluğa ve korozyona karşı direnç ve gerekli toplam bileşen sayısında azalma sonucu.

Ulaşım sektörü

1, otomotiv endüstrisi: gövde bileşenleri: Kapaklar, çatılar, kapılar, tamponlar ve diğer gövde parçalarında kompozit malzemeler kullanılır, böylece yakıt veya elektrik tüketimi azaltılır.

2. Yapısal bileşenler: BMW i3 ve i8 serileri, yapısal bütünlüğü korurken olağanüstü hafif tasarım elde ederken karbon fiber takviyeli yolcu kabinleri kullanır.

3. Fonksiyonel bileşenler: yaprak yayları, tahrik milleri, tekerlekler ve pil muhafazaları (özellikle elektrikli araçlar için önemli) kompozit malzemelerin yüksek mukavemet-ağırlık oranından yararlanır.

4. Demiryolu transiti: Yüksek hızlı trenler, lokomotif burun konisi, gövde panelleri, iç paneller, koltuklar ve sıhhi tesisler gibi bileşenlere kompozit malzemeler içerir. Bu malzemeler araç ağırlığını azaltmaya, enerji tüketimini azaltmaya ve ses ve ısı yalıtımını iyileştirmeye yardımcı olur.

5. Gemi inşası: Küçük yatlar ve yelkenli teknelerden büyük devriye teknelerine ve mayın temizleyicilerine kadar, cam elyaf takviyeli plastik (FRP) deniz suyu korozyonuna, manyetik olmayan özelliklere ve kalıplama kolaylığına karşı direnci nedeniyle gemi inşasında ana malzeme haline gelmiştir.

Yeni enerji ve çevre koruma alanları
1. Rüzgar enerjisi: Rüzgar türbini bıçakları kompozit malzemelerin en başarılı uygulamalarından birini temsil eder. Büyük bıçaklar (uzunluğunda 80 metrenin üzerinde) esas olarak cam elyaf veya karbon elyaf kompozit malzemelerden yapılır ve olağanüstü mukavemet, sertlik ve yorulma direnci gerektirir.

2. Fotovoltaik: Güneş paneli arka levhaları ve destek yapıları genellikle dış koşullarda uzun vadeli dayanıklılık ve hava direncini sağlamak için kompozit malzemelerden üretilir.

3. Yüksek basınçlı kaplar: Sıkıştırılmış doğal gaz (CNG) ve hidrojen (H₂) depolamak için gaz silindirleri genellikle karbon veya cam elyafla sarılmış alüminyum veya polimer iç astarlara sahiptir. Bu tasarım hafif ağırlığı yüksek mukavemeti birleştirir ve yüksek basınçlı gazları güvenli bir şekilde kapatır.

Spor ve eğlence ürünleri

Bu, kompozit malzemelerin genel halk için en tanınabilir uygulama alanlarından biridir. Kullanımları spor ekipmanlarının performansını önemli ölçüde artırdı.

Raketler: Tenis ve badminton raketleri, üstün esneklik ve şok emme sağlayan karbon fiber kompozit malzemelerden yararlanır.

Su sporları: Sörf tahtaları, kayaklar, kürek tahtaları ve yelken direkleri, hafif ve dayanıklı özellikleri nedeniyle genellikle kompozit malzemelerden yapılır.

Bisikletler: Üst düzey bisiklet çerçeveleri genellikle optimal hafif ve sertlik elde etmek için karbon fiber kompozit malzemelerden yapılır.

İnşaat mühendisliği ve altyapı
1. Yapısal takviye: Karbon fiber levhalar veya plakalar köprüler, binalar ve tüneller gibi beton yapıları takviye etmek ve onarmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzemeler yüksek mukavemet, kurulum kolaylığı ve yapısal boyutlar üzerinde minimum etki sağlar.

2. Yapı malzemeleri: kompozit malzemeler dekoratif paneller, gökyüzü, soğutma kuleleri, su tankları (örneğin, frp tankları) ve prefabrik banyolar yapmak için kullanılır.

3. Yenilikçi yapılar: Büyük bina çatıları ve membran yapılarının inşasında kompozit malzemeler sık sık kullanılır.

4. Elektronik ve Elektrik Uygulamaları
Baskılı devre kartı (PCBs): Substrat malzemesi (örneğin, FR-4) cam elyaf kumaş ve epoksi reçinenin kompozitidir ve mükemmel yalıtım ve mekanik mukavemet sağlar.

Kısacası, kompozit malzemeler modern endüstrinin "iskeleti" ve "kasları" olarak hizmet eder. Uygulamalarının genişliği ve derinliği gelecekteki teknoloji ve sosyal gelişim yörüngesini şekillendirmeye devam edecektir.