Karbon malzemelerin dayanım özellikleri nelerdir?

Giriş

Karbon malzeme, yüksek mukavemet ve yüksek sertlik gibi üstün özelliklere sahip bir malzeme türüdür. Son yıllarda karbon malzemelerin, özellikle de grafenin hızlı bir şekilde geliştiği görülmektedir.

Karbon malzemelerin mukavemeti esas olarak yapısal kusurlarından kaynaklanmaktadır, serbest zincirler grafit katman. Karbon malzemelerin gücü öncelikle yapısal kusurlarından, grafit tabakasındaki serbest zincirlerden kaynaklanmaktadır.

Grafit tabakalarının istiflenmesi, grafen tabakalarının katlanması ve bükülmesi, karbon yapısında boşlukların ve kafes kusurlarının varlığı gibi birçok yapısal kusur vardır.

Bu yapısal kusurlar genellikle oluşum veya kullanım sırasındaki sıcaklık değişimleriyle ilgilidir. Oluştukları veya kullanıldıkları (kaynak gibi) sıcaklık ve basınç koşulları ne kadar yüksekse, zamanla mikroyapılarında o kadar fazla kafes kusurları ortaya çıkar. Bu olgu nedeniyle bazı malzeme özelliklerinin hafifçe değişmesi de mümkündür.

Bu yapısal kusurlar karbon malzemenin stabilitesini azaltacak ve böylece mukavemetini artıracaktır.

Şunu sorabilirsiniz: Karbon malzemeler sağlam ve hafiftir, ama neden? Cevap, karbon malzemelerin yüksek mukavemete sahip olmasıdır.

Karbon malzeme çeşitli şekil ve boyutlarda üretilebildiğinden mükemmel bir güç/ağırlık oranına sahiptir.

Yüksek mukavemetli karbon elyaf havacılık ve uzay araçları, rüzgar türbinleri ve spor ekipmanları (tenis raketleri gibi) gibi uygulamalar için idealdir. Hafifliğinin yanı sıra karbon fiber aynı zamanda mükemmel bir ısı ve elektrik iletkenidir. Bu da onu otomobillerdeki veya bilgisayarlardaki elektrik motorları gibi elektronik bileşenlerde kullanım için ideal hale getirir. Bunun nedeni, tüketicilerin hareket halindeyken kullanırken çok fazla enerjiyi hızlı bir şekilde aktarmaları gerektiğidir!

Karbon malzemenin gücü esas olarak iç yapısal kusurlarından gelir.

Karbon atomları, kolayca kırılabilen kovalent bağlarla (elektron paylaşımı) bir arada tutulur. Ne kadar çok bağ kırılırsa, malzeme o kadar zayıflar. Bununla birlikte, bir kumaşta yeterince kafes kusurları varsa, o kadar çabuk zarar görmez çünkü iki veya daha fazla katmanın birleştiği ve birbirini bir arada tutmaya yardımcı olduğu yerler olacaktır. Karbon malzemeler düzensiz atomik yapılarıyla güçlüdürler ancak elmas gibi mükemmel küreler değillerdir!

Sonuç

Karbon fiber insan hayatında önemli bir malzemedir. Havacılık ve uzay araçları, askeri ekipmanlar ve spor malzemeleri de dahil olmak üzere birçok kullanım alanı vardır. Gelecekte, karbon elyaf gelişmeye devam edecek ve giderek daha fazla endüstri onu kullanacaktır.