Ordu ve Savunma Sanayide Kompozit Materyallerin Kullanımı
- Onur Ilgaz Çelebi
- 7 Şub 2022
- 7 dakikada okunur
İçindekiler:
1. Giriş
1.1 Amaç
1.2 Problem
1.3 Hipotezler
2. Yöntem
3. Sınırlılıklar
4. Bulgular
4.1 Kompozit Malzemeler Nelerdir?
4.2 Kompozit Materyallerin Ortaya Çıkışı
4.3 Kompozit Materyallerin Temel Özellikleri ve Yapısı
4.4 Kompozit Materyallerin Savunma Sanayideki Zırhlarda Kullanımı
5. Sonuç
6. Kaynakça
7. Sözlük
1. Giriş
1.1 Amaç
Kompozit malzemelerin tarihsel süreçte nasıl icat edildiğini, nelere karşı duyulan ihtiyaç olacak şekilde kullanıldığını öğrenme vasıtasıyla kompozit materyallerin hangi kimyasal süreçlerden geçerek kullanılabilir hâle geldiğini öğrenmek. Saf bir malzeme türüne kıyasla kompozit malzemelerin ne tarz üstünlükler sağladığı, bu üstünlüklerin kompozit malzemelerin üretilmesinde kullanılan enerji ve maddi kayıp ile kıyaslandığında ortaya çıkan korelasyonun oluşturulması, kompozit malzemelerin verimliliğinin araştırılarak kompozit malzemelerin orduda kullanıldığı alanların saptanması ve ileri teknolojide orduda yeni alanlar için yeni alternatifler geliştirmek. Kompozit malzeme üretiminde kullanılan “maddelerin farklı olması” ilkesinin kimyasal açıdan neye karşılık geldiğinin kavranarak ileride oluşturulacak kompozit malzemelerin icadının önünü açmak.
1.2 Problem
Kompozit materyallerin kimyasal ve fiziksel özellikleri diğer organik metal özelliklerinden farklıdır. Bu nedenle özellikle son dönemlerde, metallere kıyasla kompozit materyaller daha da incelenip araştırmalara konu olmuştur, bu durum sonucunda kompozitlerin diğer metallere göre daha iyi ve daha kötü özellikleri ortaya çıkmıştır. Kompozitlerin yoğunluklarının diğer metaller ile kıyaslanması durumunda daha az yoğunluğa sahip olmalarından dolayı konstrüksiyonun hafiflik temelli olması gereken koşullarda bu malzemeler daha da değerli ve kullanışlı hâle gelmektedir. Anlatılanlara ek olarak fiber ile takviye edilmiş (karbonfiber vb. kompozitler) kompozit malzemelerin oksijen ile yavaş yanma tepkimesine girmiyor olması özelliği ve metallere göre çevreden daha izole hâlde barındırılabilmesi özellikleri kompozit malzemeleri değerli kılan özelliklerdendir ancak kompozit malzemelerde reçine maddesi, kompozit oluşumunda kullanılan takviye elemanını çevresel şekilde sarmayabilmeli ve yeterli nem sağlayabilmelidir. Islanma istenilen düzeyde sağlanamazsa, arabirim beklentinin altında olur ve kompozit malzeme işlevini istenildiği gibi yerine getiremez. Reçinenin beklenilmedik bir durumda kompozit dışına taşması, dökülmesi takviye elemanı ve matriks elamanı arasında kurulan bağ sonucu açığa çıkan yüzeysel görüntüde hava kabarcıkları oluşmasına ara bağların test edilen ve beklenenden zayıf olmasına ve zamanla kompozit materyalin deformasyonuna neden olur. Bu nedenle savunma sanayi gibi kritik durumlarda malzemelere güvenin fazlaca olması gereken sektörde bu reçine-nem uyumu düzgünce kurularak olası risklerin ve tehditlerin önüne geçilmelidir (Kinet 2008).
1.3 Hipotez
Kompozit materyaller sahip oldukları geniş kimyasal özellikler envanteri ve fiyat-performans açısından diğer temel materyallere kıyasla daha yüksek özelliklere sahip olması nedeniyle farklı ortam koşullarına uyum sağlanmasının kritik öneme sahip endüstriyel alan olan savunma sanayide bu tarz farklı değerlere uyum sağlama açısından fazlasıyla avantaj sağlayabilecek ve gerekliliğe göre incelik değeri değişken olması nedeniyle kompozit malzemelere ordunun genelinde rastlanması ve ilerleyen teknoloji ile ordunun daha da fazla teknolojisinde görülmesi kaçınılmaz olacaktır.
2. Yöntem
Hipotezin kontrol edilebilmesi ve doğruluğunun onaylanabilmesi adına geçmişten günümüze dek kullanılmış olan askeri teçhizatlardaki kompozit kullanım sıklığını araştırma yolu ile günümüzde ve geçmişteki kompozit materyallerin sahip olduğu kimyasal ve fiziksel farkların farkına varılarak bu geçiren değişimlerin ve teknolojik ilerlemelerin gerekçelerinin algılanarak ileride kompozit materyaller söz konusu olduğunda bizleri nasıl teknolojik ilerlemelerin beklediği hakkında bilgi sahibi olunacaktır, aynı zamanda kompozit materyal teknolojilerinin minimum-maksimum maliyetinin incelenmesi sonucu yalnızca teorik olmayan ve pratikte de kullanılabilirliğini değerlendirilecektir.
3. Sınırlılıklar
Bu makalede değerlendirmeye alınacak olgu farklı kimyasal özellikleri nedeniyle savunma sanayide kullanılan kompozit materyal teknolojilerin çoğu liberal olmayan ülke tarafından yeni geliştirilen ya da geçmişte sahip olunan askeri teknolojiler ve buna bağlı olan madde, tasarım benzeri teknoloji hakkında diğer ülkelere ipucu vererek diğer ülkelerin silahlanma yarışında kendilerini geçmemeleri adına içinde kompozit materyal kullanımı içeren teknolojiler dahil birçok askeri teknoloji ve icatların kamuoyunda paylaşılması sonucu edinilebilir bilgilerin fazlasıyla kısıtlı olması üzerine uğraşılacak hipotez hakkında yapılabilecek çalışmaları kısıtlamaktadır.
4. Bulgular
4.1 Kompozit Materyal Nedir?
Kompozit sözcüğü etimolojik açıdan iki ya da daha fazla parçanın birleşmesi sonucu oluşturulan malzemeler anlamına gelmektedir. Kompozit malzemeler ise temelde geniş ölçekte birbiri ile farklı özellikler barındıran iki temel materyalin bir ara yüzey ile birlikte birleştirilmesidir. Geçmişte kompozit malzemeler ilk olarak emlak sektöründe binalar yapılırken saman takviyeli kerpiç olarak kullanılmıştır. Mevcut zaman diliminde ise kompozit malzemeler geleneksel olarak kullanımı yaygın materyallerin işlevselliğinin az olduğu durumlarda tercih edilmektedir.
4.2 Kompozit Materyallerin Ortaya Çıkışı
Günümüzde kullanılan ve geçmişteki ilkel yöntemlerle üretilip kullanılan kompozitlerden daha gelişmiş kabul edilen modern kompozitler 1930’lu yıllarda ABD’de ortaya çıkmıştır. Bu dönemde fiberglasın (cam elyafı) bulunmasının ardından artık yapılarda yalnızca geleneksel malzemeler değil, aynı zamanda modern tekniklerle de üretilen kompozit materyaller kullanılmaya başlandı. Fiberglas hem iplik hâline getirilebilir oluşu hem ısı ve ses yalıtımı yapabilmesi hem de ince ve dayanıklı yapıda bulunması sebebiyle birçok sektörde kullanılarak gelecekte yaşanacak kompozit malzeme buluşlarının önünü açmış oldu.
4.3 Kompozit Materyallerin Temel Özellikleri ve Yapısı
Geleneksel malzemeler, bir ürünün yapay şekilde üretilmesi için kullanılan kaynaklara verilen addır. Yeni bir yapı üretiminde kullanılan bu geleneksel malzemeler üç temel sınıflandırma içindedir: seramik (inorganik) malzemeler, metal malzemeler ve organik malzemeler. Bu üç sınıf kendi içinde olumlu ve olumsuz özelliklere sahiptir ve ihtiyaç duyulan duruma bağlı olarak bu malzemelerden biri o spesifik durum adına seçilir. Kompozit malzemeler ise farklı özelliklere ve sınıflara mensup maddeleri belirli işlemler altında birleştirerek her iki maddenin özelliğinin kullanılabilir hâle getirilmesi amacı ile üretilen malzemelerdir.
Genel olarak kompozit malzemeler; oluşturulurken çoğunlukla daha fazla kullanılan, maddenin temelini oluşturan matris maddesi bu matris maddesinin içine dağılmış olan takviye maddesi ve bu iki madde arasında bir ara yüzey şeklinde kurgulanır. Kompozit malzemelerde kullanılan ve bu malzemelerin çoğunluğunu oluşturan matris maddesi, herhangi bir kuvvete maruz kalması durumunda aradaki yüzey bağı aracılığı ile üzerine uygulanan stresi takviye malzemesine iletir; bu sayede kompozit maddenin tahribatı önlenmiş olur ve geleneksel malzemelere kıyasla kompozit malzemeler daha dayanıklı olmuş olur. Takviye maddesi genel kullanım açısından cam, seramik , plastik veya metalden oluşur. Bu kompozit malzemler içlerinde kullanılan taviye malzemelerine göre her biri farklı özelliklere sahip 4 ayrı gruba ayrılır. Sonuç olarak tüm sürecin artından birbirinden farklı malzemlerin birleştirilmesi ile ortaya çıkan kompozit mazlemeler elde edilmiş olur.
4.4 Kompozit Materyallerin Savunma Sanayideki Zırhlarda Kullanımı
Balistik bilimi, bir merminin namludan çıkışının ardından hedef ile fiziksel temasa geçene kadarki namlunun özelliklerini, hedef ile mermi arasındaki fiziksel temas ardından sonraki deformasyon, enerji boşalması ve merminin ortam şartları ile değişen hareket davranışlarını konu edinen bilimsel alandır. Balistik bilimi ise kendi içinde 3 ayrı kola dağılır, bu dallar terminal balistik, dış balistik ve iç balistiktir. Dış ve iç balistikte temel olarak ele alınan konu merminin namludan çıkışı ile merminin havada kat ettiği süreçte gerçekleşenlerken terminal balistikte merminin hedef ile çarpışmasının ardından oluşan çeşitli mermi-yüzeyde bulunan deformasyonlar incelenmektedir. Sonuç olarak savunma sanayideki zırhlarla ilgilenen balistik bilim dalının terminal balistik olduğu çıkarımı yapılabilir. Zırhlar, mermilerle doğrudan karşılaşma ve şarapnellere karşı dayanıklı olacak şekilde tasarlanmıştır ve kişisel, hafif, ağır olmak üzere kendi içinde üçe ayrılır. Kompozit malzemelerin zırhlar ile entegre bir hâlde bulunması farklı kompozit malzemelerin farklı zırh türlerinde kullanılmasına olanak sağlamaktadır. İlkel zırhlar ilk insanlar tarafından hayvan derilerinden, tahta ya da metal kullanılan kalkanlardan ve şehir kuşatmalarını önlemek adına kullanılan sur ya da hendeklerden oluşmaktadır ancak 1453 yılında İstanbul’un fethi ve ateşli silahların aktif kullanımı ile insanlık için zırh teknolojileri uzunca bir süre boyunca ateşli silahların altında kalmak zorunda kaldı. 1970’lerde ise zırh kullanımında çeşitli mukavemetli zırhların icat edilmesi sonucu kompozit materyaller savunma sanayide aktif olarak kullanılmaya Leopard tankındaki ağır zırh ile başladı. O günden itibaren günümüze dek ise çeşitli geleneksel malzemelerden üretilen zırhlar ısı, ses yalıtımı; hasarı absorbe etmek açısından ve az yoğunluğu ile sağladığı mobilite avantajı nedeniyle yerini kompozit malzemelere bırakmaya başladı. Örneğin yüksek mukavemetli ipliklerin “elastisite modülü” sayesinde merminin oluşturacağı deformasyonu en aza indirebilirler. Bu kumaşlar bunu merminin darbe enerjisini çok daha geniş bir alana yayarak yapar ve bu sayede balistik üstünlük sağlanmış olur. Normalde ani olacak darbenin yaratacağı muazzam etki geniş bir alana yayılması ile daha az hasara sebep olacaktır ve kullanılan bu materyalin yoğunluğunun az olması sayesinde zırh kullanılan alanda mobilitede artışa da yol açacaktır. Kumaş lifinden diğer kumaş lifine geçmekte olan darbe enerjisi gittikçe soğurularak tankın, uçağın ya da kişisel zırhın genel aksamını korumuş olur. Darbe enerjisinin azaltılması hususunda takviye malzemesi ve matris malzemesi arasındaki arayüzey malzemesinin de önemi ortaya çıkar. Arayüzey malzemesi, genel itibari ile reçine benzeri yapışkan ve kohezyon değeri fazla materyaller kullanılarak yapılır. Bunun sonucunda zırhtaki balistik etkinin minimalize edilmesi (şekil 2) mümkün olmuş olur.
5. Sonuç
Balistik biliminde zırh imal edilirken zırh üzerindeki beklentiler zırhın hafifliği, maliyeti, sağladığı mobilite değeri ve darbeye karşı sağladığı korumadır. Geleneksel malzemeler bu özellikleri ayrı ayrı karşılar ancak kompozit malzemeler beklenilen bu değerlerin neredeyse tümünü karşıladığından günümüzde terminal balistikte kullanılmaktadır. Literatürde ise bu tarz zırhların imalinde en çok rastlanan kumaş türleri Fiberglaslar, Aramid, PPID, UHMWE ve PBO olmak üzere 5 ayrı cinstendir. Bahsi geçen bu kumaşların incelenmesi sonucu bu kumaşların yüksek mukavemet, düşük maliyet ve yüksek mobilite sağlamasının yanında çevresel ortam koşullarına karşı hassasiyete sahiptir, bu hassasiyetin giderilmesi için çeşitli ara materyaller ve nano-parçacıkları kompozit malzemelere karıştırmaktadır. Yüksek dirençli kumaşlar ise darbeyi daha geniş bir alana yaydığından dolayı deformasyonu azaltıp darbe emilimini arttırarak savunma sanayide terminal balistik alanında genel olarak kompozit malzemelerin geleneksel malzemelere tercih edilmesini sağlamaktadır.
6. Kaynakça
Gates, M. H. (2003). 2001 Season at Kinet Höyük (Yeşil-Dörtyol, Hatay). Kazı Sonuçları Toplantısı, 24(1), 283-298.
Kaya, A. İ. (2016). Kompozit malzemeler ve özellikleri. Putech &
Composite Poliüretan ve Kompozit Sanayi Dergisi, 29, 38-45.
Mengeloğlu, F., & Alma, M. H. (2002). Buğday saplarının kompozit levha
üretiminde kullanılması. KSÜ Fen ve Mühendislik Dergisi, 5(2), 37-48.
Yumak, N., Pekbey, Y., & Aslantaş, K. (2013). Zırh tasarımında kullanılan
kompozit malzemelerin deformasyon karakteristiğinin
araştırılması. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 10(4), 1-21.
Özgültekin, S. E. (2012). Balistik zırhlarda kullanılan kompozit malzeme
kombinasyonlarının incelenmesi.
SÜRÜCÜ, A. M., & SUBAŞI, S. (2021). Nanomateryallerin Kompozit
Malzemelerin Radyasyon Zırhlama Özelliklerine Etkisinin İncelenmesi. El-
Cezeri, 8(1), 182-194.
Besergil, B. (2022, September 18). Kompozitler. Gazi Kitabevi.
Vasiliev, V. V., & Morozov, E. V. (2001). Mechanics and analysis of composite materials. Elsevier.
7. Sözlük
Konstrüksiyon: “Yapı, yapım.”
Fiber: “bitki elyafının sıkıştırılmasıyla elde edilen mukavva ya da tahta.”
Hormon: “İç salgı bezlerinden kana geçen ve organların işlemesini düzenleyen adrenalin, insülin, tiroksin vb. fizyolojik etkisi olan maddelerin genel adı.”
Mukavemetli: "Dayanıklı, güçlü, dirençli."
Absorbe: "Soğurma."
