Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler (FDM- Functionally Graded Material) ile ilgili çalışmalar
Uzay araçlarında 1500 °C'ye varan sıcaklıklara maruz kalan bölgelerde metal üzerinde çeşitli tekniklerle oluşturulan homojen seramik tabakalar, metali korozyona, oksidasyona ve aşınmaya karşı korusa da sistem yüksek seviyelerde ısıl gerilme sorunuyla karşı karşıya kalmaktadır. Bu sorunun çözümü amacıyla Japonya'da bir üniversitede 1984-1985 yıllarında uzay araçları ve hava taşıtlarının ARGE çalışmaları sırasında FDM'lerin ilk adımları atılmıştır.
1987 de Japonya Eğitim ve Bilim Bakanlığı desteğiyle büyük bir proje için FDM üzerinde çalışmış araştırmacılar bir araya getirilmiştir. 1987 ve 1991 yılları arasında, üniversitelerden, enstitülerden ve anonim şirketlerden birçok araştırmacı tarafından “Research on the Generic Technology of FGM (Functionally Graded Material) Development for Thermal Stress Relaxation” adı altında bir araştırma projesi yürütülmüştür. Bu proje kapsamında, üretim metotları araştırılmış, malzeme dizaynı, üretimi ve değerlendirmeyi içeren bir işbirliği sistemi kurulmuştur. 1990 yılında Japonya'nın Sendai şehrinde FDM konusunda ilk uluslararası konferans düzenlenmiştir. 1992 yılında FDM'in 10 ileri teknolojiden biri olarak kabul edilmesiyle FDM teknolojisi küresel seviyeye ulaşmış, önemli bir teknoloji niteliği kazanmıştır.
FDM'ler ilk bu alan için tasarlanmıştır. İyi ısıl iletkenlik ve iyi ısıl direnç gibi iki zıt özelliğin bir malzemede bulunabilmesi amacıyla FDM'ler geliştirilmiştir. Bu özellikler sayesinde hafiflik, güçlülük ve sağlamlık mümkün olmaktadır. Böylece FDM yapısal malzeme ve enerji değişme malzemesi olarak özellikle roket yapımında ve motorların dış duvarlarında halen uygulanmaktadır.
FDM'nin endüstriyel malzemelerdeki uygulamalarının geliştirilmesi, araştırmaların ana hedeflerinden biri olmuştur. Örnek olarak derecelendirilmiş kesici kalemlerin geliştirilmesinin nedeni mukavemet ve ısıl direnç bakımından daha iyi malzemelere ihtiyaç duyulmasıdır. Bu alanda umulan aşınma direnci ve sertlik elde edilmiştir. Kendi kendini yağlama fonksiyonu ve yüksek ısıl dirençlerin kesici kalemlerde elde edilmesinin yanında, bazı derecelendirilmiş kalemler sayesinde yağ kullanılmadan uygulanan kuru kesimler de gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde geliştirilen bir kalem, iç kısmında çelik yoğunlukta, dış kısmına doğru elmas yoğunluktadır. Yüksek hızlı kesici kalemlerde -diğer FDM'lerde olduğu gibi- üretim tekniğinden kaynaklı şekil ve boyutta sınırlamalar bulunmaktadır [https://web.archive.org/web/20080125101043/http://fgmdb.nal.go.jp:80/e_whatsfgm.html]. Ayrıca yüksek sıcaklık uygulamalarının yanında FDM'lerin triboloji alanında da kullanımları mevcuttur. Sürtünme veya normal gerilmelerden kaynaklanan yüzey çatlamasını geciktirmek için kullanılan FDM seramikler bu alandaki kullanıma örnek olarak verilebilir [Suresh, S., Olsson, M., Giannakopoulos, A.E., Padture, N.P. and Jitcharoen, J., 1999, “Engineering the Resistance to Sliding-Contact Damage Through Controlled Gradients in Elastic Properties at Contact Surfaces,” Acta Materialia, Vol. 47, pp. 3915-3926].
İletişim alanında birçok çeşit FDM bulunmaktadır. Görsel iletişimin, sesli iletişimin düzeyine erişebilmesi için daha fazla geliştirilmeye ihtiyacı vardır. FDM'lerin plastik optik fiberlerdeki uygulaması sonucunda zararlı olan çok hızlı iletim önlenebilmektedir. Sonuç olarak FDM dünyadaki görsel iletişimini çok daha kaliteli hale getirebilecek yapıya sahiptir.
Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzeme (FDM) kavramını, dereceli yapısal fonksiyonlara sahip metal/seramik kompozisyonlu yeni bir malzeme olarak tanımlayabiliriz. FDM’nin en büyük avantajı, yapı boyunca tokluk ve diğer malzeme özelliklerine ait dereceli fonksiyonlar içermesidir.
Kaynak:Hikmet Alagöz, Müfit Gülgeç ve Aylin Konez’in “Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzemeler ve Kullanım Alanları” (Mühendis ve Makina – Mayıs 2004 – Sayı 532) makalesinden derlenmiştir.
