Kompozit Malzemeler Kompozit Malzemeler (MMK) Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 1/112 METAL MATR İKS KOMPOZİTLER (MMK)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 2/112 1970 li yıllardan sonra yaygınla şmı şlardır Bir metal veya ala şım ile birlikte, Ba şka bir metal, oksit, nitrür, borür, karbür, intermetalik, grafit gibi takviye malzemeleri, MMK MMK’ ’ler ler genelde iki bile genelde iki bile ş şenden meydana enden meydana gelmektedir.Bunlardan biri metal gelmektedir.Bunlardan biri metal matriks matriks(genelde bir metal (genelde bir metal ala ala şı şım mı ıd dı ır),di r),di ğ ğeri takviye malzemesidir. eri takviye malzemesidir. Genel avantajları: Uygulama sahasına göre arzulanan özelliklerin kombinasyonu yapılabilir. Yüksek mukavemet, sıcaklığa dayanım, Temel Dezavantajları: Düşük tokluk, dü şük şok direnci MMK Malzemelerin TanımıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 3/112 Yüksek elastik modüle sahiptirler, Yüksek mukavemet (çekme, basma, a şınma, sürünme ve kayma) gösterirler. Yüksek sıcaklıklarda çalışırlar, Metallerin süneklik ve tokluk, seramiklerin yüksek mukavemet ve yüksek modül özelliklerini birle ştirirler, Tekrar üretilebilir mikroyapı ve özelliklere sahiptirler, Düşük yoğunluk de ğerleri verirler, Sıcaklık de ğişikliklerine veya termal şoka kar şı düşük hassasiyet gösterirler, Yüksek yüzey dayanıklılığı ve yüzey akı şlarına kar şı düşük hassasiyete sahiptirler, Yüksek elektrik ve termal iletkenlik özellikleri mevcuttur. MMK lerin yerlerine kullanıldıkları metal ve diğer bazı malzemelere göre üstünlükleri:Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 4/112 AVANTAJ DEZAVANTAJ TAKV İYES İZ ALA ŞIMLARLA KAR ŞILA ŞTIRILDI ĞINDA DAHA YÜKSEK SPES İFİK MUKAVEMET DAHA YÜKSEK SPES İFİK MODÜL YÜKSEK SÜRÜNME DAYANIMI YÜKSEK A ŞINMA DAYANIMI DAHA DÜ ŞÜK TOKLUK VE SÜNEKL İK KOMPLEKS VE PAHALI ÜRET İM METOTLARI POL İMER KOMPOZ İTLERLE KAR ŞILA ŞTIRILDI ĞINDA YÜKSEK F İBERLERE D İK MUKAVEMET YÜKSEK TOKLUK VE HASAR TOLERANSI ÇEVRESEL ŞARTLARA DAYANIM YÜKSEK TERMAL, ELEKTR İKSEL İLET İM YÜKSEK SICAKLI ĞA DAYANIM DAHA AZ GEL İŞEN TEKNOLOJ İ DAHA AZ ÖZELL İK VER İ TABANI DAHA YÜKSEK MAL İYET SERAM İK KOMPOZ İTLERLE KAR ŞILA ŞTIRILDI ĞINDA DAHA YÜKSEK TOKLUK VE SÜNEKL İK KOLAY ÜRET İM DAHA DÜ ŞÜK MAL İYET YÜKSEK SICAKLI ĞA KAR ŞI DAHA DÜŞÜK ÖZELL İKLERProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 5/112 MMK Malzemeler Dispersiyonla Sertle ştirilmi ş Boyut: 0.01-1 mm Oran: hacimce % 1-15 Partikül Takviyeli Boyut: 1 mm-mm Oran: hacimce % 5-40 Fiber, Whisker Boy: 0.01-250 mm Sürekli, fiber boy ? Oran: hacimce % 70Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 6/112 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Partikül Matriks Partikül Matriks Matriks Whisker veya Kısa fiber Matriks Sürekli fiber Şekil. MMK Türleri: a) Dispersiyonla Sertle ştirilmi ş, b) Partikül Takviyeli, c) Kısa Fiber, Whisker ve d) Sürekli fiber takviyeli MMK malzeeler d) c) b) a)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 7/112 Sınıflama: Sürekli ve süreksiz şekilde de yapılabilir Sürekli MMK malzemeler (Fiber takviyeli, tabakalı) Süreksiz MMK malzemeler (Partikül, kısa fiber, pulcuk, gradyan) Sürekli olarak takviyeli Partiküller Whisker veya kısa fiberler Fiberler Süreksiz olarak takviyeliProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 8/112 Son yıllarda fiber+partikül, partikül+partikül gibi kompozitler de üretilmektedir (Hibrid veya melez kompozitler). Fiberler Whisker veya Partiküller kısa fiberlerProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 9/112 İlk Mühendislik kompoziti (Cu tığlalar) M.Ö. 7000 yıllarına ait yün örme Cu tığları kompozit yapıya sahip. Cu tı ğlar Mezopotamya (Türkiye sınırları) içinde bulunmu ş İçinde küçük sülfür ve oksit parçaları ( İnklüzyonlar) olan Cu Tekrarlı çekiç ile dövme ile oksit ve sülfürler takviye malzemesi olarak davranmış. Oksit ve sülfür partikülleri MMK Malzemelerin TarihçesiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 10/112 Bilimsel anlamda ve pratik olarak ilk dikkat çeken kompozit dispersiyonla sertle ştirilen metal sistemleridir. 1942 yılında Schmidt Al-Al 2 O 3 tozlarını karıştırıp yo ğunla ştırmış (Dispersiyon Sertle şmesi) Çökelme sertle şmesi mekanizması 1906 yılında bulunmu ş. (Al-Cu ala şımlarında –Wilm tarafından) Mekanizma 1930 lu yıllarda anla şılmış. Esas temeller 1950 yıllarda tam çözülmü ş ve di ğer ala şımlara uygulanması başlanmı şProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 11/112 Uyumlu (Coherent Precipitate) Uyumsuz (Non-coherent Precipitate) -Çökelme sertleşmesi - Dispersiyon sertleşmesiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 12/112 Üç farklı Al esaslı malzemede akma gerilmesinin sıcaklıkla değişimi. Çökelme ve dispersiyonla sertle şmenin kar şıla ştırılması. Sıcaklık ( o C) Akma Gerilmesi (% 0.2 akma) (MPa) Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 13/112 MMK malzemeler; Çökelme (Precipitation hardening-PH) Dispersiyon sertleşmesi (Dispersion strengthening- DS) mekanizması gibi davranır. PH ve DS sistemleri mukavemeti önemli oranda arttırır. Bu sistemlerde partiküller dislokasyon hareketini engeller Ayrıca PH ve DS fazları sert ve refrakter fazlardır. Şekil. Disperse bir faz ve dislokasyon etkileşimi.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 14/112 PH ve DS metal ve ala şımları yüksek sıcaklıklarda özelliklerini korurlar. -Yüksek sıcaklıklarda; -Yüksek sürünme dayanımı -Mekanik özelliklerin yüksek oranda korunması. -Yüksek servis ömrü -Boyutsal kararlılık -Yüksek sıcaklıklarda seramik veya uyumlu fazlar difüzyonu önlemekte -Metallerin çok ince partiküller ile takviye edilmesi: Dispersiyonla İkinci (sert partiküller) faz ile mukavemet artışıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 15/112 Partikül boyut değişimine bağlı olarak farklı mukavemet artış metotlarının etkisi İkinci hazın miktarı ve geometrisinin matriksin mukavemetine etkisiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 16/112 Dispersiyon sertle şmesi sonrasında Çift fazlı çeliklerin keşfedildi. ? + ? yapısı çok hızla so ğutulur ve ? fazı martensite dönü şür. Bu tür yapı da özellik açısından kompozit gibidir. (? matriksinin martensit plakaları ile takviye edilmesi) Fiber takviyeli kompozitler ilk olarak; 1960 lı yıllarda Al ve Cu matrikslerine B fiberlerin takviyesi ile üretilmi şler. Süreksiz takviyeli metal matriks kompozitler (MMK) Özellik bakımından sürekli fiber ve DS ile üretilen malzemeler arasındadır. Süreksiz MMK malz; Al-SiC, Al-Al 2 O 3 Veya, Metal ve ala şımlarına kısa fiberlerin takviyesiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 17/112 MMK MALZEMELERDE MATR İKS VE TAKVİYE MALZEMELER İ Matriks Malzemeleri Takviye Malzemeleri Başta Al ala şımları, Ti ve Ti Ala şımları, Mg ve Ala şımları Zn Ala şımları Süperala şımlar Çelikler Hemen hemen tüm seramikler, Karbür, Nitrür, Oksit, Borür, Sialonlar, grafit vs. MetallerProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 18/112 MMK Üretiminde Kullanılan Önemli Takviye TürleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 19/112 Özellikler Fiber FP PRD- 166 Saffil RF Saffil HA Safi- max Fiber frax Nextel 312 Nextel 440 Fiber çapı (mm) 20 20 1-5 1-5 3.0 1-7 11 11 Yo ğunluk (g/cm 3 ) 3.9 4.2 3.3 3.4 3.3 2.73 2.7 3.1 Çekme Gerilmesi (MPa) > 1400 2070 2000 1500 2000 1000 1720 1720 Elastik Modül (GPa) 380 380 300 >300 300 105 152 220 Spesifik mukavemet > 3.7 5.0 6.2 4.5 6.2 3.8 6.5 5.7 Spesifik Modül >970 920 930 >900 930 390 570 720 Fiber FP: ?-Al 2 O 3 fiberleri (Du Pont). PRD-166: AI 2 O 3 -ZrO 2 fiberleri (Du Pont). Saffil RF: 5% SiO 2 /AI 2 O 3 , Kısa (ICI). Saffil HA: 5% SiO 2 /AI 2 O 3 , Kısa (ICI). Safimax: 4% SiO 2 /AI 2 O 3 , yarı sürekli standart yo ğunlukta(ICI). Fiberfrax: 50% SiO 2 /AI 2 O 3 , Kısa (Carborundum). Nextel 312: 24% SiO 2 /14% B 2 O 3 /Al 2 O 3 (3M). Nextel 440: 28% SiO 2 /2% B 2 O 3 /AI 2 O 3 (3M). Bazı ana oksit fiberlerin özellikleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 20/112 Fiber Fiber Çapı (µm) Mukavemet (MPa) Elastik Modül (GPa) Yo ğunluk (g/cm3) Al2O3 20 1500 380 3.9 Al2O3 whisker 16000 550 3.9 AlN whisker 14000 335 3.3 B(W çekirdek) 100 3800 400 2.6 B(C çekirdek) 100 3300 370 2.3 B(SiC kaplı) 120 3000 400 2.6 BeO whisker 14000 700 1.8 B2O3 whisker 7000 450 2.5 Cf(PAN) 8 4000 300 1.8 E cam 11 1750 76 2.55 Grafit whisker 21000 450 2.25 MgO whisker 10000 310 3.6 Paslanmaz çelik 100 4250 210 7.8 SiC 10-15 2760 200 2.55 ?-SiC whisker 20000 485 3.15 Si3N4 whisker 8000 380 3.2 MMK üretiminde kullanılan önemli fiber ve whiskerlerin özellikleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 21/112 Partikül Mukavemet (MPa) Elastik Modül (GPa) Yo ğunluk (g/cm3) Al2O3 221 379 3.98 AlN 2069 310 3.26 B4C 2579 448 2.52 CeO2 600 200 6.9 MgO 4100 417 3.58 SiC 3100 324 3.2 Si3N4 4100 250 3.18 ThO2 193 200 9.86 TiC 55 269 4.93 ZrC 90 359 6.73 ZrO2 83 132 5.89 Partikül takviyeli MMK malzeme üretiminde kullanılan bazı önemli seramik partikül takviye malzemelerinin mekanik ve fiziksel özellikleri.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 22/112 MMK’ lerde Arayüzey Ba ğı MMK malzemede yüksek arayüzey ba ğ mukavemeti için: a) Islatılabilirliği arttırmak, b) Kimyasal etkile şimleri kontrol etmek ve c) Oksit olu şumunu minimuma indirmek. Islatılabilirlik engeli, kompozit üretmede mutlaka a şılmalı Islatma için arayüzey ba ğ mukavemetin sıvının yüzey gerilimine galip gelmeli Islatılabilirlik temas açısı ölçülerek anla şılmaktadır. Temas açısı sıvı damlatma (Sessile drop) yöntemi ile ölçülürProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 23/112 ? sg ? kg ? ks ? Katı Sıvı Şekil. Temas açısını ve arayüzey kuvvetlerini gösteren sıvı damacı ğı metoduna göre ıslatma olayının şematik temsili. İdeal bir ıslanma için, temas açısı = 0 olmalı Etkin bir ıslanma için ise katı sıvı arayüzey enerjisi (? ks ) dü şük olmalı, sıvı metal yüzey gerilimi düşmeli ve temas açısı 90 dereceden dü şük olmalı. Denge şartlarında Thomas- Young eşitliği kullanılmaktadır; ? kg = ? ks + ? sg .cos? ? ?? ? = - - cos 1 kg ks sg ? nın 90 dereceden dü şük olmasını sa ğlamak için ? kg - ? ks değeri pozitif olmalıdır.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 24/112 İki çe şit temas açısı ölçümü var Stati Statik k(Sessile drop (Sessile drop metod metodu u) ) D Di inami namik k ( (Wilhelmy Wilhelmy pla plaka ka method methodu u) )Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 25/112 Ana amaç arayüzey ba ğ mukavemetini arttırmaktır ve bu arayüzey ba ğ mukavemetini etkileyen faktörler; (i) Fiber veya takviye elementi türü (ii) Matriks türü (iii) Matriks-fiber arayüzeyinin tabiatı MMK malzemelerde temel olarak ba ğ çeşitlerini iki ana gruba ayırmak mümkündür . Bu ba ğ tipleri: a) Mekanik ba ğ, b) Kimyasal bağdır.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 26/112 Mekanik Ba ğ İki yüzey arasında mekanik kilitlenme ile olu şan ba ğ, Fiber yüzeyinde matriks fazı çekirdeklenir, fiberler matriks ile çevrelenir. % 100 mekanik ba ğ ile arayüzey olu şturulması mümkün Kimyasal Ba ğ 1.) Yeniden çözünme ve ıslatılabilirlik bağı: Bile şenler arasındaki etkile şim elektronik seviyede gerçekle şir. Fiber ve matriks yüzeyleri atomik seviyede etkile şir. 2.) Reaksiyon Ba ğı: Bağlanma kimyasal reaksiyonlarla olur. Atomik transfer difüzyon prosesi ile kontrol edilir. Arayüzeyde yeni bir kimyasal bile şik meydana gelir (Al-Li- Al2O3 isteminde: Li2O ve LiAlO2, Al-Mg-Al2O3 sisteminde: MgAl2O4, Al-B4C sisteminde: B2O3, Al-SiC sisteminde: Al4C3)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 27/112 MF Katı çözelti Metaller- arası bile şik M: Metal F: Fiber Arayüzey Şekil. MMK’ lerde katı çözelti ve metallerarası bile şik olu şumunu da gösteren arayüzey zonu. Matriks ve fiber arası ba ğı kuvvetlendirmek için: A. Fiberlerin Kaplanması: B. Matriks Modifikasyonu: C. C. Takviye Fazının Isıl I şlemiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 28/112 MMK MALZEME ÜRETİM YÖNTEMLERİ Sıvı Faz Katı Faz Reaksiyon MMK MALZEMELER İN ÜRET İM YÖNTEMLER İ VE KULLANIM ALANLARIProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 29/112 Şekil. MMK üretiminde kullanılan partikül geometrileri; a) Standard keskin kö şeli SiC, b) Ergime ve partikül püskürtme ile üretilen küresel alümina partikülleri, c) Sol-jel ile üretilen küresel alümina partikülleri, d) Tek kristal hekzagonal alümina Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 30/112 A.) Sıvı Faz Prosesleri Sıvı faz proseslerinde gevrek seramik/partikül arayüzeyi ortaya çıkabilir. Örnek: Al + SiC ?› Al4C3 + Si Basınç, sıcaklık, sıvı ve seramik temas zamanı kontrol edilmeliProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 31/112 Şekil. Vorteks yönteminin şematik olarak temsili A-1 Vorteks / Kompozit Döküm Karı ştırma hızı, sıvı metal sıcaklı ğı, karıştırıcı açısı, partikül boyutu önemli faktörler. 10 µm den küçük partiküllerin ilavesi çok zor. Maksimum ilave miktarı hacimce % 20-25 Partiküller Motor Sıvı metalProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 32/112 Vorteks metodu ile üretilen Al-Si- Al 2 O 3 (% 20 hacimce) kompozitlerde optik mikroyapılarProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 33/112 % 10 SiC Vorteks kompozitlerde mikroyapı de ğişimleri Homojen da ğılım Seramik üzerinde çekirdekle şmeProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 34/112 % 15 SiC Vorteks kompozitlerde primer Si kristalleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 35/112 Vorteks Metodu ile üretilip işlenen Al- Al 2 O 3 MMK malzemeler (DURALCAN KOMPOZ İT)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 36/112 Vorteks metodu ile üretilen Al-SiC MMK malzemeler: -Kuma döküm otomobil fren diski, - Metal kalıba dökülmü ş piston ve üst kontrol kolu - Yüksek basınç altında katıla ştırılan bisiklet zincir di şlisi, - Hassas dökümle üretilen hidrolik uçak manifoldu, - Üç adet hassas döküm motor silindir kelebe ğiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 37/112 Vorteks Metodu ile üretilen yüksek SiC içerikli Al kompozitler (elektronikte devre tutucular) Devre tutucuda MMK kullanıldığında a ğırlık ve ısı transferinden önemli avantaj sa ğlanır. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 38/112 Vorteks yöntemi ile üretilen farklı MMK fren diskleri ve kampanalarProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 39/112 Honda tarafından üretilen a) Al-Si-SiC-Grafit MMK deneme motor blo ğu ve b) Al-Saffil kısa fiber takviyeli motor blo ğu b) a)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 40/112 Döküm ve takiben ekstrüzyonla üretilen Al-Matriks kompozitlerin tipik çekme özellikleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 41/112 Vorteks metodunda partiküller farklı yöntemler ile de sıvıya verilebilir: (a) Bir enjeksiyon tabancası ile inert bir ta şıyıcı gaz yardımıyla seramik tozların sıvıya ilavesi (b) Ala şım yarı sıvı-katı iken karıştırma yapmak ve % 60 sıvı % 40 katı bölgesi gibi bir aralıkta dendirit kollarını kırarak mekanik ba ğı olu şturma. (c) Sıvıya küçük briketlerin ilavesi ve takiben şiddetli olarak karıştırılması işlemi: % 50-60 takviye malzemesi içeren peletler sıvıya ilave edilip seyreltme yapılır. (d) Santrifüj ile partiküllerin sıvı ala şıma dispersiyonu: Herhangi simetrik bir parçanın üretilmesi durumunda santrifüj döküm olumlu sonuçlar verebilir. Parçanın dış yüzeyinde veya iç kısmında mukavemet ve sertli ğin arttırılabilir (matriks ve takviye elemanının yo ğunluk farkları esas alınır)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 42/112 A-2) Sıkıştırma Döküm Katıla şma süresince basınç uygulamak Sıkı ştırma döküm Küçük tane boyutlu, porozitesiz mikroyapı elde edilir. Al-SiC, Al-B4C , Al-Al2O3, Al-C ve Al-TiC tip MMK lar üretilebilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 43/112 Süreksiz takviyeli MMK malzemelerde sıkıştırma dökümProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 44/112 a) Vorteks metodu ve b) Sıkı ştırma döküm yöntemi ile üretilen Al-SiC kompozitlerde mikroyapılar Segregasyon Homojen da ğılımProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 45/112 Sıkı ştırma döküm ile preform içine basınçla metal infiltre edilir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 46/112 % 15 fiber (% 85 bo şluk) içeren delta alümina kısa fiberlerinden (Saffil fiberler) olu şan bir seramik preform. Basınç altında sıkıştırma ile seramik preforma Al-%.4.5 Cu ala şımı emdirildikten sonra SEM yapısı. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 47/112 Üst kısmı Saffil (% 20) takviyeli Al-Si-Cu alümina kompoziti Dizel motor yanma odasında sıcaklık 300-350 o Cç ıkabilir Üst segman yuvasına geleneksel olarak çelik bilezik gömülür Toyota üst segman yuvasını Saffil fiberlerle takviye etmi ş.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 48/112 Sıkı ştırma dökümle üretilen Al-SiC (%20) kompozitler MMK biyel kolları. Soldaki iki iki malzeme çelikten üretilmiş (a ğırlık 585 g) Sa ğdaki üç malzeme ise Al-SiC kompoziti (190 g)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 49/112 Lanxide firmasının üretti ği otomotiv parçaları (Al-SiC)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 50/112 Sıkı ştırma dökümle üretilmi ş bir hafif uça ğın kanat ba ğlantı elemanı (Al- SiC kompoziti)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 51/112 Sıkı ştırma dökümle üretilmiş olan tek kamalı SiC whisker takviyeli Al MMK tank paleti ve bu paletin tanka takılarak denenmesi. Bu paletlerib geleneksel çelik paletlere göre % 25 a ğırlık tasarrufu sa ğlamıştır. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 52/112 A-3) Sıvı İnfiltrasyon Sürekli fiber takviyeli kompozitlerin sıvı infiltrasyon üretim akışş emasıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 53/112 Süreksiz takviyeli MMK malzemelerin üretim şemasıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 54/112 Sıvı infiltrasyonla üretilen Al- sürekli Karbon fiber MMK şaftı. C fiber kompozitlerin sıvı infiltrasyonla üretimi.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 55/112 Al-örgülü ve katmanlı sürekli karbon fiber bile şenli, sıvı infiltrasyonla üretilen uzay uydu destek iskeleti Uzay meki ği araçlarında kullanılan baskı çubuğu malzemesinin sıvı infiltasyonla üretilmi ş B/AI MMK malzemesiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 56/112 Modifiye edilmi ş sıvı infiltrasyon sistemi Kalıp fırın dı şına çıkarılarak şekilli parçalar (piston, biyel kolu, filre kapakları vs.)infiltrasyonla üretilebilir. Modifiye edilmi ş sıvı infiltrasyon sistemiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 57/112 a) % 20 fiber preform ve Al-% 12 Si matriks ala şımıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 58/112 Al - % 12 Si % 20 saffil (delta alümina) içeren kompozitlerde fiberlere paralel ve dik mikroyapıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 59/112 c) d) % 15 fiber takviyeli kompozitte fiberlere dik ve paralel optik mikroyapılar Fiberler matriksin çekirdeklenme ve büyüme özelliklerini değiştirebilir (Heterojen çekirdeklenme etkisi).Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 60/112 A-4) Basınçsız İnfiltrasyon i-) Preform Üretimi Süreksiz takviyeler ile yüksek kalitede MMK dökülebilir. Al-SiC, Al-B4C , Al-Al2O3, (% 25 den daha fazla partikül veya kısa fiber) Metal infiltrasyonu için preformlar de ği şik yollarla üretilebilir. (Toz sıkıştırma, Enjeksiyon kalıplama, çamur halde karışım hazırlama) Üç boyutlu kalıplama (3DP™). Oldukça kompleks poroziteli seramik preform Preformlar direkt olarak bir CAD programı ile yapılır. Bağlayıcı ve takviye fazları kontrollü olarak CAD programı ile olu şturulurProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 61/112 ii. Preform kalıplama ve Ön Isıtma Preformlar bir döküm kalıbına yerle ştirilip kalıplanır. Vakum altında preformlar ön ısıtılarak ba ğlayıcı uçurulur Sıcaklık metalin ergime sıcaklığına ısıtılır. Sıvı metal döküm bo şlu ğuna dökülür Vakumda preformun içine metal emdirilir. Çok farklı matriks ve farklı takviyeler ile MMK üretilebilir. Partikül, Whisker ve kısa fiber takviyeli MMK malzemeler üretilebilir. Çalışılan ala şımlar ; Al, Cu, Mg, Zn, Pb, Sn Au Ala şımlarıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 62/112 Şekil. a) Basınçsız ve b) basınçlı infiltrasyonun kar şıla ştırılması Preform: Kontrollü gözenekli seramik ön malzeme (seramik iskelet) Sıvı metal alaşım seramik bir çatıya (preforma) emdirilir. Basınçsız infiltrasyon Atmosferik basıncın çok az altına inilip yüksek sıcaklıklarda infiltrasyon ile kompleks şekilli parçalar bile üretilebilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 63/112 3DP basamaklarıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 64/112 iii. Sıvı Metal İnfiltrasyonu Islatama problemi olmadan, Çok farklı ala şımlar infiltre edilebilir. Vorteks, Kompozit döküm yöntemleri aksine, Yüksek hacim oranında takviyeli MMK üretilir. MMK malzemeler nihai şekillerine direkt üretilebilir. SiC, Al2O3, B4C, Si3N4 Partikül ve kısa fiberProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 65/112 Al 2 O 3 Takviyeli fren destek parçaları Ağırlıkları sadece 1100 gram KGDD ise 2300 gram (% 52 a ğırlık tasarrufu) B 4 C Takviyeli bisiklet krankı. Hafif (Al’ dan yapılandan daha ince kesitli oldu ğundan) daha mukavemetli, a şınma direnci yüksek. Nihai şekline çok az bir son i şleme ile ula şabilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 66/112 Al2O3 Takviyeli Biyel kolu. Biyel kolu Al2O3 partikül takviyeli Al-MMK malzemeden yapılmış Statik yükleme testlerinden ba şarıyla geçmi ş Yorulma testinde 3,000,000 çevrimde zarar görmemi ş Bir biyel kolu a ğırlığı 170 gram (çelik biyel kolu 292 gram - % 42 hafif) Partikül takviyeli biyel kolu mukavim, a şınma dayanımı yüksek. Fiber takviyeli kompozitlerden ekonomik ve daha yüksek a şınma direnciProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 67/112 MMK prototip hafif roket motor iticileri Ağır süperala şım flan şları yerine MMK kullanılmakta Foto ğraftaki flan şlar % 70 a ğırlık tasarrufu sa ğlamakta (süperala şımlara göre) NASA bu şekilde yakla şık $30/kg tasarruf sa ğlamış B4C Takviyeli Al- MMK (NASA RLV Flan şları) Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 68/112 A-5) Sprey Depozisyon Metal ve seramik temas zamanını düşürmek için sıvı metal damlacık ve partiküller birlikte püskürtülür. Gevrek intermetaliklerin partikül/matriks arayüzeyinde oluşması engellenir. Termal spray ile farklı altlıklara MMK kaplanabilir. i-) Plazma SpreyProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 69/112 Partikül takviyeli MMK üretiminde kullanılan RF plazma sprey sistemiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 70/112 Partikül takviyeli MMK üretmek için geliştirilen Osprey Sprey Metodu ii-) Osprey Prosesi Osprey prosesi 1980 yılında keşfedilmişProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 71/112 Osprey prosesi ile bir yüzeyde MMK kaplanmasını temsil eden şematik temsil.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 72/112 Osprey prosesi ile kompozit kaplama veya direkt olarak bir kalıp üzerine/içine döküm yapılabilir. Şekil. Tüp, boru gibi parçaların üretiminde kullanılmak amacıyla osprey prosesinin modifiye hali.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 73/112 Osprey Prosesi ile üretilen Al-matriks kompozitlerin tipik özellikleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 74/112 B.) Katı Hal Üretim Prosesleri B.1) Toz karıştırma ve Presleme Toz metalurjisi veya mekanik alaşımlama olarak da bilinir. Ticari metal alaşımları matriks olabilir. Al, Ti, Daha çok SiC veya Al2O3 fiber kısa fiber ve partiküller. Maliyet nispeten yüksek. % 99 Al 2 O 3, ? u =3000 MPa E = 400 Gpa, r= 3.95 g/cm 3 Al2O3 takviyeli biyel koluProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 75/112 PM Al SiC P Harmanlama Soğuk izostatik kompakt Sıcak Presleme Gaz alma Ürün Direkt Ekstrüzyon Basit toz metalurjisi akım şemasıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 76/112 Toz metalurjisi yöntemi ile MMK üretim basamaklarıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 77/112 Toz Metalurjisi ile üretilen Al-SiC MMK parçalarProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 78/112 EC-120 helikopter uygulaması, Pervane kanat kolu. Parça toz metalurjisi ile üretilmiş ve daha sonra dövme ile şekillendirilmiş 2009/SiC/15p Al MMK Pervane göbeği. Pervane kanat kolu ile beraber komple düzenekProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 79/112 Al-MMK so ğutma fan kanatları. Kanatlar ektrüzyonla üretilmi ş ve birleştirilmi ş.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 80/112 Manifold uygulamaları. (a) Yüksek basınçlı hidrolik sıvıyı dağıtan manifold. V-22 Osprey Tiltrotor uça ğında kullanılmakta aircraft. Al-A206/SiC/40p MM nın infiltrasyonuyla gerçekle ştirilmi ş. b) F-18 E/F uça ğında kullanılan sıvı manifoldu. Toz metalurjisi ile hazırlanmı şProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 81/112 Şekil. Yüksek gerilim elektrik hatlarında kullanılan iletken telin kesiti. İletkenin merkezinde 19 adet birbirinden bağımsız Al-MMK kompozit mevcut. Al-MMK lar toz metalurjisini takiben ekstrüzyonla şekillendirilmiş. MMK merkze (çekirdek etrafında 54 adet iletken saf Al tel ve önemli miktarda akım ta şımaktadır. Çelik merkez akım ta şımamasının anıda oldukça a ğırdır. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 82/112 Toz metalurjisi ile üretilen Al-Matriks kompozitlerin tipik çekme özellikleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 83/112 Tablo. Toz metalurjisi ile üretilen seçilmi ş bazı dispersiyonla sertle ştirilmi ş MMK kompozitler ve uygulama sahaları. Sistem Uygulamalar Ag-CdO Al-Al2O3 Be-BeO Co-ThO2, Y2O3 Ni-% 20 Cr-ThO2 Pb-PbO Pt-ThO2 W-ThO2, ZrO2 Elektrik kontakt malzemesi Nükleer reaktörlerde kullanılabilirlik Havacılık ve nükleer reaktörler Sürünmeye dirençli magnetik malzemeler Türbin motor bile şenleri Batarya hücreleri Flamanlar, elektrik komponentleri Flamanlar, ısıtıcılarProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 84/112 B.2) Difüzyonla Birle ştirme Matriks ergime sıcaklığının hemen altında proses gerçekleştirilir. Matriks ve takviye fazı arasında difüzyonla bağ oluşumu amaçlanır. Difüzyon prosesi matriksin ergime derecesi altına yapılır. Gerekirse difüzyon katsayısı yüksek ara malzeme kullanılabilirProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 85/112 MMK Malzeme Vakumda sıcak presleme veya HIP SiC Fiber demeti (Çapraz bağlı veya uçucu bağlayıcı) B.2.1.) Levha-fiber Birle ştirme Şekil.Levha fiber birle ştirmenin şematik temsiliProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 86/112 b) a) Matriks levha-fiber yöntemi ile üretilen SiC takviyeli Ti- 15V-3Cr-3Sn-3A1 matriksli MMK' de fiber da ğılımı, b) SiC takviyeli Ti-6A1-4V kompozitte matriks çatlağı.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 87/112 Ti-6Al-4V matriksli SiC sürekli fiber takviyeli MMK malzemelerin levha-fiber difüzyon yöntemi ile üretilen yapısında birle şme hatası çatlaklarıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 88/112 SiC Matriks alaşımı ile buhar kaplama MMK Malzeme Fiberlerin plazma sprey ile matriksle kaplanmasını gösteren MMK üretim tekni ği. B.2.2.) Fiber Spray Kaplama Vakumda sıcak pres veya HIPProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 89/112 Spray tekni ği ile Cu kaplanmı ş SiC fiberin optik mikroskobi kesit görüntüsü Plazma spreyle üretilen SiC takviyeli Ti-6Al- 2Sn-4Zr-2Mo MMK' de fiber dağılımı. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 90/112 B.2.3.) PVD veya CVD Fiber Kaplama Aslında ince film kaplama teknolojileridir. Çok yüksek oksidasyon riski olan matriks malzemeleri için, Oldukça yüksek maliyetli. Çok spesifik uygulamalar için. Uçak, uzay ve çok kritik uygulamalar için malzemeler üretilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 91/112 Üzerine fiziksel buhar biriktirme ile 35 mm kalınlığında Ti-5Al-5 V kaplanan % 80 SiC fiber takviyeli MMK, Kaplamadan sonra HIP yardımıyla difüzyonla birleştirilmiş. Kompozitin kırılma yüzeyi, Mukavemet: 960 MPaProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 92/112 Ti Matrix Kompoziti Elektron demetli PVD kaplama ve sinterleme ile üretiln Ti-6Al-4V matrix/SiC fiber kompoziti ve türbin kanadı olarak uygulanması Mono-FilamentProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 93/112 Ti MMK malzemelerin Jet motor uygulaması. a) Nozül hareketlendirici piston çubuğu. Parça Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo alaşımı 129mm boyunda SiC sürekli fiberler ile takviye edilmiş. b) General Electric F110 motorunda kullanılan Ti matiks SiC fiber takviyeli nozül hareketlendirme çubuğuProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 94/112 Şekil. Tabakalı kompozitlerin üretiminde kullanılan ilave teknikler: a) Haddeleme, b) Patlamalı kaynak, c) E ş ekstrüzyon (Konform tekni ği ) d) Lehimleme-kaynak Haddeleme, patlamalı kaynak, e ş ekstrüzyon (Konform tekni ği ) ve lehimleme-kaynak yöntemleri ile de tabakalı kompozitler üretilebilmektedir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 95/112 C) Reaksiyonla Kompozit Üretimi (in situ composites) C.1) Primex Yöntemi In Situ Lanxide Prosesi (Primex)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 96/112 Primex yöntemi ile üretilen Ti esaslı MMK malzemelerProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 97/112 İki farklı boyutta SiC partikül boyutlu % 70 SiC takviyeli Al MMK. Elektronik altlık malzemesi olarak PRİMEX yöntemi ile üretilmi şProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 98/112 a) Al esaslı MMK malzemelerin Gaz Reaktiflerle In Situ Metodu, b) Bit ötektiğin yönlenmiş katılaşması a) b) C.2) Gaz Reaktif Yöntemi Reaktif gazlar sıvı içine verilir ve reaksiyonla takviye fazı olu şturulur.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 99/112 Reaksiyonla üretilen elektronik MMK ürünler Bir kanal amplifikatör çerçevesi (80 x 50 x10 mm) Alcatel Telecom dizaynı, Al-% 70 Si alaşımından polikristalin elmas ile işlenmiş Al-% 70 Si , 10W güç amplifikatör paketi (1 GHz lik) 50 x 50 ölçüsündeProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 100/112 C.3) Yönlenmiş Katıla şma Ötektik yapılar Al + Ti + C ?› Al +TiC kompozitleri. Al + Ti + B ?› Al + TiB2 kompozitleri. Ni-Cr ala şımına Ta ilave edip C ile reaksiyona sokup yönlenmi ş olarak katışatırılan ala şımda TaC fiberlerin olu şmasıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 101/112 İkincil Prosesler Ekstrüzyon, Haddeleme, Çekme Ekstrüzyon sırasında fiber kırılması. a) Fiber yönlenmesini gösteren SEM yapısı, b) Ekstrüzyon kesitinin X-ışını radyografisiProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 102/112 Ekstrüzyonla süper iletken kompozit tellerin olu şumu a) Cu ile çevrelenen Nb telleri, b) Nb-Cu kompozitinin Sn ile kaplanması, c) Sn’ in Nb içine difüze olup Nb3Sn-Cu kompozitinin olu şmasıProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 103/112 MMK Malzemelerin Mekanik Özellikleri MMK malzemelerde mukavemet artış mekanizmaları a şa ğıda özetlenmektedir: Klasik kompozit mukavemet artışı (yük transferi). Dispersiyonla mukavemet artışı. Kalıntı elastik gerilmeler. Tekstür farklılıkları. Termal genle şme katsayıları arasındaki farkın bir sonucu olarak dislokasyon olu şumuna ba ğlı yüksek dislokasyon yoğunlukları. Yüksek dislokasyon yo ğunlu ğu olu şumunun sonucu olarak küçük alt tane boyutu.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 104/112 Tablo. MMK Malzemelerin çekme mukavemeti özellikleri.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 105/112 Tablo. MMK lerdeki matriks metallerinin mekanik özellikleri. Matriks ? ym (MPa) ? m (MPa) e (%) E m (GPa) Saf Al (Ticari) 30 80 40.0 72 Al-4.5 Cu-T6 107 182 17.0 71 A l 1 1 0 0 - T 6 6 39 9 4 1 . 0- 2014 Al-T6 414 409 10.0 72 2024 Al-T4 268 388 8.20 - A 356 Al-T6 200 275 6.00 69 6061 Al-T6 276 326 15.0 68 7010 Al-T6 490 550 10.5 70 ? ym : matriksin akma mukavemeti ? m : matriksin çekme mukavemeti E m : Matriksin elastik modülüProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 106/112 Matriks Fiber (%) yc (MPa) c (MPa) e (%) Ec (GPa) Saf Al(Ticari) Kısa C (15) - 166 9.5 85 Mg-2 Ag-T6 Saffil+SiCp (15) 280 340 - 74 Ti-6 Al-4 V Sürekli SiC (35) - 1750 - 300 Al 1100 SiCw(20) 183 324 5 - Al 2124-T6 SiCw(20) 497 890 3.0 130 Al 6061-T6 SiC kaplı B (50) - 1400 - 225 Al 6061-T6 Grafit (30) - 517 0.37 152 7010-Al-T6 Saffil (15) - 220 0.2 92 Tablo 6: Sürekli fiber, kısa fiber ve whisker takviyeli MMK malzeme sistemleri ve mekanik özellikleri.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 107/112 Tablo. Partikül takviyeli MMK malzeme sistemleri ve mekanik özellikleri. Matriks Partikül (%) ? yc (MPa) ? c (MPa) e (%) Ec (GPa) Al-4.5 Cu-T6 SiC (10) 184 198 3.5 82 6061-Al-T6 Al2O3 (20) 359 379 2.1 99 2014-Al-T6 Al2O3 (20) 483 503 0.9 101 A356-Al-T6 SiC (20) 331 352 0.4 97 2124 Al-T4 SiC (15) 410 540 10 98 A 357 SiC (20) 386 393 - 100 Mg-Zn-Al SiC (20) 260 328 2.5 80Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 108/112 0 200 400 600 800 02 04 06 08 0 Fiber Hacim Oranı, (%) Mukavemet (MPa) Paralel Dik Fiber Hacim Oranı, (%) Elasatik Modül (GPa) 0 100 200 300 400 02 04 06 08 0 Paralel Dik Şekil. Sürekli Al2O3 fiberler ile takviye edilen Al-Li kompozitinde elastik modül ve mukavemetProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 109/112 Çekme Gerilmesi MPa SiC Hacim Oranı, % Şekil. Al ala şımında SiC partikül ve whiskelerin Elastik modüle ve mukavemete etkileri Elastik Modül, GPa SiC Hacim Oranı, % 6061-Sürekli SiC f 6061-Sürekli SiC W 6061-SiCp (TM) 6061-SiCp (Döküm)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 110/112 7075 Al ala şımı ve de ği şik kompozitlerin yüksek sıcakık mukavemetleri. SAP: Sinterlenmi ş Al tozu Sıcaklık ( o C) Mukavemet (psi) Eğme Mukavemeti (MPa) 0 400 800 1200 50% SiC 1000 800 600 400 200 5% SiC 10% SiC 25% SiC Test Sıcaklığı ( o C) Artan SiCp miktarı ile kompozit malzemede e ğme mukavemeti- sıcaklık de ği şimi ili şkisi. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 111/112 Şekil. 2024 matriks ala şımı ve ilave edilen de ğişik oran ve partikül boyutlu Al2O3 partiküllerinin a ğırlıkça a şınmaya etkileri. A şınma Mesafesi (m) A ğırlık Kaybı (mg) 0 1 2 3 4 5 6 0 500 1000 1500 2000 o 2024 Al O 23 2024 +M a t r i k s % 20 (142 m) % 20 (63 m) % 20 (16 m) % 5 (16 m) % 5 (5 m) % 2 (5 m) µ µ µ µ µ µ Yük=50 gProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 112/112 Şekil. a) Saf Al ve kompozitlerinde 0.98 m/s a şındırma hızında sürtünme katsayısının de ği şimi. ve b) Alümina, SiC takviyeli MMK' lerde a şınma miktarı 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Al Al-SiC Al-B C 4 Al-TiB 2 Al-TiC % 10 % 20 % 20 % 20 Yük=160 N b) Kompozit Malzeme Sistemi Fiber Hacim Oranı 0 0,3 0,6 0,9 1,2 01 02 03 04 0 A ğırlık Kaybı (mg) Al-SiCw (T6) Al-Al2O3 (T6) Sürtünme katsayısı a) b)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 113/112 A şınma Hızı Hacimse kayıp Sürtünme Katsayısı Deney pin-on disk deneyinden sonra yapılmış, YÜK: 10 N, Kayma Hızı: 0.1 m/s, Kayma Mesafesi: 2500 m. A: takviyesiz ala şım B: 20 vol% SiCp (5 mm) C: 20 vol% SiCp (13 mm) D: 20 vol% SiCp (29 mm) KGDD (500)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 114/112 0 2 4 6 8 0 5 10 15 20 25 Matriks metali % 30 SiC MMK w a) b) ? c /? m Şekil. a) % 30 SiCw takviyeli bir kompozitte sürünme, b) SiC ve Al2O3 takviyeli Al ala şımlarında elde edilen yorulma e ğrileri. Maksimum Gerilme, MPa Çevrim Sayısı Log 10 e c /e mProf. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 115/112 Matriks Takviye Malzemesi Takviye Hacim Oranı(% ) Kırılma Toklu ğu (MNm-3/2) 6061 Al (T6) - - 37.0 6061 Al (T6) SiCw 20 7.1 6061 Al (T6) SiCp 25 15.8 Tablo. 6061 Al matriks ala şımı ve SiC partikül, SiCw takviyeli MMK malzemelerde kırılma toklu ğu de ğerleri.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 Şubat 2007 Per şembe METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 116/112 Fiber Matriks Potansiyel Uygulama Grafit Alüminyum Magnezyum Kur şun Bakır Uydu, füze, helikopter yapıları Uzay, uydu yapıları Batarya enerji depolama plakaları Elektrik kontak ve yatak uygulamaları Bor Alüminyum Magnezyum Titanyum Kompresör kanatları, yapısal destek uygul. Anten yapıları Jet motoru fan kanatları Borsik (SiC-B) Alüminyum Titanyum Jet motoru fan kanatları Yüksek sıcaklık yapı ve fan kanatları Alümina Alüminyum Magnezyum Transmisyon yatakları Helikopter transmisyon yapıları SiC Alüminyum Titanyum Süperala şım Yüksek sıcaklık yapıları Yüksek sıcaklık yapıları Yüksek sıcaklık motor motor bile şeni Mo Süperala şım Yüksek sıcaklık motor motor bileşeni W Süperala şım Yüksek sıcaklık motor motor bileşeni Fiber takviyeli bazı MMK’ ların uygulama alanları