Yrd. Doç. Dr. Ayşe KALEMTAŞ Araş. Gör. Taha Yasin EKEN

Transkript

1 BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MMM303METALURJİ VE MALZEME LABORATUARI I FÖYÜ Çamur dökümle seramiklerin şekillendirilmesi Yrd. Doç. Dr. Ayşe KALEMTAŞ Araş. Gör. Taha Yasin EKEN Basınçsız İnfiltrasyonla Kompozit Üretimi 3 Deney

2 BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MMM303 METALURJİ VE MALZEME LABORATUARI I 3 ve 4 Numaralı Deneyler İçin Rapor Formatı Deney No : Deney Adı : Öğrenci No : Öğrenci Adı Soyadı : Rapor İçeriği Deneyin amacı Kullanılan malzemeler ve deney ekipmanları Konu hakkında özet ön bilgi Deneysel çalıġmalar ve elde edilen sonuçlar Sonuçların değerlendirilmesi Her bir deney sonunda verilen soruların cevapları. Kaynaklar Raporlar hem elektronik olarak hem de çıktı ġeklinde teslim edilmelidir. Raporun kapak sayfasında üstte yer alan bilgiler (deney no, adı, öğrenci no ve adı) yer almalıdır. Kapak tasarımı özgün olmalıdır. Rapor kapak ve kaynaklar sayfası dahil en fazla 10 sayfa olmalıdır. Raporda veriler tablo ve ġekillere dönüġtürülerek sunulmalıdır. Kaynak Yazım Formatı F.C. Campbell (ed.), "Light weight Materials Understanding the Basics", ASM International: Materials Park, Ohio, Arslan, G. ve Kalemtaş, A., Processing of Silicon Carbide-Boron Carbide- Aluminium Composites, J. Eur. Ceram. Soc., 29, , Kalemtaş, A., Bazı Oksit Dışı Seramik Alüminyum Karma Yapıların Basınçsız Emdirme Yöntemiyle Üretimi ve Karakterizasyonu, Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, Schwarzkopf, P., "Method of Manufacturing Composite Materials and Shaped Bodies thereof", U. S. Patent No: , İnternet veya uygulama notları için : Hazırlayan kurumun veya biliniyorsa hazırlayan kisinin adı, dökümanın adı, alındığı internet kaynağının adresi, tarih. 2

3 Önemli Not: Her bir deney öncesinde föy içerisinde yer alan bilgileri sorgulayan yazılı küçük bir sınav yapılacaktır. DENEY ADI : Basınçsız İnfiltrasyonla Kompozit Üretimi Deney No : 3 AMAÇ Kompozit malzemlerin üretim ve karakterizasyon süreçleri hakkında pratik bilgiler elde edilmesi. Seramik-metal kompozit üretiminde yaygın olarak kullanılmakta olan "basınçsız infiltrasyon tekniğinin" öğrenilmesi ve bu yöntemde önemli olan süreç değişkenlerinin incelenmesi. GİRİĠ Kompozit malzemeler, aynı türde (seramik-seramik, metal-metal veya polimer-polimer) veya farklı türlerde (metal-polimer, seramik-polimer, seramik-metal, vb.), birbiri içerisinde çözünmeyen, en az iki farklı malzemenin biraraya getirilmesiyle üretilir. Kompozit ve alaşım terimleri birbirinden farklı malzemeleri ifade etmektedir. Alaşım en az biri metal olmak koşuluyla iki ya da daha fazla sayıda elementin biraraya gelmesiyle oluşan bir karışımdır. Alaşım metalik özellikler gösteren bir malzemedir. Ancak kompozitin bileşenlerinden birinin metal olma şartı yoktur. Ayrıca kompozitlerde alaşımlardan farklı olarak bileşenlerin birbiri içerisinde çözünmesi söz konusu değildir. Kompozit malzemeler pek çok farklı uygulama alanında endüstriyel olarak kullanıma sahiptir. Kompozit malzemeler monolitik malzemelere kıyasla çok daha iyi özelliklere veya özellik kombinasyonuna sahiptir. Örneğin, metaller genel olarak sünek ve tok malzemeler olmalarına karşın sertlik, yoğunluk ve korozyon direnci gibi özelliklerde seramiklere oranla daha zayıftır. Metallerin seramik malzemeler ile takviyesi sonucunda elde edilen kompozit malzemeler sayesinde özellikleri metaller ve seramiklerden farklı olan, uygulama alanının isterlerine uygun yeni malzemelerin geliştirilmesi mümkündür. Özellikle günümüz 3

4 koşullarında otomotiv, havacılık ve denizcilik gibi hafifliğin ve oksitlenmenin son derece önemli olduğu alanlarda metal ve seramiklerin birlikte kullanılması ile elde edilen kompozitlerin kullanımı kaçınılmaz bir ihtiyaç haline gelmiştir. [1] Metal ve seramiklerin birlikte kullanılması için özellikle yakın zamanda ciddi bilimsel araştırmalar yapılmaktadır. Metal ve seramiklerin fiziksel olarak biraraya getirilmesiyle oluşan bu kompozitlere seramik-metal veya metalseramik kompozit malzemeler denilmektedir. Seramik-metal kompozitlerde matris malzemesi, miktar olarak fazla olan, seramik malzemesidir. Metalseramik kompozitlerde ise matris malzemesi, miktar olarak fazla olan metal malzemesidir. Bu tür kompozit malzemelerin üretilmesi için çeşitli metotlar geliştirilmiştir. Bu metotların içinde en yaygın olarak kullanılan metotlardan bir tanesi de infiltrasyon yöntemidir. Seramik-metal kompozitlerde malzemenin içindeki seramik miktarı fazla ise, yani seramik hacim kesri fazla ise aşınma direnci ve yüksek sıcaklık mukavemeti de daha yüksek olacaktır. İnfiltrasyon yöntemi yüksek seramik hacim kesri içeren kompozitlerin üretilebilmesi için en uygun yöntemlerden biri olup, önceden şekillendirilmiş gözenekli seramik peletlere metal infiltrasyonunu içermektedir. [2]. Gözenekli seramik peletlere sıvı metalin infiltrasyonu vakum veya basınç yardımıyla sağlanabilir. Ayrıca dışarıdan bir etki olmaksızın, sıvı metalin katıyı ıslattığı ve sıvının gözenekli yapının içerisine zamanla infiltrasyonunun gerçekleşmesi de söz konusu olabilmektedir. İtici gücüne bağlı olarak infiltrasyon üç farklı grup altında incelenmektedir: Vakumda infiltrasyon, basınçlı infiltrasyon ve basınçsız infiltrasyon. Islatma en basit ifadesiyle, bir sıvının katı bir yüzey üzerinde yayılma kabiliyeti olup, infiltrasyon yönteminin başarılı olabilmesi için çok önemlidir. Örneğin, metal ve seramik matrisli kompozitlerin infiltrasyon yöntemi ile üretilebilmesi için sıvı metalin seramik fazı iyi bir şekilde ıslatması gerekmektedir. [3] Mükemmel ıslatma sağlanabilmesi için temas açısı 0 olmalıdır. Tamamen ıslatmaz hal ise ıslatma açısının 180 olduğu durumdur. Temas açısı metal oksitler ile metal arasında genellikle 90 nin üstündedir. Temas açılarının yüksek olduğu bu tür durumlarda, katı yüzeye sıvı metal infiltrasyonunu sağlamak için 4

5 bir dış basınca ihtiyaç duyulmaktadır. Ancak bir dış etki ile kılcal boşluklara sıvı metal infiltrasyonu mümkün olmaktadır. [4] Bu dış etki bir gaz ile olabileceği gibi mekanik bir kuvvet ile de olabilir. Vakum altında çalışmanın da sıvı metalin seramik pelete infiltrasyonuna yardımcı olduğu bilinmektedir. Seramik fazın etrafında bir vakum oluşturularak, infiltrasyonu gerçekleştirecek basınç farkı oluşturulabildiği gözlemlenmiştir. Vakumda infiltrasyonun bir diğer olumlu yanı ise sıvı metalin infiltrasyon esnasında oksitlenmesi engellenir ve üretilecek yapıda hava veya gaz kalması engellendiği için gözenek oluşumu önlenebilir. Basınçsız infiltrasyonda ise dışarıdan herhangi bir basınç uygulamadan, özel tasarlanmış metotlarla, doğru açıda ıslatma elde edilerek yürütülür. Basınçsız infiltrasyon yöntemi ile ekonomik ve basit bir yolla, önemli bir oranda çekme gözlemlenmeden ve oldukça yoğun olarak karmaşık şekilli ürünler üretilebilmektedir. Sıvı metal seramik gözenekli yapı içerisine basınç uygulanmadan kendiliğinden infiltre olarak seramik peletin içindeki boşlukları doldurup soğuma esnasında buralarda katılaşmaktadır. İnfiltrasyon yöntemlerinin en iyi yönlerinden biri de üretilen kompozit malzemenin her bölgesinde aynı özelliklerin elde edilmesidir. [1] Şekil 1 de basınçsız infiltrasyon yöntemi temsili olarak sunulmaktadır. Ġekil 1. Basınçsız infiltrasyon düzeneği [1] 5

6 Rapor sonunda cevaplanacak sorular 1) Kompozit malzemeler kaç farklı şekilde sınıflandırılabilir? Mevcut farklı sınıflandırma yöntemlerine göre alt grupları yazınız. 2) Kompozit malzeme içerisinde matris ve takviye fazlarının görevleri nelerdir? 3) İnfiltrasyon yönteminin avantajları ve dezavantajları nelerdir? 4) Basınçsız İnfiltrasyon yöntemini etkileyen temel değişkenler nelerdir? 5) İnfiltrasyon yöntemi ne tür kompozitlerin üretiminde kullanılır? Endüstrideki kullanım alanları nelerdir? 6) Kompozit malzemelerin uygulama alanları nelerdir? KAYNAKLAR 1) A. Kalemtas, (2016). İnfiltrasyon Yöntemiyle Kompozit Üretiminde Etkili Olan Temel Değişkenler, Putech&Composites, ) A. Kalemtas, G. Topates, O. Bahadir, P. Kaya Isci, H. Mandal, Thermal properties of pressureless melt infiltrated AlN-Si-Al composites, T Nonferr Metal Soc 23(5) (2013) ) V. Michaud, A. Mortensen, Infiltration processing of fibre reinforced composites: governing phenomena, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 32(8) (2001) ) M. Rodrıguez-Reyes, M. Pech-Canul, E. Parras-Medecigo, A. Gorokhovsky, Effect of Mg loss on the kinetics of pressureless infiltration in the processing of Al Si Mg/SiC p composites, Mater Lett 57(13) (2003)