Yeni Malzemeler ve Üretim Yöntemleri. İntermetalik Malzemeler / Yanma Sentezi Yrd.Doç.Dr. Aysun AYDAY

Benzer belgeler
İNTERMETALİKLERE GİRİŞ

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

İNTERMETALİK MALZEMELER. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR (DERS NOTLARI)

SÜPER ALAŞIMLAR Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

ALUMİNYUM ESASLI İNTERMETALİK BİLEŞİKLER

CERRAHİ İĞNE ALAŞIMLARI. Microbiologist KADİR GÜRBÜZ

MMM291 MALZEME BİLİMİ

İNTERMETALİK MALZEMELER. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR (DERS NOTLARI-4)

Yoğun Düşük sürünme direnci Düşük/orta korozyon direnci. Elektrik ve termal iletken İyi mukavemet ve süneklik Yüksek tokluk Magnetik Metaller

SÜPERALA IMLAR. Yüksek sıcaklık dayanımı

MALZEME SEÇİMİNİN ÖNEMİ VE MÜHENDİSLİK MALZEMELERİ. Doç.Dr. Salim ŞAHİN

BA KENT ÜNİVERSİTESİ. Malzemeler genel olarak 4 ana sınıfa ayrılabilirler: 1. Metaller, 2. Seramikler, 3. Polimerler 4. Kompozitler.

TERMOKİMYASAL YÜZEY KAPLAMA (BORLAMA)

SİLİSYUM ESASLI İNTERMETALİK BİLEŞİKLER

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 11 Yüksek sıcaklığa dayanıklı çelikler. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

Ön Söz vii Kitabın Türkçe Çevirisine Ön Söz Çevirenin Ön Sözü 1 Sinterleme Bilimine Giriş 2 Sinterleme Ölçüm Teknikleri xiii

METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER

KOMPOZİTLER Sakarya Üniversitesi İnşaat Mühendisliği

PLASTİK ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ

MALZEME SEÇİMİNİN ÖNEMİ VE MÜHENDİSLİK MALZEMELERİ

MMM 2011 Malzeme Bilgisi

Tozların Şekillendirilmesi ve Sinterleme. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

Kompozit Malzemeler Metal Matrisli Kompozitler

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ

PÜSKÜRTME ŞEKİLLENDİRME (SPRAY FORMING / SPRAY DEPOSITION)

Pik (Ham) Demir Üretimi

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 5 Metaller, Bakır ve Magnezyum. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

Toz Metalürjisi. Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Notların bir bölümü Dr. Rahmi Ünal ın web sayfasından alınmıştır.

Paslanmaz Çeliklerin. kaynak edilmesi. Özlem Karaman Metalurji ve Malzeme Mühendisi Kaynak Mühendisi

KAPLAMA TEKNİKLERİ DERS NOTLARI

3. MALZEME PROFİLLERİ (MATERİALS PROFİLES) 3.1. METAL VE ALAŞIMLAR. Karbon çelikleri (carbon steels)

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 4 Metaller, Aluminyum ve Çinko. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

SERAMİK MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER ve ÜRETİMİ

ATMOSFER KONTROLLÜ VAKUM FIRINLARINDA ISIL İŞLEM ve JET REVİZYON MÜDÜRLÜĞÜNDEKİ UYGULAMALARI

1/26 KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ

Dökme Demirlerin Korozyonu Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

2/13/2018 MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI

Tozların Şekillendirilmesi ve Sinterleme. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Faz ( denge) diyagramları

KAPLAMA TEKNİKLERİ DERS NOTLARI

HİDROJEN ÜRETİMİ BUĞRA DOĞUKAN CANPOLAT

DOĞAL KURŞUN METALİK KURŞUN PLAKALAR

Doç.Dr.Salim ŞAHİN SÜRÜNME

İÇİNDEKİLER BÖLÜM 1 BÖLÜM 2

TOZ METALURJİSİ Prof.Dr. Muzaffer ZEREN

6.WEEK BİYOMATERYALLER

MALZEME BİLİMİ Bölüm 1. Malzeme Bilimi ve Mühendisliğine Giriş Hazırlayan Doç. Dr. Özkan Özdemir

Malzemelerin Yüzey İşlemi MEM4043 / bahar

MALZEME BİLGİSİ DERS 2 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

Faz kavramı. Kristal yapılı malzemelerin iç yapılarında homojen ve belirli özellikler gösteren bölgelere faz (phase) adı verilir.

DENEYİN ADI: Kum ve Metal Kalıba Döküm Deneyi. AMACI: Döküm yoluyla şekillendirme işleminin öğrenilmesi.

TIG GAZALTI KAYNAK YÖNTEMİNDE KULLANILAN GAZLAR VE ÖZELLİKLERİ PROF. DR. HÜSEYİN UZUN HOŞGELDİNİZ

SICAK İŞ TAKIM ÇELİKLERİ B İ R K A L İ T E M A R K A S I

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü. facebook.com/groups/beunmetalurji

Demir, atom numarası 26 olan kimyasal element. Simgesi Fe dir. Demir, yerkabuğunda en çok bulunan metaldir. Yerkürenin merkezindeki sıvı çekirdeğin

INSA 283 MALZEME BİLİMİ. Giriş

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ

MIG-MAG KAYNAK METODUNDA KULLANILAN KAYNAK ELEKTROTLARI VE ELEKTROT SEÇİMİ

ALIŞILMAMIŞ ÜRETİM YÖNTEMLERİ. Prof. Dr. Akgün ALSARAN

FIRAT ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 3. SINIF EKSTRAKTİF METALURJİ DERSİ VİZE SINAV SORULARI CEVAP ANAHTARI

şeklinde, katı ( ) fazın ağırlık oranı ise; şeklinde hesaplanır.

Paslanmaz Çeliklerin Kaynak İşlemi Esnasında Karşılaşılan Problemler ve Alınması Gereken Önlemler Paslanmaz çeliklerin kaynak işlemi esnasında

Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

ELKTRİK AMAÇLI ALUMİNYUM KULLANIMI

MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEMLER

Metallerde Döküm ve Katılaşma

Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 1

TEKNOLOJİSİ--ITEKNOLOJİSİ. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ

Faz Dönüşümleri ve Faz (Denge) Diyagramları

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

İmal Usulleri. Fatih ALİBEYOĞLU -7-

ÇİNKO ALAŞIMLARI :34 1

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. Basınç Destekli Hacim Yanma Sentezi Yöntemi ile Elde Edilen FeAl ve TiAl Kaplamalar

Malzeme Bilgisi ve Gemi Yapı Malzemeleri

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

KİMYASAL TEKNİKLERLE TOZ ÜRETİMİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

KRİSTALLERİN PLASTİK DEFORMASYONU

Ç l e i l k i l k e l r e e e Uyg u a l na n n n Yüz ü ey e y Ser Se tle l ş e t ş ir i me e İ şl ş e l m l r e i

Üç farklı malzeme türünden imal edilen ve günlük haya6a sıkça karşılaş9ğımız ürünlerden biri, gazlı içecek kaplarıdır. Gazlı içecekler alüminyum

Toz Metalurjik Malzemeler. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Akımsız Nikel. Çözeltideki tuzları kullanarak herhangi bir elektrik akım kaynağı kullanılmadan nikel alaşımı kaplayabilen bir prosestir"

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 3 Çelik üretimi. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

Kovan. Alüminyum ekstrüzyon sisteminin şematik gösterimi

7075 SERĠSĠ ALAġIMLARIN GENEL ÜRETĠM YÖNTEMLERĠ

Ayrıca, bu kitapta sunulan bilgilerin İnşaat Mühendislerine de meslek yaşamları boyunca yararlı olacağı umulmaktadır.

MALZEME BİLİMİ. Difüzyon

ZnS (zincblende) NaCl (sodium chloride) CsCl (cesium chloride)


Prof. Dr. İrfan AY / Öğr. Gör. Fahrettin KAPUSUZ

Geleneksel Malzemelerdeki Gelişmeler

Prof. Dr. Yusuf ÖZÇATALBAŞ. Malzeme Seçimi/ 1

HEATING ELEMENT TECHNOLOGIES CORP. PASLANMAZ ÇELİK BORU. Kaliteyi Biz Üretelim, Sizler İle Paylaşalım...

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 6 Nikel, Titanyum ve Kobalt alaşımları. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

SinterlenmişKarbürler. Co bağlayıcı ~ Mpa Sertlikliğini 1100 ⁰C ye kadar muhafaza eder Kesme hızları hız çeliklerine nazaran 5 kat fazladır.

MMM291 MALZEME BİLİMİ

Malzeme Bilimi ve Malzemelerin Sınıflandırılması

BÖLÜM 3 DİFÜZYON (YAYINIM)

Transkript:

Yeni Malzemeler ve Üretim Yöntemleri İntermetalik Malzemeler / Yanma Sentezi Yrd.Doç.Dr. Aysun AYDAY

Malzemeler Seramikler (iyonik ve/veya kovalent bağlı) Metaller (metalik bağlı) Polimerler (kovalent) Kompozitler İntermetalik malzemeler (metalik bağlı-az kovalent)

Mühendislik malzemeleri geleneksel olarak seramik, plastik ve metallerden oluşmaktadır. Ama ne var ki bu malzemelerin iyi oldukları özellikleri olduğu kadar eksik olduğu noktalarda vardır. Seramiklerin gevrek oluşu, metallerin yorulma ve paslanma gibi olumsuz özellikleri, plastiklerin göreceli olarak düşük mukavemetleri gibi. Bununla beraber kullanım yerine ve ortamına göre de değişen özellikleri bir sorun teşkil etmektedir

Yüksek sıcaklıkta kullanılacak malzemelerin yüksek oksitlenme ve sürünme dirençlerine, düşük yoğunluk gibi özelliklere sahip olmaları arzu edilir. Bunun nedeni çalışma ortamında istenilen mekanik özellikleri temin etmek için tasarlanmış kimyasal yapının korunması, yüksek sıcaklıklarda atomik difüzyon nedeniyle deformasyonun önlenmesi ve enerji tasarrufunun sağlanmasıdır. Ancak genellikle metal olarak imal edilen bu yüksek sıcaklık yapısal malzemeleri 1000oC gibi yüksek sıcaklıklarda gerekli performansı veremezler. Bu sıcaklıkta mukavemete ve yüksek oksitlenme ve sürünme dirençlerine sahip metalleri ise istenen şekle sokmak çok emek ve masrafa sebep olmaktadır. Bu noktada devreye yeni nesil malzemeler yani kompozitler ve intermetalik malzemeler girmektedir.

İntermetalik bileşikler Metallar ile seramikler arasında yer alan genellikle kimyasal açıdan birbirine benzeyen iki veya daha fazla saf metalin dar kompozisyon aralıklarında oluşturduğu kristal yapılı bileşik veya katı çözeltidir. Elektronegativiteleri arasındaki farklar arttıkça metaller arası bileşikler oluşur.

İlk metaller Cu (nabit) (MÖ 7000), Au, Ag,.. Cu-Sn Bronz çağı MÖ 2500 (intermetalik) Cu-As

İntermetalik bileşikler İntermetalik bileşikler, metalurjinin başlangıcından beri kullanılan malzemelerdir. Tarihsel süreç incelendiğinde, geçmişi M.Ö 2500 yıllarına dayanmaktadır. İntermetalik bileşikler, fiziksel metalurjinin gelişmesiyle son yüzyılda bilimsel araştırma konusu olmuş ve ilk olarak Almanya da 1939 lu yıllarda Karsten tarafından çalışılmıştır. Ancak içyapı ve mekanik davranışlar açısından detaylı olarak 1960 lı yıllardan itibaren araştırılmaya başlanılmıştır.

İntermetalikler, yüksek sertlik ve yüksek aşınma direnci gibi üstün mekanik özelliklere bağlı uygulamaların yanı sıra dekoratif uygulamalar için de kullanılmıştır. Örneğin, metalik parlaklıklarından dolayı Antik Mısır da bronz kaplamaların yapıldığı bilinmektedir.

İNTERMETALİKLER İki veya daha fazla metalden oluşan ve kendine özgü kompozisyonu, yapısı ve özellikleri olan bileşikler Düzenli iç yapı ile kuvvetli metalik-kovalent/iyonik bağ yapısı; yüksek ergime noktası yüksek mukavemet iyi korozyon ve yüksek sıcaklık oksidasyon direnci sağlar. Özellikle silisid ve aluminidler yüksek oksidasyon ve korozyon direncine sahiptirler

İntermetalik bileşikler, metaller ile seramikler arasında yer alan genellikle kimyasal açıdan birbirine benzemeyen iki veya daha fazla saf metalin dar kompozisyon aralıklarında ve basit oranlar çerçevesinde oluşturduğu kristal yapılı bileşik veya katı çözeltilerdir. Işığı yansıtırlar ve iletkendirler Ancak intermetalikler, kendilerini oluşturan metallerle benzer metalik bağ özelliği göstermezler. İntermetalikleri oluşturan farklı atomlar arasındaki bağ mukavemeti, aynı metal atomları arasındaki bağ mukavemetinden daha büyüktür ve bu nedenle intermetalikler, farklı atomlarla tercihli olarak çevrilmiş düzenli atom dağılımı ile özel kristal yapıları oluştururlar.

İntermetalikler ve düzenli yapı

Bütün bu üstün özelliklerine karşılık, intermetalikler oda sıcaklığında GEVREK Yeterli kayma sistemleri yok ve sünek davranış göstermiyorlar. Bu durum onların kullanımını sınırlayan ana faktör Buna bağlı olarak; intermetalik çalışmalarının ana konularından biri onları daha fazla sünek yapabilmek

İntermetaliklerin kırılma tokluğunu artırmak için: A) Alaşım elementi ilavesi: Nb, Si, Cr, B, Co gibi elementlerin bileşime eklenmesi sünekliği artırıyor B) Kompozit yapmak (sünek faz takviyesi) yolları takip ediliyor. Sünek faz takviyesi A) Partikül takviyesi B) Fiber takviyesi C) Laminat takviyesi Hepsinin sünekliği artırıcı etkisi var, fakat en etkili yol laminat faz takviyesi

İntermetaliklerin en önemli özelliklerinden biri yüksek sıcaklık oksidasyon direnci Bu şaşırtıcı değil Ellingham diyagramında oksijene karşı en çok ilgisi olan elementler arasında intermetalik yapan elementler önde geliyor Ancak yüksek sıcaklık oksidasyon direnci açısından özellikle Al, Si ve Cr önemli

İntermetalik alaşımlar özellikle günümüzde mevcut olan süperalaşımların çalıştıkları sıcaklıklarda yada daha yüksek sıcaklıklarda kullanılmak üzere uçak motor uygulamaları için aday malzemeler olarak görülüyor. En yüksek sıcaklıkta kullanılan metalik alaşımlar günümüzde nikel esaslı süperalaşımlardır (yaklaşık 1100 C ye kadar)

Ana intermetalik grupları Aluminidler Al-Ti, Al-Ni, Al-Fe, Al-Nb,. Nitinol Ti-Ni Silisidler Si-Mo Hepsinin oksijene ilgisi yüksek

Ti-Al sistemi (Aluminidler) Alüminid terimi, alüminyum esaslı intermetalikleri belirten bir kelimedir. Alüminidler, intermetalikler içerisinde gerek alüminyumun ucuz oluşu gerek diğer metaller ile kolay bağ kurabilmesi ve sinter için göreceli düşük sıcaklığa ihtiyaç duyması nedeniyle oldukça yoğun çalışılmıştır. Bu intermetaliklerin oksidasyona karşı direnci geliştiren alüminyum oksit tabakasının oluşmasıdır. Ayrıca bu bileşikler yüksek ergime noktasına, iyi korozyon direncine ve yüksek mukavemete sahip olup, nispeten düşük yoğunluklu malzemelerdir

Ti-Al sistemi (Aluminidler) Titanyum ve aluminyum titanyum aluminid olarak isimlendirilen 3 ana bileşik oluştururlar: TiAl, TiAl2, TiAl3, TiAl bileşiği, gama, en yüksek ergime sıcaklığına sahiptir ve diğer özellikleri de göz önüne alındığında mühendislik uygulamaları açısından en uygun olanıdır. Nominal olarak ağırlıkça %35 alüminyum içerir. Özelliklerini geliştirmek için diğer metaller ilave edilebilir.

Ti-Al sistemi

Ti-Al Bu alaşımlar şekillendirmeye uygun değildir (gevrektirler) Titanyum aluminid otomotiv uygulamaları için uygun bir malzeme olarak göz önüne alınabilir Üstelik 700-800 C deki mukavemeti oda sıcaklığındakinden yüksektir.

Ti-Al sistemi Alaşımsız TiAl halen otomobil motor buhar vanası (poppet valve) için alaşımsız TiAl halen denemektedir fakat diğer motorlar için, az miktarda krom, silisyum ve/veya niyobyum (%1 veya daha az katkılı) katkısı sürünme, oksidasyon ve süneklik gibi özellikleri geliştirmek için gerekli Ancak, niyobyum ilavesi fiyatı önemli derecede artırır.

İntermetalik bileşikler istisnai özellikleri ile ileri malzemeler arasında öncü bir yer işgal etmektedir. Bu özellikler yüksek ergime noktası, yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemet sağlayan düzenli yapıları, yüksek oksidasyon direnci gibi özelliklerdir.

İntermetalik malzemeler iki farklı metalin üstün özelliklerini kullanabilmek maksadı ile bileşik oluşturmasını sağlayarak elde edilen yapay metallerdir. Günümüzde birçok çeşit intermetalik malzeme hali hazırda mevcuttur. Kolay şekillenebilirlikleri, alüminyum oksit tabakası oluşturarak kazandırdıkları üstün oksidasyon direnci ve metallerle olan bileşik oluşturabilme sınırının geniş olması alüminyum esaslı intermetalikleri diğerlerine göre daha ön plana çıkarmaktadır.

Alüminyum esaslı intermetalikler yani alüminidler pek çok farklı kombinasyona sahip olabilirler. Ancak yapı malzemesi olarak nikel alüminidler, titanyum alüminidler ve demir alüminidlerin hatırı sayılır oranda üstünlükleri vardır. Bunun nedeni kolay üretimi ve nispeten ekonomik oluşlarıdır. Ancak bu malzemelerinde en büyük sorunları gevreklik. Yapısal olarak tok olan metallerin alaşıma katılması ile gevreklik problemi; yüksek sıcaklığa dayanıklı refrakter metallerin alaşıma katılması ile mukavemet problemleri nispeten çözülmüş olur.

Bu özellikler onları özellikle havacılık, uçak ve kimya endüstrisi gibi bir çok uygulama için aday malzemeler yapar. Ayrıca düzenli intermetalik bileşiklerin bir çoğu sıcaklık arttıkça mukavemetleri artar. Bu bakımdan da yüksek sıcaklık uygulamaları açısından daha çekici malzemeler haline gelmişlerdir.

x Aluminidler nispeten yüksek ergime sıcaklıkları, düşük yoğunlukları ve süneklik ve toklukları (yüksek sıcaklıkta) gibi özellikleri nedeniyle yüksek sıcaklık uygulamaları açısından yüksek potansiyele sahiptirler. Ne var ki, bu malzemelerin soğuk şekillendirilmesi sınırlıdır, zira gevrektirler, oda sıcaklığında düşük sünekliğe sahiptirler ve kırılacaklardır.

Alüminidler için yapılan araştırmalar daha hafif, hızlı ve daha kullanışlı olarak taşımacılık endüstrisi ve özellikle uzay endüstrisi için gerekli olan özelliklere itici güç oluşturmaktadır. Bu durumda alüminidler nikel esaslı süperalaşımlarla yarışmaktadır. Yüksek sıcaklıkta kullanılacak malzemeler yüksek oksitlenme, sürünme dirençleri ve düşük yoğunluk gibi özelliklere sahip olmalıdır. Tüm bu özelliklerinin mükemmel bir bileşime sahip olan alüminidler, kırılganlıkları giderildiği takdirde yüksek sıcaklık uygulamaları için en uygun adaylardır. Bununla birlikte bu intermetalikler yüksek korozyon direnci ve ısıl şok direnci gösterirler.

Metal, intermetalik ve seramiklerin bazı özelliklerinin kıyaslanması

Üretim Genel anlamda malzemeleri üretmek ve şekillendirmek için döküm, ekstrüzyon, toz metalurjisi gibi kapsamlı ve çok sayıda yöntem vardır. Ancak yanma sentezi başta olmak üzere, intermetaliklerin üretimine imkân vermektedir.

Aluminidleri üretmek için genellikle kullanılan üç metod vardır: Geleneksel ergitme ve döküm Toz metalurjisi Yanma sentezi

Geleneksel ingot metalurjisi yolu ile intermetalik bileşik üretilmesi durumunda, çoğu kere, bileşenlerin ergime sıcaklıkları ve yoğunluklarındaki büyük farklar ve hatta stokiometrilerindeki farklar nedeniyle problemlerle karşılaşılır. Ergitme yönteminde genellikle indüksiyon fırınları ve vakum ark ergitme ocakları kullanılır. Her iki yöntemde de elektrik akımı kullanılarak elde edilen ısı enerjisiyle ergitme yapılır.

Diğer bir yöntem ise toz metalurjisi yöntemidir. Bilinen toz metalurjisinde olduğu gibi saf elementel tozlar karıştırılır ve yüksek bir basınç ile preslenir. İstenilen şekle getirilmiş parça alüminyumun ergime sıcaklığının üzerinde bir sıcaklığa ısıtılarak ergiyik alüminyum ile aktif hale gelmiş diğer elementin alaşım oluşturması sağlanır. En sık kullanılan ve en ucuz olan laboratuvar yöntemi budur.

Geleneksel metotlarla üretiminde, hem yüksek enerji fırınları hem de uzun işlem süreleri gerekli olduğundan üretimi maliyetlidir. Son zamanlarda, seramikler, seramik kompozitler ve intermetalik bileşikler gibi refrakter malzemeleri sentezlemek için yanma sentezi yöntemi kullanılmaktadır.

Bu yöntem, preslenmiş toz karışımının açık ya da inert atmosfer altında ateşlenerek yeterli ısı meydana geldiğinde kimyasal reaksiyonun (ekzotermik reaksiyon) başlaması ve kendi kendine ilerlemesi esasına dayanır. Yanma sentezi

Bu sentezleme yaklaşımı, sentezleme reaksiyonuyla büyük ısı çıkışı sayesinde çok yüksek hızda, kendi kendine ilerleyen işlemlerden meydana gelmektedir. Katı reaktan yapısına sahip malzemelerin yanma sentezi, yanma reaksiyonlarının başlatılma şartlarına bağlı olarak, kendi kendine ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi (selfpropagating high temperature synthesis, SHS) ve hacim yanma sentezi (Volume Combustion Synthesis) olarak iki şekilde tanımlanmaktadır.

in-situ (yerinde) sentezleme tekniklerinde kendi kendini destekleyen yanma ile metal veya seramik matrisli kompozit malzemeler üretilebilmektedir. Kompozit içinde meydana gelen kimyasal reaksiyon sonucu oluşan ekzotermik ısı reaksiyonun bir uçtan diğer uca kendiliğinden ilerlemesini sağlar. Hacim yanma yönteminde ise şekil verilmiş ham toz karışımı toptan ısıya maruz kalır ve intermetalik oluşum reaksiyonu her tarafta aynı anada yürür.

Yanma sentezi iki şekilde meydana gelebilir: i)kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi (self - propagating high temperature synthesis -SHS) ve hacim yanma sentezi (volume combustion synthesis -VCS). Bu modlara ait şematik bir diyagram Şekil 1 de verilmiştir. Her iki halde de, reaktanlar gevşek toz formunda veya pellet şekline preslenmiş halde olabilir. Numuneler daha sonra ekzotermik reaksiyonu başlatmak üzere bir dış kaynakla (tungsten bobin veya lazer gibi) ya lokal olarak (SHS) veya uniform olarak (VCS) ısıtılır.

Kendi kendini destekleyen (kendiliğinden ilerleyen) yüksek sıcaklık sentezinde, harmanlanmış reaktan tozlar, ham yoğunluğa sahip tabletler şeklinde preslenir; daha sonra lokal olarak bir noktadan tutuşturulur. Tutuşturma işlemi; lazer ışını, ısıtıcı bobin, kıvılcım gibi ekipmanlarla gerçekleştirilir. Hacim yanma sentezinde ise, reaktan karışım tozdan şekillendirilmiş olan numunenin tamamı, hacimde meydana gelen kendi kendini destekleyen tutuşma sıcaklığına kadar, kontrollü bir biçimde, üniform olarak ısıtılır ve yanma sırasında reaktanlar kendiliğinden dönüşüme uğrar.

Operasyon adımları CS teknolojisi için gerekli operasyon sırasını göstermektedir. Gerekli reaktanların kurutulmuş tozları (e.g. silicon and carbon) uygun oranlarda yüksek derecede homojen bir durum oluşuncaya dek uzun süre ıslak bir ortamda karıştırılır. Bu şekilde hazırlanan green (ham) karışım sızdırmaz ve vakum pompası ile havası alınmış reaktöre yüklenir. Bundan sonra, reaktöre inert veya reaktif gaz (Ar, N2, air) doldurulur. Sabit hızlı bir gaz akışı poroz raektan karışımı içinden gazın belli bir hızda geçmesini sağlar.

Yanma sentezi (CS) Yanma sentezi (CS) geleneksel toz metalurjisi teknolojilerine nazaran çeşitli avantajlara sahiptir: i) kısa sentez süresi (dakikalar ölçeğinde), ii) enerji tasarrufu, zira malzeme üretimi için dahili sistemin kimyasal enerjisi kullanılmaktadır, iii) basit teknolojik donanım, iv) yüksek saflıkta ürün üretme kabiliyeti, zira yanma dalgasında meydana gelen aşırı yüksek sıcaklıklar (4000K e kadar) emprütelerin çoğunun yanmasına yol acar.

Şarj hazırlama Toz kurutma, tartma, karıştırma, presleme, şekillendirme (pelet üretimi) SHS işlemi Hava ortamında, reaktörde, gaz halde, basınç altında, ekstruderde SHS sonrası işlemler Yüzey işlemi-temizleme-, taşlama, parlatma, kesme

SHS çeşitli yüksek sıcaklık seramikleri, intermetalik malzemeler ve nano-kompozit malzemelerin bir tek adımda üretimine imkan veren iyi bilinen bir prosestir. SHS tekniği yüksek sıcaklık fırınları ve uzun işlem süreleri gerektiren diğer metotlara nazaran doğal bazı avantajlara sahiptir. SHS metodu ile üretilen malzemeler yüksek ürün saflığı, düşük enerji ihtiyacı ve nispeten basit bir proses olması gibi avantajlara sahiptir. SHS sırasında üretilen ekzotermik ısı kimyasal reaksiyonun tamamlanması için kullanılmaktadır.

SHS nin avantajları SHS metodu ile seramik malzeme üretiminin en büyük avantajı uzun proses zamanlarına ve yüksek sıcaklık fırınlarına ihtiyaç duyulmamasıdır. Reaksiyon spontane olarak devam eder ve yanma prosesi ile açığa çıkan yüksek ısı onun devam etmesini sağlar. Çeşitli reaktör tipleri mevcuttur: yüksek basınç veya düşük basınçlı sistemler, sabit basınçlı sistemler (Basınç destekli yanma sentezi-hip) Üretim miktarı reaktörün büyüklüğüne bağlıdır. Reaksiyon başına 10 kg a kadar ürün eldesi mümkün olabilir.

Orneğin TiC yapmak icin, Ti ve C tozları karıştırılır ve preslenerek bir pelet haline getirilir. Pelet paslanmaz celikten yapılmış basit, silindirik reaksiyon kabına (reaktorune) yerleştirilir. Pelet bir ucundan elektrikle ısıtılan bir bobin teli ile tutuşturulur. Bu ısıtılan tel ısıtılmış yuzey tabakasında Ti ve C arasında kimyasal reaksiyonu başlatmak icin ısı girdisi (impuls) sağlar. Reaksiyon bir yanma dalgası veya sentez dalgası oluşturur, bu dalga silindirik numunenin ekseni boyunca hızla yayılarak TiC oluşturur (Şekil).

Örnek yanma sentez reaksiyonları Ti + C = TiC (hepsi katı sistemi) Ni + 3Al = Ni3Al (kaybolan sıvı faz) 2Al + N2 = 2AlN (katı-gaz sistemi) 3SiO2 + 6C + 2N2 = Si3N4 + 6CO2 (hem reaktan hem üründe gaz fazı mevcut)

Stokiyometrik oranın dışında intermetaliği oluşturan metallerin birbiri içinde çözünürlüğü olmayan çizgisel (tek bir bileşim noktası olan) intermetalik malzemelerin (tek fazlı) üretimleri oldukça zordur.