3-Metal Matri̇sli̇ Kompozi̇tler-r (1)

7/25/2019 3-Metal Matrsl Kompoztler-r (1)

1/58

1


2/58

Metal Matrisli Kompozit Malzemeler

Metal matrisli kompozit (MMK) malzemeler, istenen ve gerekli zellikleri

salamak zere en az biri metal olan iki veya daha fazla farkl malzemeninsistematik bileimiyleelde edilen yeni malzemelerdir.

Metal matrisli kompozit malzemeler tek bileenli alamlarla elde edilemeyenzelliklerisalamakzere, bir metal matris iindesrekli veya ksa fiber, whiskerveya partikleklindetakviye fazerir.

Gnmzartlarndaretilebilenmetal matrisli kompozit malzemeler grubaAyrlmaktadr;1. Elastiklik modlnn, belli oranda da mukavemetin artmasyla sonulanan,

balayc matris iine partikl eklindeki takviye malzemelerinin ilavesi ileoluturulanpartikltakviyeli metal matrisli kompozitler,

2. Partikl takviyeli metal matrisli kompozitlere gre daha byk yk iletimiyeteneinesahip, yksekdayanmlwhisker veya ksafiber takviye metal matrislikompozitler.

3. Fiberin yksek performansl tm zelliklerini tayan srekli fiber esasl metalmatrisli kompozitler.

Belirtilen kompozit sistemlerinin her birinin de ayrayrstnlklerive zayflklarszkonusudur.

Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)Prof. Dr. N.B.BEKTA

2


3/58

rnein, partikl esasl metal matrisli kompozitler dk maliyetlerinin

yansra, rijitliklikte dikkate deer gelime ve hemen hemen izotropik zelliklergsterir. Ancak mukavemetteki gelime snrldr. Ayrca kopmadaki ekildeiiminin ve krlma tokluunun dk olmas bu kompozitlerin zayf yndr.Whisker veya ksa fiber katklmetal matrisli kompozitler, partikl esasllaraoranla daha pahal,fakat daha mukavemetlidir. Sreklifiber katklmetal matrislikompozitler elastiklik modul ve mukavemetin en iyi kombinasyonunu

vermelerine karn bu kompozitlerin zellikleri anizotropiktir ve asl zayflklar,kullanlan fiberlerin ve kompozit retimmaliyetlerinin olduka yksek olmasndankaynaklanmaktadr.

Takviye malzemesinin geometrisine gre metal matrisli kompozitler,

a- partikl takviyeli, b- ksa fiber takviyeli, c-srekli fiber takviyeli


3


4/58

Belli bir uygulama alanndakullanlmakzereen uygun kompoziti elde edebilmekiin metal matrisli kompozitin bileenleri hakknda tam ve ayrntl bilgiye sahipolmak gerekmektedir.

Takviye elemannn; cinsi, ekli, boyutu, dalm, yzey zellikleri, kimyasalkompozisyonu, dalm miktar ve homojenliigibi zgn ve yapsalzellikleriok

nemlidir.

Bunun yansra,metal matrisin de nitelikleri dikkate alnmaldr.

Matris, takviye fazn bir arada tutmaya yarayan balayc gibi davranr ve aslilevikatkfaznaykiletmektir.

Takviye faz ile matris alamnn kimyasal olarak uyumluluu da nemli birkonudur.


4


5/58

Srekli fiberler, metal matrisli kompozitlere yksek elastiklik modl ve dayanm

kazandrrfakat anizotropik zellikgsterirler.

lk gelitirilenmetal matrisli kompozitler, bor fiberleriyle glendirilmi alminyumalamlardr.

Bu karma malzemelerde kullanlan bor fiberleri, volfram telden altlk zerine bor

kimyasal buharnnylmasylaelde edilmektedir.

Hacimce %51 bor katmakla, 6061 alminyum alamnn ekme dayanm 310MPa'dan 1417 MPa'a, ekmemodlise 69 MPa'dan 231 GPa'a ykselmektedir.

Al-Bor karma malzemelerinin uygulama alannarnekolarak uzay mekiiningvde

yapelemanlarnverilebilir.

Partikllerleglendirilmimetal matrisli kompozit malzemeler ise izotropik zellikgsterirler. rnekolarak, alminyumayaklak3 ile 20 m apndadzensizekillialmina ve silisyum karbr partiklleri katlarak retilen dk maliyetli alminyummetal matrisli kompozit malzemeler gsterilebilir.


5


6/58

Baz metal matrisli kompozit malzemelerin mekanik zellikleri


6


7/58

Genel olarak bakldnda metal matrisli kompozitlerin, metallere gre stnolan zellikleriunlardr:

Yksekmukavemet / younlukoran,bakabir deyilespesifik mukavemetYksekelastiklik modl/ younlukoran,bakabir deyilespesifik modlDaha iyi yorulma direnciYksekscaklklardamukavemetini koruyabilme ve dksrnmeorangibi daha

iyi yksekscaklkzellikleriDktermal genlemekatsays

Daha iyi anmadirenciMetal matrisli kompozitlerin dezavantajlarolarak ise umaddeler saylabilir:Sreklifiber takviyesinin szkonusu olduudurumlarda zor ve karmakretimprosesleri (dkmyntemihari)Metallere gresnekliinbelli oranda azalmasYksekmaliyetli retimsistemi vetehizat Yeni gelien bir teknoloji olmas nedeniyle firmalarn ve reticilerin deneyimsizoluuzellikledkmynetimiile retilenpartikltakviyeli MMK malzemeler,srtnme ve anma dayanmnn istendii alanlarda kmsenmeyecek orandaendstriyel uygulama alanna sahiplerdir. rnein, Al- Grafit ve Al-SiC MMKpistonlar, yksekanmadayanmsalamalarve yakt tketiminiazaltmalarndan

dolay n plana kmaktadrlar. Bu tr kompozitlerin dier kullanm ekilleri yatakmalzemesi, elektrik kontak malzemesi ve silindir gmleiolabilmektedir.


7


8/58

Metal Matrisli Kompozit Malzemelerde KullanlanMatris Malzemeleri Metal matrisli kompozitler iin matris malzemesi olarak genellikle hafif metaller

tercih edilmektedir. Matris malzemesi olarak MMK malzemelerde, alminyum ve alamlar ilk srayalmaktadrlar. Bu alamlarn tercih edilmesinin nedeni dk younluk, dkergime scaklna sahip olmalar ve bir ok seramik takviye elemann kolayslatabilmeleridir.Alminyum saf olarak kullanlabildii gibi alam olarakta kullanlabilmektedir.

Yksekanmadayanm ve dksrtnmedeerleri iinAl-Si alamlar,dkyounluk ve yksek termal iletkenlik iin Al-Mg ve Al-Cu alamlar matris alamolarak kullanlabilmektedir. Yksek performansl kompozit malzeme retimi iin matris malzemesi,takviye fiberleri veya partiklleri iyi slatabilmeli, iyi bir arayzey baoluturmal, mmkn olan en dk basn ve scaklkta hzl ekilde

katlamayapabilmelidir.Ayrca retim esnasnda veya bundan sonraki ilemler esnasnda, matris vetakviye eleman arasnda dier kimyasal etkileimler olmamal ve matris kararlkalmaldr.Metal matrisli kompozit malzemelerde, matris malzemesi olarak genellikle Al, Ti,Mg, Ni, Cu, Co ve Zn gibi metaller ve alamlarkullanlr. Fakat bunlardan sadeceAl, Ti ve Mg alamlaryaygnolarak kullanlmaktadr.


8


9/58

Alminyum ve Alamlar

Metal malzemeler iindeAl ve alamlar,gerek saf olarak gerekse alamolarak enyaygnolarak kullanlanmalzeme gruplarndanbirisidir.Saf alminyumunoksijene ilgisinden dolaydkmkabiliyetinin ktoluuve dkmekanik zelliklergstermesigibi istenmeyen zelliklerivardr.Alamlamayaplarakbu zelliklerde gelime salanabilmektedir. Al alamlarnn yaygn kullanlmasnnsebebi;

Dayanm / zgl arlk orannn yksek olmas, Elektrik iletkenlii /zgl arlk orannn yksek olmas, Atmosfere ve dier ortamlara kar korozyon direncinin iyi olmas, Plastik deformasyon kabiliyetinin iyi olmasndan kaynaklanmaktadr.

Alminyum alamlar, retim yntemlerine gre dvme alamlar ve dkmalamlarolarak iki ana gruba ayrlrlar. Bu iki grupta kendi iindesertletirilebilenvesertletirilemeyenalamlarolarak gruplandrlabilir.

Saf alminyumun nemli fiziksel zelliklerizgl arl 2.78 (gr/cm3)Ergime scakl 660 (C)

Ergime ss 380 (KJ/kg)Elastik modl 66 (GPa)Isl genleme katsays 24.10-6 (1/K)Is iletim katsays 230 (W/mK)Elektrik iletim katsays 40 (m/mm2)

Matris Malzemeleri Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)Prof. Dr. N.B.BEKTA

9


10/58

Magnezyum ve Alamlar

Birokendstriyeluygulamada, hafif mhendislikmalzemelerine olan talep srekliartmaktadr. Hafif metal alamlarndan olan magnezyum alamlarnn, endstriyel

uygulamalardaki kullanmlarnn gelecekte olduka yaygnlaaca beklenmektedir.Buna balolarak da magnezyum esaslkompozit malzemelerin kullanmartacaktr.Magnezyumun younluu 1.74 gr/ cm3 olup, yapsaluygulamalarda kullanlan enhafif metaldir.Arl,alminyumunteikisi, demirin drttebiri, bakrve nikelin isebetebiri dzeyindedir. Alamlandrldnda, mekanik zelliklerinde iyilemeler grlr. Magnezyum

alamlar,yksekzgldayanma, iyi dklebilirlikzelliineve ykseksnmlemekapasitesine sahiptirler.

Dkergime scakl(650 C) ve iyi kaynak kabiliyetine sahip olan magnezyum,doadayaygnolarak bulunabilmektedir.Magnezyum, alminyum kadar mukavemetli deildir, fakat spesifik dayanmdahaiyidir. Bu nedenle uzay aralarnda, yksek hzl makine ve nakliye aralarndakullanlr.


10


11/58

Ancak magnezyum alamlar;Oksijene karilgisinin fazla olmas,Dkelastik modlve yorulma direncine sahip olmas,

Yksekscaklktasrnmedayanmdeerinindkolmasvb. nedenlerle dahaaz tercih edilirler.

En nemli alam elementleri alminyum ve inko olup, yaklak % 2.5-8alminyumve % 0.5-4 inkoilave edilir. Bu sayede dayanmartrlabilmektedir. Magnezyum alamlar iyi dklebilir alamlardr, sertleebilen ve sertlemeyentrlerimevcuttur.

Matris Malzemeleri

Baz Mg alamlarnn bileimi ve mekanik zellikleri

Anma direnci dk olan Mg ve Al gibi metal matrislere, rijit partikl takviyesi yaparakveya grafit gibi yalayc partikller katlarak anma direnleri arttrlabilir.


11


12/58

Titanyum ve Alamlar

Ti ve alamlar, metal matrisli kompozit malzemelerde matris malzemesi olarakyaygnkullanmalannasahiptir.Titanyumun korozyona kardayanmok iyidir. Yzeyinde ince bir TiO2 tabakasoluturarak,okiyi korozyon direnci salar.Vcut iinekonan paralarda,proses kazanlarvb. yerlerde bu zelliindendolaytitanyum ve alamlarkullanlr.

Ayrca Ti metali, alminyumdan daha rijit ve dayankldr. zellikle ok iyimukavemet / zglarlkorannasahip olduundandolayuakve uzay sanayiindeuygulama alanlarbulmutur.En nemlidezavantajpahalolmasdr.Metaller arasndatitanyumun slgenlemekatsaysoldukadktr. zellikle yksek scaklk uygulamalarnda Ti alamlar olduka iyi performans

gsterir.


12


13/58

Ti-6Al-4V alamnn zelliklerinin dier alamlarla karlatrlmas

Ti alamlar matris olarak kullanldnda, takviye eleman ile iyi bir yapma

salamaktadr. Bu da arayzeymukavemetini arttrc bir rol oynar. Metal matrislikompozit malzemelerde en yaygnkullanlan titanyum alammatris malzemeleri,Ti-6Al-4V, Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al ve Ti-17Mo alamlardr. Titanyumun matris olarakkullanldkompozit malzemelerde, en yaygnkullanlantakviye elemanlarise TiCve SiCdr.


13


14/58

Bakr ve Alamlar

Metal matrisli kompozit malzemeler ierisinde bakr ve alamlarnn kullanmzellikleelektronik sistemlerde uygulama alanbulmutur.Burada bakrnelektriiiyi iletebilme zelliinplana kmaktadr.Genellikle bakrmatris ierisinegrafit partikllerilave edilerek, dktermalgenlemekatsaysnasahip, iyi iletken malzemeler elde edilebilir. Bu malzemeler elektrik kontaktrleri ve elektronik devre yapmnda kullanlrlar.

Bakrnen nemlidezavantaj ise, dierbir iletken malzeme olan alminyumagredaha pahalolmasdr.Bakralambir matrise, grafit partikllerkatlaraksrtnmeve anmazellikleriiyiletirilebilir.Katyalaycolarak grafitin kullanldmetal matrisli kompozit malzemelerin, yatakmalzemesi olarak kullanm kurun kullanmndan kaynaklanan zehirleyici etkiyi

ortadan kaldrr.Ayrca Al ve Cu alamlarnn snmleme kapasitesi ilerine grafit katldndanemlioranda artmaktadr. Japon Hitachi firmas tarafndan, dkme demirde dahil olmak zere titreimisnmleyenalamlardandaha iyi snmlemeyeteneiolan Gradia adaltndaAl-grafit veya Cu-grafit metal matrisli kompozit malzemeler retilmektedir.


14

( )


15/58

Metal Matrisli Kompozit Malzemelerde

Kullanlan Takviye MalzemeleriMetal matrisli kompozit malzemeler retilirken; takviye elemannn seimi,retim teknii, retim esnasnda takviye elemannn matris tarafndanslatlabilmesi, takviye elemanlarnn yapsal zellikleri, kompozit malzemeninfiziksel ve mekanik zelliklerini belirler. Bu nedenle takviye elemannn doruseilmesive zelliklerininiyi bilinmesi gerekir.

Kullanm yerine bal olmakla birlikte metal matrisli bir kompozitde, genel olaraktakviye elemanndan beklenen temel zellikler unlardr :

Yksek modl ve dayanm, Dk younluk, Matris ile kimyasal uyumluluk,

retim kolayl, Yksek scaklkta dayanmn muhafaza etmesi, Ekonomik olmas. retilecek kompozitin yapsal bir uygulamada kullanm durumunda dkyounlua, yksek modl ve mukavemete sahip takviye elemanna gereksinimi vardr.Metal matrisli kompozit malzemelerde en ok kullanlan takviye elemanlar Al2O3 ,

SiC, Bor , TiC ve karbondur (ahin, 2000; ASM Composite Handbook, 2002).


15

l i li i l l ( )


16/58

Doadabir okseramik parackhalinde bulunduundan,bunlar partikl takviyelikompozitler iingenibir aralktatakviye potansiyeline sahiptir.

Partikltakviyeli kompozitlerin avantajlarunlardr:Srekliveya ksafiberlilere gre,partikltakviyeli kompozitler daha ucuzdurlar.Toz metalurjisi ve dkmgibi retimteknikleri ve bunu takiben haddeleme, dvme

ekstrzyongibi geleneksel ikincil ilemleruygulanabilir.zotropikzelliklergsterirler.Rijitlikleri ve anmadayanmlariyidir.

Uygulamalarda mukavemetin yksekolmasgerektiidurumlarda, ksafiberler veyawhisker katklkompozit malzemeler kullanlr.

Rijitlik ve mukavemetin kombinasyonunu ise anizotropik zelliklere ve en nemliside yksekmaliyete sahip sreklifiber katklmetal matrisli kompozitler verir.

Metal matrislerde kullanlan en pahal takviye eleman bordur. Ardndan srasylaSiC, karbon C ve Al

2

O3

alimuna gelmektedir.

Takviye Malzemeleri Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)Prof. Dr. N.B.BEKTA

16

M l M i li K i M l l (MMC)


17/58

Almina ( Al2O3);

Metal matrisli kompozitlerde ana hedef, dk younluklu ve yksek dayanmlmalzemeler elde etmektir. Bu zellikler genelde yap iine katlan seramik faz ilesalanr.

Alminannsahip olduuyksekscaklkdayanm,yksekmodlve rijitlik, takviyeelemanolarak kullanlmasnnen nemlinedenlerindendir . Alminann takviye eleman olarak en yaygn kullanld matris malzemesialminyumve alamlardr. Al2O3, SiC ile karlatrldnda daha dk modl ve dayanma, daha yksekyounluasahiptir.

Fakat Al2O3 maliyet asndan,SiCegredaha avantajldr.


17

M t l M t i li K it M l l (MMC)


18/58

Silisyum Karbr( SiC );Metal matrisli kompozit malzemelerde kullanlandierbir seramik takviye eleman

SiCdr. SiC malzemede kovalent balar mevcuttur. Kovalent ba,iki atom arasnda, bir veya daha fazlaelektronun paylalmasylakarakterize edilen kimyasal banbir tanmdr. yonikba, ztve eykliyonlararasndakielektrostatikkuvvetlere dayanan bir

kimyasal batrdr. Metalik ba, esas olarak metallerarasndaki,bir ya da daha okatomubir arada tutan bir kimyasal batrdr. Bu zellik,SiC fibere yksekelastiklik modldeerivermektedir.SiC fiberler genel olarak Chemical vapor deposition (CVD)yntemiile karbon veyatungsten altlk zerine, kaplama yolu ile retilirler. Yaklak 1400 C civarnda

maksimum kullanmscaklnasahiptirler.SiCnen nemliavantaj,maruz kaldyksekscaklkartlaraltndazelliklerinimuhafaza edebilmesidir.

Bu takviye malzemesinin oksidasyon direnci, yksekscaklktarijitlik ve mukavemetzelliklerinikorumasve ergimialminyumiindekietkisi bakmndanbor fiberlerdendaha iyidir.

Dierbir stnlde bor fiberden daha ekonomik olmasdr.AyrcaSiC fiberlerin termal genlemekatsaysda alminaile kyaslandndadahadktr.SiCnpartiklve whisker trleride retilmektedir.Partiklve whisker tipinde SiC takviyeleri ile retilenmetal matrisli kompozitmalzemelere, ekstrzyon, haddeleme gibi plastik ekilverme ilemleriyaplabilmeside nemlibir avantaj tekileder.


18

M t l M t i li K it M l l (MMC)
http://tr.wikipedia.org/wiki/%C4%B0yonhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Elektrostatikhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Kimyasal_ba%C4%9Fhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Kimyasal_ba%C4%9Fhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Kimyasal_ba%C4%9Fhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Kimyasal_ba%C4%9Fhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Kimyasal_ba%C4%9Fhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Elektrostatikhttp://tr.wikipedia.org/wiki/%C4%B0yon


19/58

Bor (B);

Bor fiber, borun genelde CVD (kimyasal buharlatrma) yntemi ile karbon veyatungsten altlk(ekirdek)zerinekaplanmasile retilir. Uygulanan slilemile hibrityapzerindekikalntgerilmeler giderilir.Fiberin dayanmnazaltacak artane bymesininlemekiin,scaklkdikkatlicekontrol edilmelidir.

Bor fiberler ok yksek elastiklik modl deerine sahiptir, fakat oldukapahaldrlar.Avantajlarnaramenmetal matrisli kompozit retimisrasndabor fiberin, Al ve Tigibi metallerle hzla reaksiyona girmesi, tungsten tel ile bor kaplama srasndareaksiyon olumas, difzyonla tungsten boridike dnmesi ve dolaysyla borundyzeyineyakn yerde eksenine dik ekildebasma gerilmesi oluturur ve bu da

bor fiberi krlgan yapar. Bunu nlemek iin borun zerine kimyasal buharlatrma(CVD) metoduyla SiC veya B4C kaplanrve kaplama kalnl25-45 m kadardr.


19

T k i M l l i M t l M t i li K it M l l (MMC)


20/58

Karbon(C);

1950lyllarnikinci yarsndanitibaren kullanlmayabalamolan karbon fiberlerinyounluu dk, ekme dayanm ve elastiklik modl yksektir. Bu da spesifikdayanmve spesifik modldeerlerininokyksekolmasanlamnagelir.Yksekscaklklaradayanabilen karbon fiberlerin zelikleri,retimindekison ileminscaklna bal olarak deiiklik gstermek-tedir. Karbon fiberlerde ham maddeolarak poli-akro-nitril (PAN), Selloz(Rayon) ve Zift (Pitch) kullanlr.

Isl genleme katsays olduka dk olan karbon fiberler, yaklak 1500 C yekadar mekanik zelliklerinikorurlar.2000 Cdensonra karbon fiberde srnmebalar. Karbon fiberler azot atmosferindekararlolmasnaramen450 C zerindehavada artan oranda oksitlenirler. Olduka fazla trde karbon fiber olduu gz nne alnrsa, deiik fiber tiplerinebal olarak oksidasyona urama orannn da farkllk gsterdii sylenebilir. SiC ve

B4C kaplamalar karbon fiberlerin oksidasyona kardirencini arttrr.


20

T k i M l l i Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)


21/58

Titanyum karbr(TiC);

TiC, yksek scaklkta mekanik zelliklerini muhafaza edebilmesi nedeniylekompozit malzemelerde takviye elemanolarak kullanlmaktadr. Yksek scaklk uygulamalarnda, yksek modl, yksek mukavemet ve iyi

srnme dayanm gibi zelliklerini koruyan TiCn, dier takviye malzemelerinegre en byk dezavantaj younluunun fazla olmasdr (= 4.93 gr/cm3). Buzellii,TiC takviye malzemesinin yaygnkullanmnengellemitirTitanyum ve nikel bazlalamlarda,TiC partikl takviyesi yaplmas ile kullanmscakl1100 Cninzerinekadar karlmtr.Ayrcaalminyummatris, TiC partikllerile takviye edilerek, piston ve biyel kollar

imal edilmitir. Bu ekildeanmayakardayanmnarttbelirlenmitir.


21

ti Y t l i Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)


22/58

Metal Matrisli Kompozit Malzemelerin

retim Yntemleri

Metal matrisli kompozit malzemelerin, geleneksel malzemeler karsndastnmekanik zellikler sergilemesi, son yllardabu malzemelerin retim tekniklerizerinde daha youn almalar yaplmasna yol amtr. Buna ramen, bumalzemelerin retim maliyetleri hala yksek deerlerdedir. Metal matrisli birkompozit malzemenin retim teknii; retilecek parann ekline, istenilenmekanik ve fiziksel zelliklere, matrise, takviye eleman ekli ve trne grebelirlenir. Her retim ynteminin kendine zg avantajlar ve dezavantajlarmevcuttur. Ancak tm kompozit retim yntemleri, geleneksel malzeme retim

yntemleri ile karlatrldnda, matris ve takviye faz arasndaki etkileimlernedeniyle karmaklyladikkat ekmektedir.

retim Yntemleri Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)Prof. Dr. N.B.BEKTA

22



23/58

retim Yntemleri

retim yntemleri; kat faz retim yntemleri, sv faz retim yntemleri ve dieryntemler olarak snflandrlabiliriz.

A ) Kat Faz retim Yntemleri Toz Metalurjisi Teknikleri

Difzyon Ba Yntemi

B ) Sv Faz retim Yntemleri Sv Metal nfiltrasyon Sktrma Dkm Sv Metal Kartrma Plazma Pskrtme

C) Dier Yntemler Rheocasting ve Compocasting Dkm Teknikleri Vidal Ekstrzyon

In-Situ Teknii


23



24/58

retimyntemininseiminde,retilecekmamul veya yarmamlnnceden

belirlenen fiziksel ve mekanik zelikleri deerlendirilip, u parametrelerdikkate alnarakyntembelirlemesi yaplr:

alma scakl aral

Takviye malzemesi ekli

Matris malzemesi ile takviye malzemesinin uyumu

Matris ve takviye malzemelerinin ek ilem gereksinimi

Matris malzemesi ile takviye malzemesi arasnda oluabilecek reaksiyonlar

Elde edilecek rnden istenen boyut taml

Takviyenin matris malzemesi ierisinde dalmnn homojen olmas

Matris-takviye arayzeybann tam olarak salanabilmesi.


24

Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)


25/58

Kat Faz retim YntemleriMetal esaslkompozitlerin yaygnkullanlandkm, toz metalrjisive infiltrasyongibi retimyntemlerivardr.

En yaygnve ucuz olan dkmtekniiile;belirli bir bykln altndaki seramik paracklar homojen olarak matris iindekartrlamamaktadr. Dkm ileminin gerekletirilebilmesi iin gerekli olanakkanl salayabilmek iin kartrlan takviye malzemesi oran snrl kalmakzorundadr. Takviye malzemesinin matris iinde homojen dalmas vetopaklanmalarn paralanmas iin, erime scaklnn zerinde bir scaklkta uzunbir srekartrmaileminedevam etmek gerekir. Buda takviye malzemesi ve matrismalzemesi arasndaistenmeyen reaksiyonlarnolumasnaneden olmaktadr.

Toz metalrjisi tekniininpahalolmasnakarlkbu yolla istenilen orandave istenilen byklktetozlarnara yzeydereaksiyon oluturmaksznkartrlarakkompozit retilmesimmknolmaktadr.

Toz metalrjisiile kompozit retimizerindebir okalmalaryapImaktadrve genildeendstriyelkullanmagemeaamasndadr.


25

K t F ti Y t l i Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)


26/58

Toz Metalurjisi Teknii

Metal matrisli kompozit malzemelerin retimindekullanlanen yaygnyntemlerdenbiri toz metalurjisi tekniidir.

Seramik partikllerin sv metal tarafndan slatlmasndaki glk nedeniyle toz

metalurjisi ile kompozit retimiilk gelitirilmitekniklerden birisidir.

Bu teknikte genel olarak partiklveya whisker formunda takviye elemanlar ile tozhaldeki metal kullanlarak,metal matrisli kompozit malzeme oluturulur.

Yaygnkullanlantakviye elemanlarsilisyum karbrSiC, grafit, titanyum karbrTiC,

en okkullanlanmatris malzemeleri ise alminyumAl, titanyum Ti ve bakrdrCu.

Kat Faz retim Yntemleri Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)Prof. Dr. N.B.BEKTA

26

K t F ti Y t l i Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)


27/58

Metal matrisli kompozit malzemelerin toz metalurjisi teknii ile retim aamalar.


27

Kat Faz retim Yntemleri Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)


28/58

Toz metalurjisi yntemiylemetal matrisli kompozit malzeme retiminde,matris vetakviye elemanlarnn tozlar ncelikle kartrlr ve istenen ekli verebilecek birkalbn iineboaltlr. Daha sonra bu toz karmnsktrabilmekamacylabasnuygulanr. Ardndan toz paracklar arasndaki birlemeyi kolaylatrmak amacylasktrlm toz karm yeterli miktarda kat hal difzyonu oluturacak ekildeergime noktasnnaltndabir scaklktasinterlenir.Toz presleme ve sinterlemenin ayrayryapldbu yntemdeelde edilen malzemeyounluuok iyi deildir. Bu nedenle artkgnmzdeyaygnolarak scakpresler(HP) kullanlmaktadr.Bu ilemde tozlar kartrldktansonra , toz sktrma ( presleme ) ve sinterlemeilemiaynanda yaplr. Bir bakadeyile , toz karmscak preslenir. Bu ekilde

younlukartarken, takviye - matris arayzeybadanemlildekuvvetlenir. Scak presleme sonucunda retilen para ekstrzyon, haddeleme ve dvme gibiikincil ilemlerinardndankullanmahazrhale gelir. Bir dier alternatifte izostatik scak preslemedir (HIP). Bu yntem ise son ekleyakn, ok yksek younluklumalzeme retimi iindaha uygundur. Ancak oldukapahaldr.



28



29/58

VPCR process is sintering in ultra high vacuum or in calcium reducing

atmosphere.



29



30/58

Toz metalurjisi yntemi ile retilenparalarngenelde sv hal retimyntemleriyleretilmi paralardan daha iyi mekanik zelliklere sahip olduklar bilinmektedir.zelliklepartikltakviyeli metal matrisli kompozitlerin retimindebu yntemintercihedilmesinin nedenleri uekildesralanabilir;

Toz metalurjisi (T/M) ile retilenmetal matrisli kompozit malzemelerin retimidahadk scaklklarda gerekletirilmektedir. Bunun sonucunda matris ve takviyeeleman arasnda daha az etkileim olmaktadr. Bylece mekanik zelliklerinazalmasna neden olan istenmeyen arayzey reaksiyonlar en aza indirgenmiolmaktadr.

Takviye elemannnmatris iindehomojen dalmnnsalanabilmesiancak T/Myntemiyle gerekletirilebilmektedir. Dkm metotlarnda tam homojen olmayanparackdalmelde edildiindenT/M yntemitercih edilmektedir.

Dkm teknii yerine T/M yntemi kullanlarak parack veya whisker takviyelikompozit retimi hem daha kolay olmakta hem de daha homojen younluklu

kompozit pararetilebilmektedir.



30



31/58

T/M yntemiyle partikl takviyeli metal matrisli kompozit retiminde takviyepartikllerinkontrolmmknolduundan,yapnnkontrolde mmkndr. nk yap ierisinde dalm partikl boyutlar ile yapnn mekanik zellikleriarasndadirekt ilikivardr.Yksektakviye hacim orannnelde edilmesi mmknolmaktadr. Bundan dolaydayksek modll, dk termal genleme katsaysna sahip kompozitlerretilebilmektedir.

Toz Metalurjisi ynteminin stnlklerine ramen baz dezavantajlar damevcuttur.

Toz kartrmailemisrasnda,ksafiber takviyesinin yaplduygulamalarda ksafiberler krlabilmektedir.Bykparalariinokyksekbasngerektirmesi maliyeti arttrr. Scakpreslemesonrasgenelde parayason eklinivermek iinekstrzyon, haddeleme veya dvmegibi ikincil ilemyapmak gereklidir. Bunlara ek olarak, toz kullanm temizlik gerektirir. Aksi halde yabanc maddeler,artklar vb., malzeme iine nfuz ederek mekanik zellikler zerine olumsuz etki

yapabilmektedir .



31



32/58

Difzyonbaoluturma ilemi,kathalde kompozit malzeme retim tekniklerindenen pratik olanlarndan birisidir. Bu yntem vakumda presleme yntemi olarak daisimlendirilmektedir.

Yntemde, matris malzemesi metal folyo veya levha eklinde kullanlmaktadr.Difzyonbaynteminde, takviye elemanlarmetal folyolar zerine istenilen ada

ve miktarda yerletirilebilmekte ve bu ilemler tamamlandktan sonra ergimescaklnayaknbir scaklkaltndabaslarakveya haddelenerek matris ile takviyearasndabir baoluturulmaksuretiyle kompozit malzeme retilmektedir.

retilen kompozit malzemenin dayanm difzyon bana baldr. Bu ilemdedifzyon ba oluumu iin matris malzemesi ve takviye yzeylerinin ok temiz veoksitsiz olmasgerektiindenkimyasal olarak temizleme ilemleriyaplmaktadr.

Difzyon Ba Yntemi


32



33/58

Difzyon ba (vakumda presleme) yntemi ile kompozit malzeme retimi


33



34/58

Difzyon ba oluturma ileminde; sv halde retim tekniinde karlalanproblemlerden birisi olan takviye malzemelerinin bozulma veya ayrmasna pekrastlanmamaktadr.

Bunun sebebi, ilemlerinsvhalde retim tekniinegredaha dkscaklklardagereklemesidir.

Vakum altnda yaplan haddelenerek difzyon ba oluturma ilemi, gaz altndaveya atmosfer basncndayaplanilemlerdendaha verimli ve baarldr.

Ancak yntem olduka pahal bir yntem olup snrlmalzeme formu ve eidi ilegerekletirilmektedir.

Difzyon ba ynteminde matris malzemesi olarak Al ve Ti alamlar, takviyemalzemesi olarak da SiC, Al2O3, B ile C gibi tek fiber yada fiber demetleri

kullanlmaktadr.

Difzyon Ba Yntemi

Kat Faz retim Yntemleri p ( )Prof. Dr. N.B.BEKTA

34

Sv Faz retim Yntemleri Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)


35/58

Metal matrisli kompozitlerin retim metotlar arasnda yaygn olarak kullanlan birtekniktir.

Bu ilemdeesas prensip, bir kap veya tpierisineyerletirilmifiberler arasnasvhalindeki metal matrisin emdirilmesidir.

lk ilem olarak istenilen profilde n ekillendirme yaplmakta, fiberlerin

ynlendirilmesive hacimsel oranbu aamadaayarlanmaktadr.nekillerkalbabir balayc ile tutturulduktan sonra kalp ierisineergimimetalemdirilmekte ve katlamayabraklmaktadr. Ergimimetalin emdirilmesi fiber hacimorannn yksek olduu durumlarda biraz daha zordur. Fiberler arasmesafenin azolduu bu gibi durumlarda ergimi metal ya basn altnda veya vakumlaemdirilmektedir. Bylece matrisin, fiberlerin arasna girmesiyle aa kacak atlgazlar da yapierisindeskmayarakdaratlmaktadr.

Sv Metal nfiltrasyonYntemi

Sv Faz retim Yntemleri p ( )Prof. Dr. N.B.BEKTA

35

Sva Faz retim Yntemleri Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)


36/58

Hzl ve yksek retim kapasitesine sahip olmas ve son rn ekline yaknretim imkan salamas gibi avantajlar nedeniyle bu teknik, metal matrislikompozit malzeme retimindenemlibir yer edinmitir.

Sv metal infiltrasyon ilemi; atmosfer basncnda, yksek basn altnda,koruyucu gaz atmosferi altnda ya da vakum artlarnda yaplabilir. lemlerin

vakum altnda yaplmas fiberlerin yzey aktivitesini arttrdndan dolay ergimimetalin slatma kabiliyeti artmakta ve kompozitin kalitesini olumlu yndearttrmaktadr.

Uygulamada karlalanbazproblemler bu yntemesnrlamalargetirmektedir .

Sv Metal nfiltrasyonYntemi

Sva Faz retim Yntemleri p ( )Prof. Dr. N.B.BEKTA

36



37/58

Sktrmadkmyntemi; metal bir kalpierisineyerletirilen,nstmayaplm,seramik fiber veya baka bir takviye malzemesinden olumu n ekle, kuvvetyardmyla ergiyik metalin emdirilmesi ve bylece sktrlan ergiyik metale yksekbasnuygulanarak katlatrlmasilemidir. Bu yntem, takviyeli ve takviyesiz, yksek hassasiyetli mhendislik paralarnn

retilmesindekullanlmaktadr.C, SiC, AI2O3ve paslanmaz elikfiber gibi outakviye malzemesi, ergiyik metalleuygun bir ekilde slanmadklar iin, infiltrasyon yntemiyle kompozit malzemeretimizordur.Buna karlk,sktrmadkmtekniindeergiyik metal, fiber demetlerinden oluann ekil ierisine kuvvet yardmyla emdirilir; bu arada absorbe olmu ve skmgazlar da atlr.

Sktrma Dkm Yntemi

Sva Faz retim Yntemleri p ( )Prof. Dr. N.B.BEKTA

37



38/58

Ayrca, whisker veya partikller ergiyik metalle, sktrma dkm ncesindekartrlabilir; SiC, AI2O3partiklleri ve Si3N4wishkerleri ierenAl alammatrislikompozit malzemeler bu ekilde retilebilmektedir. Sktrma dkm yntemiyleretilen kompozit malzemelerin kalitesini etkileyen ilem deikenleri; kalp nstmascaklve uygulanan basnmiktardr.

Sktrma Dkm Yntemi

Ayrca,sktrmahzve takviyeler arasbolukda ilemietkileyen faktrlerdir.

70-100 MPa'lkbasnlarnuygulanmasyla,katlamasresininokksautulmasnedeniyle, matris ile takviye malzemesi ara yzeyinde reaksiyon meydanagelmemesi, boluksuzve yksekdayanmlkompozit malzemelerin elde edilmesinisalar. Bu da biroktrdetakviye ile kompozit malzeme retimineolanak salar.AI2O3 /Al, C/Mg, SiCw/Al, Si3N4 W/Al kompozit malzemeleri, bu yntemlekolaylklaretilebilirler.

Otomotiv, havaclk, spor ve dieralanlarda MMK'lerin kullanmndaki yllk%12-15'lik artoran,sktrmadkmgibi retimyntemlerininkullanmnn faydasnakbir ekildeortaya koymaktadr. Yksek basn gerektirmesi ve para boyutunda snrlamalara neden olmas buynteminen bykdezavantajolmakla birlikte, pratik kullanmdasktrmadkmyntemi, ksa zamanda, karmak ekilli MMK para retimi iin en verimliyntemdir.

Sva Faz retim YntemleriProf. Dr. N.B.BEKTA

38



39/58

Plazma Pskrtme (Metal Pskrtme ) Yntemi

zellikle parack takviyeli MMK malzemelerin retiminde kabul grm biryntemdir. Plazma pskrtme, atomize edilmi ergimi metal paracklarnntakviye elemanlarzerineistenilen kalnlktapskrtlmesiilemidir. Pskrtlen ergiyik metal paracklar, takviye elemanlarna yapmakta ve

hzla katlamaya balamaktadr. Bu tip retim yntemi alminyum gibi ergimescakldkolan metallerde uygulanr. Bu retim metoduyla matris malzemesi takviye elman zerine istenilenkalnl verecek ekilde pskrtlerek karmak ekilli paralar retilebilir. Buyntem takviyeler aras mesafenin kontrol ve takviyelerin daha rahatynlendirilebilmesigibi avantajlara sahiptir.


39



40/58

retimesnasndaergimimetal zerrecikleri takviye elemanna temas eder etmezkatlatndan sv halde retim tekniinin dezavantajlarndan olan takviye-matrisarasndaoluanara yzeyreaksiyon problemleri en aza indirgenir. Bu yntemleenok alminyum-bor kompozitleri retilmektedir. Bunun yannda Al-SiC partikltakviyeli kompozitlerde retilmektedir.

Plazma Pskrtme (Metal Pskrtme ) Yntemi


40



41/58

YksekHzOksijen SvYaktlemi

Yksek Hz Oksijen (sv) Yakt (HVOF)pskrtme iin, oksijen-gazya karmkullanlr. Toz formdaki kaplamamalzemesi eksenel olarak genellikle bir

taycgaz olarak azot kullanlaraknozel

boyunca beslenir. Tabanca iinde yaktoksijen ile kartrlr ve karm dahasonra bir memeden pskrtlr vedarda atelenir. Atelenen gazlarpskrtlen toz malzemeyi evreleyerekhomojen bir ekilde str ve i paras

yzeyineyarergiyik bir ekildeyaptrr.

Process basics:

Heat source :Fuel (liquid) and

Oxygen

Material :Powder (Metal)

Flame temperature : Approx. 2,800CParticle velocity : 400800 m/sSpray performance :70200 g/min


41



42/58

SvMetal KartrmaTeknikleriSvmetal kartrmatekniklerinde, nstmayaplmveya nilemlerdengeerek

hazrlanm takviye malzemeleri, srekli kartrlan ergimi metal ierisine deiikyntemlerlekatlmaktave daha sonra dkmilemiyaplmaktadr.Takviye malzemesini svmetal iinekartrmak iingelitirilenyntemlerdenbazlaraadakigibidir:- Bir enjeksiyon tabancaskullanarak takviyenin ergimimetal iersineenjeksiyonu- Ergimimetal kalbadklrkentakviye ilavesi

- Mekanik bir kartrcile ergimimetal ierisindevorteks oluturmave takviyeninvorteks iineverilerek karmnsalanmas- Karlklhareket eden ubuklarkullanlarakparacklarnsvmetal iineatlmas- Merkezkaetki ile ince paralarnsvmetal iersinedatlmas- Ultrasonik etki ile svtitretirilirkentakviyenin ilavesi- okyksekvakum altndauzun srede sfryerekimietkisi ile karmsalanmas

Kartrma ileminin atmosfere ak olarak yaplmas ergimi metalin atmosferdengaz almas problemini oluturduundan dolay ilemin koruyucu gaz veya vakumaltndayaplmasnerilmektedir. Yntem kolay ve ucuz bir yntem olmasna ramen literatrde, kelme,topaklanma, segregasyon oluumu,istenmeyen ara yzeyreaksiyonlarnnoluumu,takviye malzemesinin kartrmaesnasndahasar grmesigibi sorunlarnolutuudabelirtilmektedir (rkmez,2004;Akdoan,2005).


42

Dier retim Yntemleri Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)


43/58

Rheocasting ve Compocasting olarak bilinen dkm yntemleri ksa fiber veyapartikltakviyeli metal matrisli kompozit malzemeler iinuygulanan yntemlerinenekonomiklerinden biridir. Matris malzemesi, kartrma niteli bir ergitme frnnniine yerletirilip ergime scaklnn 40-50 C zerinde stlmakta, scaklkhomojenize edilmekte ve sv metal scakl kontroll olarak drlmektedir.

Alam%40-50 kat hale geldiindematris malzemesinin iine takviye malzemesieklenmeye balamaktadr. Takviyenin ilavesi esnasnda scaklk ykseltilmeyebalamaktave takviyenin tamam iyi ekilde slatlncayakadar scaklkarttrlarakkartrma ilemi devam etmektedir. Nispeten dk viskoziteye sahip karmdorudanbasit ktkeklindedklebilir,bu durumda yntem"Rheocasting" adnalmakta eer karm ergime scakl zerinde kartrlarak dkm

gerekletirilirse"Compocasting" adverilmektedir (Akdoan,2005).

Rheocasting ve Compocasting Dkm Teknii

Dier retim YntemleriProf. Dr. N.B.BEKTA

43



44/58

Polimer rnlerinilemleriiingelitirilenve kullanlanvidalekstrzyonyntemiDowlaboratuarlar tarafndan Mg alam esasl kompozit malzeme retimi iinkullanlmtr. Yntemdematris malzemesini oluturacakolan Mg, kkparacklar

halinde takviye partikller ile birlikte bir haznenin iine doldurulur. Haznenin az,hazrlanankarmn,vidalekstrzyonsisteminin ierisinekolayca doldurulabilmesiiinuygun bir geometride yaplmtr. Hazneden beraberce ilerleyen matris ve takviyemalzemesi ayn anda hem stlp hem de kartrlmaktadr. lerleme esnasndamatris malzemesi ergime scakl civarna geldiinde yar kat yar sv haldekikarmsistemin sonundaki kalpiinebeslenir. Bu yntemlesrekliformda kompozitmalzeme retimiyaplabilmektedir.

VidalEkstrzyon

Sva Faz retim Yntemleri Prof. Dr. N.B.BEKTA

44

Sva Faz retim Yntemleri Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)f


45/58

In-Situ Teknii

In-Situ tekniinde , bir tektiin ynlenmi olarakkatlatrlmas ile iki fazl bir yap ortayakmaktadr. Fazlardan biri matris dieri ise matris iinedatlmlamel, plaka veya fiber eklindefazdr. Uygulamalarn ou alminyum, nikel ve kobaltesasl alamlar kullanlarak yaplmaktadr. Tekilemleelde edilirler ve iyaplaroldukakararldr.

Sva Faz retim Yntemleri Prof. Dr. N.B.BEKTA

45

Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)P f D N B BEKTA


46/58

Metal Matrisli Kompozit Malzemelerin

Uygulama Alanlar

80li yllarn banda belli sektrlerdeki gelimeler, zellikle gelimi motorlar ilehavaclkve uzay aralarretimiiinyksekscaklkmalzemelerine olan gereksinim,metal matrisli kompozit malzemelere olan ilginin artmasndabalangnoktasoluturmutur. Metal matrisli kompozit malzemeler halen pahal olmalarna karn, metaller veyaplastik matrisli kompozitlerle karlanamayanyksek teknolojiye dayalgereksinimlerbu malzemelerle karlanabilmektedir.ABDdeouaratrmabazndave askeri amalolmak zere1988deyirmi milyon

dolar olan metal matrisli kompozit pazar 2000 ylnda ortalama %20lik bir artgstermitir. Dnya pazarnda en byk pay alminyum metal matrisli kompozit malzemeleralmaktadr.

Prof. Dr. N.B.BEKTA

46

Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)P f D N B BEKTA


47/58

Srekli Fiber Takviyeli Metal MatrisliKompozit Malzeme Uygulamalar

Yksekmaliyetli srekli fiber katklmetal matrisli kompozitler, yksekmukavemetve s direnci gerektiren ancak maliyetin nemli olmad veya kanlmaz olarakkatlanld alanlarda havaclk, uzay endstrisi ve enerji sektrnde uygulamaolanabulmaktadr.Uzay aralarnnkarlatklarokyksekscaklkve basngznnealndnda,yksekdayanmlve hafif malzemelerin kullanlmasgereksinimi vardr.Uzay aralarnnkarlatyksekscaklklargeleneksel metaller ve alamlariinokyksektir.Titanyum ve alamlar gibi, hafif ve yksek scaklkta kullanlabilen malzemelere,elastisite modl yksek, yksek dayanml seramik veya karbon fiberler katlarak

elde edilen metal matrisli kompozitler, uzay aralarnn karlaaca ortamlaradayanma yeteneine sahip olacaktr. rnein, uzay mekikleri, metal matrislikompozitlerin bu alandaki ilk retim uygulamalarndan birini temsil etmektedir. Anagvdeyidestekleyen kafes sistemi ile kirilerdeve ini takmparalarnda tek ynlbor-alminyum metal matrisli kompozit borular kullanlmtr. Gvde kafes sisteminidestekleyen 159 kg gelen bor-alminyum borular %44lk bir arlk kazanc

salamaktadr.

Prof. Dr. N.B.BEKTA

47

Metal Matrisli Kompozit Malzemeler (MMC)Prof Dr N B BEKTA


48/58

Karbon fiber katkl Mg matrisli kompozituydu destek paralar

Uzay yaplarnnortam ve almaartlargereidkarlk,yksekrijitlik, dkslgenlemeve boyutsal kararllasahip olmasgereklidir.Bor ve karbon fiber katklmetal matrisli kompozitler, uzay aralarve yaplarnda,boyuta kritik uygulamalar iin yksek rijitlik ve dk sl genleme katsaylmalzemeler olarak gelecek kuakmalzemeleri temsil etmektedir. ekilde uzay mekii gvdesinde kullanlan bor fiber takviyeli alminyum tplergsterilmitir

Uzay mekii gvdesinde kullanlan borfiber takviyeli alminyum tpler

Prof. Dr. N.B.BEKTA

48



49/58

NASAda yaplan aratrmalarda yksek dayanml ticari Al-alamlar ile en son

gelitirilmi retim srelerinin birletirilmesi sonucu retilen metal matrislikompozitler slevrimlersrasndaekildeiimigstermemektedirler.P100 karbon fiber katkl2024 Al alamkompoziti, 1000 slevrimsonras bileekil deiimi gstermemektedir. Bu metal matrisli kompozitler zel ilem srelerisonrasnda, boyuta kritik uzay yaplar iin mkemmel malzemeler halinegelmilerdir.

Jet motorlar, fan kanatlar, uak kanatlarnn yzeyleri ve yap destekleri, initakm paralar, bisiklet iskeleti ve golf sopalar gibi alanlar sreklibor fiber katklmetal matrisli kompozitlerin dieruygulama alanlardr. Gerek sivil ve gerekse askeri havaclkta kullanlan uaklardan beklenenperformans giderek artmaktadr. rnein, Amerikan Deniz ve Hava Kuvvetleri ileNASA yetkilileri Mach 25 orbitalinde ve yksekirtifalarda 4000-8000 mph hzlarndauabilecekuaklaristemektedir. Bu hzlardauangvdesiboyunca scakln760oCye, burnunda ise yaklak 1800 0Cye eriecei hesaplanmaktadr. Bu amalaAvcos Specialty Materials Division (Lowell, MA, USA) silisyum karbr ve titanyumaluminiti kimyasal olarak buhar kaplama ile birletirilmektedir. Bu yolla retilen14maplSiC fiberleri kumagibi dokunarak titanyum levhalararasna koyulup scakta

preslenir. Avco patentli bu teknoloji oldukapahaldr.

Prof. Dr. N.B.BEKTA

49



50/58

Elektrik iletkenlii ve elektronik devre kartlar, entegre ve hibrid devre yapmuygulamalaryla ilgili olarak zift esasl karbon fiberler, fiber boyunca ok yksekelastisite modlne,siletimine ve negatif slgenlemekatsaysnasahiptir.

Ancak fiberler, enine dk modle ve yksek sl genleme katsaysna sahiptir,bakabir deyilebu fiberlerin zellikleriokanizotropiktir. Hitachi LtdninGradia (Cu-

%20 C fiber) kompozitinden yaplm kaymal elektrik kontaktrleri dk slgenlemekatsays ile yksekelektrik iletkenliinibirletirmesinedeniyle gelenekselmalzemelerden daha yksekperformans gsterirler. Bunlara benzer ekildebor fibertakviyeli alminyumkompozitlerde elektriksel uygulamalarda sklklakullanlr.

Otomotiv endstrisinde metal matrisli kompozit malzemelerin retiminde ve

uygulanmasnda nc olan Japon Toyota firmas almina fiber katkl dizel motorpistonlarn yaklak olarak 20 yldr retmektedir. Bilinecei gibi bu uygulamadahafiflik, spesifik modl ve mukavemet, yorulma zellikleriyle birlikte anma direncinemlidir. Bu konu zerinde youn aratrmalar yapan dier bir firmada Hondafirmasdr.

Prof. Dr. N.B.BEKTA

50



51/58

Partikl, Ksa Fiber ve Whisker TakviyeliMetal Matrisli Kompozit Malzeme Uygulamalar

Yaygn olarak kullanlan yapsal amal metaller ve alamlarla karlatrldndametal matrisli kompozitler ok daha yksek spesifik modl ve spesifik mukavemetdeerlerigstermektedir. Bu nedenle yapsalamalmetal matrisli kompozitler, arlkbakmndan kritik uygulamalar iin hem balangta hem de iletme mr boyuncaoluacakmaliyetlerin drlmesifrsatnvermektedir .

zellikleAmerikan havaclksanayi bu konuda ncniteliindedir. Savauaklarnngvde, kanat ve kuyruklarnda kullanlabilecek SiC whisker katkl metal matrislikompozit malzemeler baz firmalar tarafndan retilmektedir. Askeri amal yap,rnein gdml fze uygulamalarnda paralarda hafiflik, boyut kararll vegvdedeki paralarn birbiri ile birletirilmesinde sl genleme katsaylarnnuyumluluugerekli olduuiinmalzeme seimioknemlidir.

Metal matrisli partikl veya ksa fiber takviyeli kompozit malzemeler otomotivendstrisinde nemli bir konuma sahiptir. Yksek spesifik modlleri ve yorulmadayanmlar, anma direnleri, dk sl genleme katsaylar bu alandakullanmlarn salayan zelliklerden bir kadr. Metal matrisli kompozitler asndanbir baka nemli husus ara arlndaki % 10-20lik azalmann beraberin-de yakttketiminde % 5-10 gibi bir iyilemeyi getirmesidir. Bu zellikler, gnmzotomobillerinde metal matrisli kompozitlerin kullanmnarttrmaktadr.

Prof. Dr. N.B.BEKTA

51



52/58

Otomotiv endstrisinde ksa fiber, whisker veya partikl katkl metal matrislikompozitlerde genelde, uygun zellikleri nedeni ile matris malzemesi olarakalminyum alamlar kullanlmaktadr. Yolcu ve yk tatlarnda bu kompozitler,ncelikle hafiflikleri sebebiyle aft olarak kullanm alan bulmaktadr. Spesifikmodllerininhem eliktenhem de alminyumdannemlimiktarda yksekolabilmesinedeniyle bu kompozitlerde daha uzun aftretmekmmkndr. Bu uygulama iingenellikle 6xxx serisi Al alamlarkullanlmaktadr.

Otomotiv endstrisinde, bu kompozitlerin dier bir yaygn kullanm alan frendiskleri olup, ncelikli yarar disklerdeki % 50-60lk arlk azalmasdr. Dkmedemirden bir fren diski 5.4 kg iken, partikl takviyeli MMK fren diski 2.5 kgdr.vmelenme art ve fren mesafesinin azalmasnn yannda dkme demirden

yaplm olanlara oranla MMK fren disklerinde fren grlts azalrken, dahahomojen srtnme ve daha az anma olumaktadr. Ayrca fren diskinin ulatscaklkda nemlibir tasarmparametresidir. En okkarlalanscaklklar300 Cve al-tndakiscaklklariken 450 C gibi yksekscaklklarada rastlanlmaktadr.

Prof. Dr. N.B.BEKTA

52



53/58

Toplam araarlnazaltmak zeretmbykotomobil reticileri,dkmedemir

motor bloklarnn yerine alminyum esasl kompozit motor blou teknolojilerigelitirmektedirler.Bu deiiminarlkkazanc15-35 kg kadardr. MMK malzemeden retilenmotorbloklarboyutsal kararllkve blok rijitliinigelitirerekmotordaki srtnmeyiazaltpmotorun verimini arttrmaktadr. Silindir blgesi 200 C ye kadar ar scaklk ve yanma yklenmelerine maruz

kaldndananmadirenci, yorulma ve srnmegibi zelliklerde nemliolmaktadr.Yaplantestlerde, dkmedemirlerle karlatrldnda,% 10-20 hacim oranndaAl2O3ve-ya SiC partiklkatklsilindir gmleklerininokdaha iyi zellikleresahipolduugrlmtr. ekilde SiC partikl takviyeli Al metal matrisli kompozit silindir gmleigrlmektedir.

SiC partikl takviyeli Al metalmatrisli kompozit silindir

gmlei (Inasmet)

Prof. Dr. N.B.BEKTA

53



54/58

Partikl takviyeli MMK kompozitfren elemanlar

Partikltakviyeli MMK malzemeler havaclktada kullanmalanbulmulardr.Uaklarngvdeelemanlarnnimalatndakullanmalanlargittikeartmaktadr.ekilde F-16 uaklarndakullanlanSiC partikltakviyeli 6092 Al alammatrisli

AMMK malzeme grlmektedir.Ayrcabazhelikopterlerin pervanelerinde ve uutertibatlarndabu kompozitler

kullanlmaktadr.

F-16 ua gvdesinde partikl takviyeliMMK malzeme kullanm

Prof. Dr. N.B.BEKTA

54



55/58

Seramik whisker ve ksafiber takviyeli MMK malzemeler, otomotiv uygulamalarnda

ve askeri uygulamalarda kullanlabilmektedirler.SiC whisker takviyeli MMK malzemeler, gelimiaskeri tanklarda palet malzemesiolarak kullanlmakta,bu sayede tanknarlazaltlmaktadr. Ksa fiber takviyeli MMK malzemeler otomobillerde, piston ve silindiruygulamalarndakullanlabilmektedir.Basnldkmleretilen,grafit ve alminatakviyeli AMMK motor blouekilde

verilmitir.

Grafit ve almina takviyeli AMMK motor blou

Prof. Dr. N.B.BEKTA

55



56/58

MMK malzemeler otomotiv endstrisindedierbir kullanmeklide biyel koludur.Biyel kolu iin ncelikli tasarm zellii 150-180 0Cde yksek mr salayan

yorulma dayanmdr.Bu uygulama iinuygun kompozitlerden biri, toz metalurjisi ile retilmi2080 Almatrisli %15 SiC partikltakviyeli metal matrisli kompozitdir. Bu kompozit, belirtilenscaklklardaokiyi yorulma dayanmnasahiptir.

Metal matrisli kompozitlerin otomotiv endstrisindedierbir kullanmise piston vesilindir gmlekleridir. Al-Gr partikl takviyeli kompozit malzemeden yaplm piston ve silindirgmleklerinin, itenyanmalmotorlarda kullanmnnnemlimiktarda yaktkazancsalarkenaynzamanda bu paralardaanmannda azaldgrlmtr. Ayrca Honda firmas 1990dan beri almina ve karbon ksa fiber takviyelialminyum silinidir gmleklerinin retimini gerekletirmektedir. ekillerdealminyumesaslkompozit malzemelerden retilenmotor paralargrlmektedir.

SiC partikl takviyeli Alkompozit biyel kolu Almina ksa fiber takviyeli

alminyum kompozit piston

Prof. Dr. N.B.BEKTA

56



57/58

Fiber takviyeli MMK malzemeler ise yksekmukavemet ve yksekelastiklik modlgerektiren uygulamalarda kullanlmaktadrlar.

rnekolarak, karbon fiber takviyeli MMK malzemeler Hubble uzay teleskobununanten dalga klavuzuolarak kullanlmaktadr. Bor fiber takviyeli 6061 alminyum alam matrisli kompozit malzemeler, uzaymekiklerinin ana kargo blmlerindedestek elemanolarak kullanlmaktadrlar.ekildeyksekspesifik mukavemete ve elastiklik modlnesahip hacimce %50 borfiber takviyeli 6061 alam matrise sahip MMK kompozit malzemenin uzay mekii

kargo blmndedestek olarak kullanmgrlmektedir.

Uzay mekii destek parasolarak kullanlan fiber takviyeliMMK malzeme

f

57



58/58

MMK malzemeler spor endstrisinde de kullanm alan bulmulardr. MMK malzemeden retilmi tenis raketleri, kayaklar, kayak sopalar, golf sopalar,

bisiklet paralar mevcuttur. Partikl takviyeli metal matrisli kompozit malzemeler, elektronik ve optikuygulamalarda da kullanlmaktadr. Elektronikte, entegre ve hibrid devre yapmnda, zellikle sl genleme katsaynndk olmas nedeni ile bu tr kompozitler kullanlr. Optik sistemlerde de, uzay teleskoplar, yanstc ayna malzemeleri ve kzl tesigrnt tarama sistemleri paralar olarak kullanm alanlar vardr.

f

Documents

3-Metal Matri̇sli̇ Kompozi̇tler-r (1)