Prof.Dr.AhmetProf.Dr.Ahmet AranAran -- İ.T.Ü. Makina İ.T.Ü. Makina FakültesiFakültesi

METAL MATRİSLİ METAL MATRİSLİ

KOMPOZİT MALZEMELERKOMPOZİT MALZEMELER

METAL MATRİSLİ KOMPOZİTLERMETAL MATRİSLİ KOMPOZİTLER

KARMA MALZEMELER

METAL MATRİSLİ KARMA MALZEMELER

MMK ÜRETİM YÖNTEMLERİ

UYGULAMA ÖRNEKLERİ

Metal, seramik ve plastik malzemeler

MALZEME Yoğunluk Dayanım Tokluk Isıl Biçimlen- Birleş-GRUBU Kararlılık dirme tirme

METALLER yüksek orta iyi orta orta orta

SERAMİKLER yüksek yüksek düşük yüksek kötü kötü

PLASTİKLER düşük düşük düşük düşük iyi iyi

KompozitKompozit (karma) (karma) malzemelermalzemeler

Metal, plastik ve seramikgruplarından iki veya daha fazla

malzemenin, uygun olan özelliklerinitek malzemede toplamak, veya yeni

bir özellik ortaya çıkarmak amacıylamakro düzeyde birleştirilmesi ile

oluşturulan malzemelerdir.

KOMPOZİT OLUŞTURMA AMAÇLARIKOMPOZİT OLUŞTURMA AMAÇLARI

Aşınma dayanımı

Yorulma dayanımı

Korozyona dayanım

Isıl iletkenlik

Akustik iletkenlik

Ekonomiklik

Estetik görünüm

Rijitlik

Kırılma tokluğu

Yüksek sıcaklıközellikleri

Elektrik iletkenliği

Hafiflik-ağırlık

Çekme dayanımı

Kompozit malzemeler

Plastik Matrisli KompozitlerMetal Matrisli KompozitlerSeramik Matrisli Kompozitler

Elyaf Takviyeli KompozitlerParçacık Takviyeli KompozitlerTabakalı Kompozitler

Kompozit malzemeler

Elyaf Takviyeli KompozitlerParçacık Takviyeli KompozitlerTabakalı Kompozitler

Kompozit ve geleneksel malzemelerin karşılaştırılması

Çekme Elastiklik Özgül çekme Özgül ElastiklikMALZEME Yoğunluk dayanımı Modülü dayanımı modülü

g/cm3 MPa Gpa_____________________________________________________________________Alaşımsız çelik 7,9 400 203 58 26Alüminyum 2,8 84 71 30 25Al alaşımı 2024 2,8 247 69 88 25SiC(parç.)-Al KM 2,8 500 90 179 32Ahşap (kayın) 0,7 110 13 157 1Kemik 1,8 38 26 75 14Plastik malzeme 1,2 60 3 50 2,5Bor-Epoksi KM 1,8 1600 224 889 124Karbon-Epoksi KM 1,5 1650 140 1100 93Kevlar-Epoksi KM 1,4 1400 77 1000 55Cam-Epoksi KM 1,8 1150 42 639 23

MMK’LARIN DİĞER KOMPOZİTLERDEN ÜSTÜNLÜKLERİ

Metal matris yüksek tokluk ve dayanım sağlar.

Yüksek sıcaklık özellikleri ve ısıl kararlıklıklarıçok daha iyidir.

Birçok ortamda korozyon dayanımlarıyüksektir.

Biçimlendirlebilme özellikleri iyidir.

Kaynak veya diğer yöntemlerle kolaylıklabirleştirilebilirler.

MMK üretiminde kullanılan takviye türleri

TAKVİYE Çap Dayanım Modül KullanımTÜRÜ (mikron) MPa GPa Sıcaklığı (oC)

_______________________________________________Bor 150-200 3450 400 540

Karbon (PAN) 7 2400-4800 230-395 1650

SiC 100-150 4140 425 930

Alumina (FP) 20 1380 380 1650

Bor elyaf üretimi

Karbon Elyaf Üretimi (PAN)

Karbon elyaf üretimi (Katran)

Karbon elyaf

SiC Takviye Üretimi

Buhar çökeltme

(Karbon veya wolfram flamanüzerine)

PCS elyaftan başlayarak (NICALON)

Kılcal Kristal (whisker)

Parçacık

SiC Whisker üretimi

Alumina Takviye Üretimi

Ekstrüzyon (FP elyaf)

Süreksiz elyaf (Saffil)

MMK üretinde kullanılan başlangıçmalzemeleri, üretim teknikleri ve ara ürünler

MATRİS TAKVİYE ÜRETİM TEKNİĞİ ARAÜRÜNLER

__________________________________________________________Eriyik Parçacık Eriyiğe karıştırma PreslenmişToz Sürekli elyaf Erimiş metali presleme ön biçimFolyo Süreksiz elyaf Metal püskürtmeBuhar Ekstrüzyon Püskürtme

Toz metalurjisi önbiçimSıcak preslemeSıcak haddeleme KaplanmışBuhardan çökeltme elyafElektrolitik yöntemYönlenmiş katılaştırma

MMK ÜRETİM YÖNTEMLERİMMK ÜRETİM YÖNTEMLERİ

SIVI FAZ YÖNTEMLERİ• Erimiş Metali Emdirme

veya Presleme• Erimiş Metale Takviyeyi

Karıştırma• Metal Püskürtme• İn-situ kompozitler

KATI FAZ YÖNTEMLERİ• Toz Metallurjisi• Sıcak presleme• Haddeleme

DİĞER YÖNTEMLER• Elektrolitik Yöntem• Buhar Fazından Çökeltme

SıvıMetal Emdirme (1)

Sıvı metal emdirme yöntemi (2)

Sıvı metal emdirme yöntemi (3)

Sıvı metale ilave

Püskürtme Yöntemi

Plasma püskürtme yöntemi

Ark püskürtme yöntemi

Metal püskürtme

İn-situ Karma Malzemeler:

Kontrollu katılaşma ile geometrik düzenesahip iç yapılar,Fazın biri matris daha sert ve gevrekolan diğeri ise takviye,Genellikle ötektik alaşımlar,Tek bir işlemle elde edilirler ve içyapıları çok kararlıdır.

Toz metallurjisi• Metal ve Takviye Tozları

HarmanlamaSoğuk Presleme

• ÖnbiçimGaz GidermeSıcak Presleme

• ArabiçimEkstrüzyon, Haddeleme, Dövme v.s.

• Son biçim

TM Yönteminin üstünlükleri

Her türlü matris alaşımı ve takviye türüiçin uygulanabilir.Katı hal yayınması sırasında arayüzey-deki reaksiyonlar en alt düzeyde oluşur.Yüksek hacim oranlarında takviyekatmak mümkün olurPahalıdır (100 $/kg)

Sıcak presleme

Adım adım sıcak presleme

Haddeleme

Buhar Fazından Çökeltme

Bir vakum odasından geçirilen elyafınüzerine metal buharları çökeltilirKaplanmış elyaf bir demet halindetoplanarak sıcak preslenir,Alçak sıcaklıkta yapılması avantaj, Üniform bir dağılım,.Yüksek elyaf yoğunluğu (%80’e kadar),Pahalı bir yöntemdir.

Elektrolitik Yöntem

MMK’LARIN KULLANIM ALANLARI

• UZAY SANAYİUzay yapıları B/Al, B/Mg, Gr/MgAntenler B/Al, B/Mg, Gr/Mg• HAVACILIKUçaklarda gövde

ve iç donanım parçaları B/Al, SiC/Al, Gr/AlKompresör kanatları B/Al, SiC/Al, Gr/AlTürbin kanatları Wolfram ve tantal takviyeli

süperalaşımlar,in-situ ötektikler

Helikopter parçaları B/Al, SiC/Al, Gr/Al, Gr/Mg, Al2O3/Mg, Al2O3/Al

Türbin kanatçığı

MMK’LARIN KULLANIM ALANLARI•• OTOMOTİVOTOMOTİVMotor blokları SiC/AlPistonlar SiC/AlBiyeller SiC/AlAkü plakaları Gr/Pb•• ELEKTRİKELEKTRİKMotor fırçaları Gr/CuKablo, elektrik kontakları Gr/CuEv aletleri akü plakaları Al2O3/Pb, Gr/Pb, Cam/Pb•• TIPTIPProtezler B/Al, SiC/AlTekerlekli sandalyeler B/Al, SiC/Al

Dizel Motor Pistonları

• Yüksek aşınma dayanımı• Yüksek ısıl kararlılık• Yüksek sıcaklıkta dayanım• İyi ısı iletkenliği

Nikel esaslı insertMMC hazır insert (Alumina)MMC önbiçim insertTüm piston SİC takviyeli

Şaftlar

HAFİF TAŞIT -- HAFİF ŞAFT • Corvette aluminyum şaft• Kamyonet ve minibüslerde

ikiparçalı olan şaft tekparça- dışyüzeyi karbonelyafla takviyeli.

• Tüm bünyedeparçacıklarla takviyeli : 6061+ %20 parç. Ektrüzyonla boru olarak

MMK’LARIN KULLANIM ALANLARIMMK’LARIN KULLANIM ALANLARI

•• SPOR MALZEMELERİSPOR MALZEMELERİTenis raketleri B/Al, Gr/Al, SiC/AlKayak sopaları B/Al, Gr/Al, SiC/AlKayaklar B/Al, Gr/Al, SiC/AlOltalar B/Al, Gr/Al, SiC/AlGolf sopaları B/Al, Gr/Al, SiC/AlBisiklet çerçeveleri B/Al, Gr/Al, SiC/Al•• TEKSTİL SANAYİTEKSTİL SANAYİMekikler B/Al, Gr/Al, SiC/Al•• DİĞERDİĞERYataklar Gr/PbKimyasal ekipman Al2O3/PbAşındırıcı takımlar B/ Al2O3, SiC/ Al2O3

Dağ Bisikletleri• Yüksek rijitlik• Yüksek yorulma day.• Hafiflik

DURALCAN ve AMC %10-20 SiC içeren Al

• Ekstrüzyonla1,5 mm et kalınlıklı boru

• MIG kaynağı