ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Alümi̇nyum esasli kompozi̇t köpük

•Download as PPTX, PDF•
•
İ
İbrahim TOPRAK

Kompozit takviyeli malzeme çeşitleri ve alüminyum esaslı kompozit köpük üretim yöntemleri hakkında hazırlanmıştır.

1 of 28
Downloaded 27 times
ALÜMİNYUM ESASLI KOMPOZİT KÖPÜK YRD. DOÇ. DR. MEVLÜT GÜRBÜZ HAZIRLAYANLAR: İBRAHİM TOPRAK YUSUF EMRE KALYONCU İBRAHİM KUTLUAY DUMAN NUSRET BAŞ
İÇİNDEKİLER • 1-) KOMPOZİT NEDİR ? NEDEN KULLANILIR ? TARİHÇE • 2-) ÜRETİM YÖNTEMLERİNE GÖRE KOMPOZİTLERİN SINIFLANDIRILMASI • 3-) KOMPOZİTLERDE KULLANILAN MALZEMELER • 4-) KOMPOZİT KÖPÜKLER VE KULLANIM ALANLARI • 5-) ALÜMİNYUM ESASLI KOMPOZİT KÖPÜKLER VE ÜRETİM YÖNTEMLERİ • 6- ) KAYNAKÇA
Alümi̇nyum esasli kompozi̇t köpük
KOMPOZİTLERİN TARİHÇESİ • İnsanoğlu, ilk çağlardan beri kırılgan malzemelerin içine bitkisel veya hayvansal lifler koyarak kırılganlık özelliğini gidermeye çalışmıştır. Bu konuda en iyi örnek kerpiçtir. Kerpiç üretiminde, killi çamur içine katılan saman, sarmaşık dalları gibi sap ve lifler kerpicin mukavemetini artırmaktadır. M.Ö. 1600 yıllarında Mısır’da ince cam liflerinin imalatının , XVIII. Hanedan devrinden kalan, farklı renkte cam liflerinden elde edilen çeşitli eşyalardan anlaşılmaktadır. Cam liflerinin sanayide kullanımıyla ilgili ilk kayıt 1877 tarihlidir. Liflerle takviye edilmiş sentetik reçineler 1950’li yıllardan itibaren endüstride kullanılmaya başlanmıştır. Bu malzemenin en tanınmış grubunu “cam elyaf takviyeli polyester (CTP)” oluşturmaktadır.
KOMPOZİT NEDİR ? NEDEN KULLANILIR ? • Birbirlerinin zayıf yönünü düzelterek üstün özellikler elde etmek amacıyla bir araya getirilmiş değişik tür malzemelerden veya fazlardan oluşan malzeme sistemine kompozit malzeme denir. Cam elyaflı polyester levhalar, çelik donatılı beton elemanlar, otomobil lastikleri ve seramik metal karışımı olan sermentler bunlara örnektir. • Kompozitler çok fazlı malzeme sayılırlar. Yapılarında sürekli bir ana faz ile onun içinde dağılmış pekiştirici bir donatı (takviye) fazı bulunur. Partiküllü kompozitler Lifli kompozitler Tabakalı kompozitler
Kompozitlerin Avantajları 1. Çatlak ilerlemesi olayı minimize edilmiştir. 2. Titreşimleri absorbe edilme özelliği sağlanmıştır. 3. Kompozitlerden bazıları çok yüksek akma sınırı (akma gerilmesi) değerlerine sahiptir. 4. Korozyon problemi yoktur. 5. Kopma uzaması metallere göre daha yüksektir. 6. Yorulma dirençleri oldukça yüksektir. 7. Ağırlıkça tasarruf edilmiştir. 8. Elektriksel özellikleri. 9. Isıya ve ateşe dayanıklılık. 10.Kimyasal etkilere ve yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklılık. 11.Kalıcı renklendirme. Kompozitlerin Dezavantajları 1. Metallere yapışmazlar. 2. Fırınlamadan (pişirmeden) kullanılamazlar. 3. Değişik doğrultuda değişik mekanik özelliklere sahiptir. 4. Üretimi nispeten pahalıdır. 5. Nem ve hava zerrecikleri, kompozitlerin mekanik ve yorulma özelliklerini olumsuz yönde etkiler. 6. Delik delme ve kesme türü işlemler liflerde açılmaya yol açmaktadır. 7. Malzemenin kalitesi üretim yöntemlerinin kalitesine bağlıdır. 8. Kalifiye eleman ihtiyacı mevcuttur.
Kompozit Malzemelerde Özelliğe Ve Performansa Etki Eden Faktörler • Bir kompozit malzemenin yapısındaki Takviye fazının bazı özellikleri son ürünün de performansı ve özellikleri doğrudan etkiler sıralayacak olursak eğer bu parametrelerden başlıcaları ; 1) Takviye fazının yapısı ve cinsi 2) Takviye fazının geometrisi 3) Takviye fazının ana faz içerisindeki konumu 4) Takviye fazının büyüklüğü 5) Takviye fazının homojenliği 6) Takviye fazının sarım türü 7) Ürünün imalat parametreleri vb.
ÜRETİM YÖNTEMLERİNE GÖRE KOMPOZİTLERİN SINIFLANDIRILMASI Katı Faz Üretim Yöntemleri Sıvı Faz Üretim Yöntemleri Gaz Faz Üretim Yöntemleri Sinterleme Karıştırma Döküm PVD Ekstrüzyon Haddeleme İnfiltrasyon Sıcak Pres Püskürtme Difüzyon Bağlama •Metal Matrisli Kompozitler (MMK) • İçerisi deki fazlardan en az biri kırılgan yapıdaki metallerden oluşan en az 2 yada daha fazla malzemenin bir araya gelerek oluşturduğu kompozitlerdir. MMK’ların Diğer Kompozitlerden Üstünlükleri: Metal matris yüksek tokluk ve dayanım sağlar. Yüksek sıcaklık özellikleri ve ısıl kararlılıkları çok daha iyidir. Birçok ortamda korozyon dayanımları yüksektir. Biçimlendirilebilme özellikleri iyidir. Kaynak veya diğer yöntemlerle kolaylıkla birleştirilebilirler. Bor , Karbon , SiC , Alumina kullanılan takviye malzemeleridir.
Polimer Matrisli Kompozitler (PMK) Avantajları 1. Hafiflik 2. Yüksek korozyon direnci 3. Ekonomik 4. Kolay üretim 5. Esneklik Dezavantajları 1. Düşük mukavemet 2. Yüksek sıcaklıkta kullanılamama
• Çeşitli mühendislik uygulamalarında metallerin yerini tercihen kullanılan polimer kompozitler sadece hafiflik, mekanik dayanım gibi özellikler değil, insan dokuları ile uyum sağlayan ve sertlik derecesi ayarlanabilen yapay doku ve organlar gibi uygulamaların dışında "optik elyaf" ve basınç ile elektrik üretebilen" piezo elektrik özellikli ve istenildiği gibi işlenebilen özel sistemlerin yapımında da metal ve seramik malzemelerin yerlerine kullanılmaktadır. • Polimer kompozitler, iki ana kategoride incelenebilir. • parçacık dolgulu kompozitler -- sürekli elyaf kompozitler • Özellikle sürekli elyaf içeren kompozitler yüksek performans istenen alanlarda giderek daha çok kullanılmaktadır.
Seramik Matrisli Kompozitler (SMK) En az biri metal olan 2 yada daha fazla farklı malzemenin bir araya gelerek oluşturduğu kompozit malzemelerdir. Avantajları • Yüksek ergime derecelerinden dolayı çok iyi sürünme direnci. • Genellikle düşük yoğunluk değeri gösterirler. Böylece yüksek spesifik modül gösterirler. • Mükemmel aşınma dayanımı çok yüksek basma gerilmesi ve sertlikten dolayı. • Kimyasal etkilere karşı yüksek direnç – Oksitler bir daha oksitlenemez. • Yüksek ergime derecesi, kimyasal olarak inert olmaları, yüksek sertlik ve düşük kırılma mukavemeti bu malzemelerin bileşenler haline üretilmesini zorlaştırır. Dezavantajları • Plastik deformasyon göstermeden hasara uğrarlar Çok küçük yapısal hatalar ani kırılmalara yol açarlar
• Seramik malzemeler, yüksek sıcaklığa dayanıklı ve hafif oldukları (d= 1,5 - 3,0 gr/cm3) için oldukça çekicidir. • Seramik matrisli kompozit malzemeler genellikle yüksek sıcaklıkta çalışması gereken parçalar için kullanılılırlar • Sert ve kırılgan malzemeler olan seramik malzemeler, çok düşük kopma uzaması gösterirler, düşük tokluğa sahiptirler ve termal şoklara karşı dayanıksızdırlar. Bu nedenle liflerle takviye edilirler.. • Buna karşılık çok yüksek elastiklik modülüne ve çok yüksek çalışma sıcaklıklarına sahiptirler. Yüksek sıcaklıklara dayanıklılık, kimyasal kararlılık, sertlik, erozyon ve aşınmaya karşı direnç ve hafif olması gibi avantajlarından dolayı yüksek sıcaklık gerektiren uygulamalarda kullanılmaktadır.
KOMPOZİT KÖPÜKLER VE KULLANIM ALANLARI • Çeşitli mühendislik uygulamalarında kullanım alanı bulan gözenekli yapılar son yıllarda fonksiyonel malzemeler olarak oldukça dikkat çekmektedir. Fonksiyonel olarak tercih edilen gözenekli malzemelerin başında metalik köpükler gelmektedir. Metalik köpükler, mekanik özelliklerinin iyi olmasından dolayı günümüzde artan öneme sahip malzemelerdir. Bu özellikler arasında enerji sönümleme kabiliyetinin yüksek olması, düşük ağırlık, ısıl izolasyon, titreşim azaltma gibi özellikler sayılabilir
KOMPOZİT KÖPÜK ÜRETİM YÖNTEMLERİ • Metalik köpükleri üretmek için iki temel yöntem mevcuttur. Metalik eriyiklerin direk köpürtülmesi ve sıkıştırılmış tozların dolaylı yoldan köpürtülmesi metal köpük fabrikasyonu için uygun maliyetli metotlardır. İki yöntemde de köpürtülmüş eriyiğin proses süresince stabil olması çok önemlidir. Birincisi doğrudan köpürtme metodudur, burada bir dış kaynaktan gaz sürekli olarak özel hazırlanmış bir çerisinde düzgün dağılmış, metal olmayan partiküller içeren, ergimiş metale köpük üretilmesi için enjekte edilir ve gaz salan bir kimyasal ajan eklenir. Dolaylı köpürtme metodu, düzgün dağılmış köpürtme ajanı ihtiva eden metal matristen oluşan katı bir prekursör ile başlar. • Metal köpük yapımı için 9 farklı proses rotası geliştirilmiş, 5 tanesi ticari olarak uygulanmaktadır. Bunlar 4 genel sınıfa ayrılır: • a- köpük, buhar fazından yapılır. • b- köpük, sulu bir çözeltiden elektro depozite edilir. • c- sıvı hal prosesine dayanır. • d- köpük, katı halde üretilir.
• Her metot metallerin küçük bir alt kümesinde, sınırlı yelpazedeki rölatif yoğunluk ve hücre boyutlarında üretim için kullanılabilir. Açık ve kapalı hücreli köpükler üretilebilir. Ürünler kalite ve fiyat olarak çok farklılık gösterebilir. (Kilogramı ($7-$12000) • Metal köpüğün özellikleri, yapıldığı metalin özelliklerine, rölatif yoğunluk ve hücre topolojisine (açık kapalı hücre, hücre boyutu) dayanır. Metal köpükler aşağıda listelenen 9 prosesten biriyle yapılır.
Alümi̇nyum esasli kompozi̇t köpük
METAL GAZ ENJEKSİYONU YÖNTEMİ • Metal enjeksiyon kalıplama (MIM) teknolojisi, bir toz metalurjisi üretim yöntemi olup ilk zamanlarda geleneksel toz metalurjisi yöntemleriyle beraber kullanılmış, daha sonra kendi başına ayrı bir imalat yöntemi halini almıştır • Yüksek oranda ki metal tozunun plastik içerisine karıştırılması suretiyle elde edilen plastik bağlantılı metal malzemenin bulunması ile sağlanmıştır. Plastik bağlayıcının dikkatli bir şekilde ayrıştırılarak yapıdan uzaklaştırılması sonucunda geriye sadece metalden oluşan gözenekli bir iskelet yapı kalır. İşte bu iskelet metal de tıpkı klasik toz metalürjisinde olduğu gibi sinterlenerek metalik bağlantıların teşkil edilmesi ve gözeneklerin kapanması suretiyle metal parça haline dönüştürülür • Metal Enjeksiyon Kalıplama Uygulamaları • Otomotiv Sistemleri - Direksiyon Kolonlar (Aktüatörler, Ateşleme Kilit Bileşenleri), Sunroof (Durdurma Kamları), Oturma Mekanizmaları, Solenoidler, Yakıt Enjektörleri Ortodonti – Diş Telleri, Bukkal Tüpler • Tıp Ve Diş Hekimliği Cihazları - Endoskopik Cerrahi Aletler • • Ateşli Silah Bileşenler - Tetik, Güvenlik Kilidi, Kurma Kamı, Gez, Arpacık • Donanım Ve Kilit Parçaları - Kilit Silindirleri, Cıvata, Kilit Dili, Kenar Çubuğu • Bilgisayar Ve Elektronik - Disk Bileşenleri • Elektrik - Bağlayıcılar, Anahtarlar
Alümi̇nyum esasli kompozi̇t köpük
• MIM ve Diğer Teknolojiler: Metal enjeksiyon kalıplama (MIM) teknolojisi, aslında karmaşık şekilli parçaları yüksek miktarlarda üretmeye yarayan bir teknolojidir. Genel olarak konvansiyonel presleme ve sinterleme işlemleri bu parçaların üretimi için pahalı olsa da, üretilmesi düşünülen karmaşık şekilli parçaların miktarı arttıkça, MIM teknolojisi metal işleme gibi tekniklere göre oldukça ucuzdur. Örnek vermek gerekirse, 4,5 gram ağırlığındaki bir MIM parçasının 250 000 adet üretimde birim maliyeti 1,4 USD iken, 3 000 000 adet ve üstü üretimde birim maliyet 0,2 USD olmaktadır.
GAZ GENİŞLETME YÖNTEMİ • Alüminyum eriyiğine TiH2 partikülleri eklenerek, geniş hacimde hidrojen gazı hızlı bir şekilde üretilir, kapalı hücre köpük oluşturacak kabarcıklar oluşturulur, sağlanan köpük drenajı yeterince düşüktür, yüksek bir erime viskozitesi gerektirir. • Bu yöntemle Shinko Wire Company, Alporas adında bir alüminyum köpük üretmiştir. Bu proses alüminyumu ergiterek ve ergime sıcaklığı 670 ve 690 o C arasında stabilize edilerek başlar. 1-2% kalsiyum eklenerek viskozitesi arttırılır, hızlıca oksitlenerek CaO ve CaAl2O4 partikülleri oluşturur.
YARI KATI İÇERİSİNDE ÇÖZDÜRME • Köpük yapıcılar metale katı halde karıştırılarak ve toz takviye edilerek katılabilir. Yaygın olarak kullanılan TiH2 465 o C’de çözünmeye başlar ve bu sıcaklık saf alüminyumun (660 o C) ve alaşımlarının ergime sıcaklığından düşüktür. • Böylece köpük yapıcının toz metalürji prosesleri kullanılarak katı alüminyum içinde yayılması ve sıcaklığın yeterli bir şekilde arttırılarak, eriyiğin bir bölümünde ya da tamamında gaz çözündürülerek, kabarcık büyümesi sağlanabilir.
MASTARLI DÖKÜM YÖNTEMİ • Sıvı metal yerine toz metal bulamaçları da kullanılabilir. Bunlar sonradan sinterlenir. 0.05 gibi düşük rölatif yoğunluğa ve gözenek boyutları 1-5mm aralığında açık hücre köpükler üretilebilir. 24 Bu proses hemen her metalden döküm yoluyla köpük üretmek için kullanılabilir. • Bu prosesin bir başka çeşidinde, prekursör yapısı, enjeksiyon yoluyla kalıplanmış polimer ya da balmumu kafeslerinden elde edilir. Kafes yapı döküm bulamacıyla kaplanır ve yakılır, geriye kalıbın negatif kopyası kalır. Metal, geleneksel döküm teknikleri kullanılarak ve basınçlı döküm yöntemleriyle kalıplanır
METAL KALIPLAMAYÖNTEMİ • Açık hücre polimer köpükler, üzerlerine metal çöktürülmesi ile mastar olarak kullanılabilirler. INCO Prosesinde nikel, nikel karbonilin Ni(CO4) ayrıştırılarak bırakılır. Gaz 1000 C civarında nikel ve karbon monoksite ayrışarak, reaktörün içindeki bütün ısıtılmış yüzeyi kaplar. Sadece polimer köpüğü ısıtmak için kızıl ötesi ya da RF ısıtması kullanılabilir. Onlarca mikrometre metal çöktürüldükten sonra metal kaplanmış polimer köpük CVD reaktöründen çıkarılarak havada ısıtılarak yakılır. Bu oyuk kirişli hücresel metal yapıyla sonuçlanır. • Kirişleri yoğunlaştırmak için sonradan sinterleme adımı kullanılır. Nikel karbonil oldukça toksiktir ve nikel köpükler üretilmeden önce oldukça yüksek maliyetli çevresel kontroller gerektirir. Birleşmiş milletler ve bazı diğer ülkeler kullanımını yasaklamış ve bazı ülkeler de nikel karbonil gazıyla yapılan endüstriyel prosesleri oldukça pahalı bir hale getirmişlerdir. Gözenek boyutları oldukça geniş bir yelpazede değişir. 100-300µm çapında açık hücre köpükler elde edilebilir.
YARI KATI İÇERİSİNDE ÇÖZDÜRME YÖNTEMİ • Argon gibi inert gazların metaller içinde çözünülebilirlikleri oldukça düşüktür. Yüksek basınçta inert gaz ihtiva eden küçük gözenekli yapıya sahip malzemeler üretmek için toz metalürjisi teknikleri geliştirilmiştir. • Bu malzemeler sonradan ısıtıldıklarında gözenek basıncı artar ve çevreleyen metalin sürünmesiyle gözenekler genişler. Bu proses Boeing tarafından %50 gözenekli yapıya sahip, düşük yoğunluklu gözenekli Ti-6Al-4V sandviç paneller üretmek için kullanılmıştır
BOŞ KÜRE YAPILI YÖNTEM • Bu metotla gözenekli nikel alaşımları ve 0.06 rölatif yoğunluklu Ti-6Al-4V üretilebilir. Gözenek kontrollü toz püskürtme tekniklerinin geliştirilmesi, bu metotla düşük yoğunluklu alaşımların ekonomik olarak fabrikasyonlarını sağlayabilir. Alternatif bir metotta, TiH2 gibi ayrışabilen prekursörlerin bulamacından, organik bağlayıcı ve çözücülerle birlikte, boş küreler elde edilebilir.
ERİYEBİLEN İKİNCİ FAZ YÖNTEMİ • İki toz, ikisi de hacimsel olarak %25’in altında olmamak suretiyle karıştırılır ve sıkıştırılır. Takviyeden sonra bir toz (örneğin tuz) uygun bir çözücüde filtrelenir. • Alüminyum alaşımların toz karışımları bazlı köpükler, sodyum klorür ile geniş kesitlerde ve düzgün bir yapıda yapılabilir. Pratikte bu metotla 0.3-0.5 rölatif yoğunlukta malzemeler üretilebilir. Hücre boyutunu, toz partikül boyutu belirler ve 10µm ile 10mm arasında değişir. Alternatif fakat buna çok benzer bir proseste, filtrelenebilir materyal partiküllerine, basınç altında sıvı metal emdirilir ve soğumaya bırakılır. Partiküllerin yeniden filtrelenmesi, çok iyi düzgünlükte gözenekli metal yapı ortaya çıkarır
GAZ-METAL KARIŞIMI YÖNTEMİ • Birçok metal alaşımı, ikili hidrojen faz diyagramlarında ötektik olduğunu ortaya koyar. Bunlar; Al-,Be- ,Ce-,Cu-,Fe-,Mg-,Mn-, ve Ni- alaşımlarını kapsar. Bu alaşımlar ergitilir ve basınç altında hidrojenle doyurulur, yönlendirilmiş katılaştırmadan sonra basınç düşürülür. Katılaşma sırasında, katı metal ve hidrojen ötektik gaz reaksiyonu ile eşzamanlı olarak oluşur; hidrojen dolgu gözenekleri olan gözenekli bir yapı oluşturur. Bu materyaller GASAR olarak bilinir. %30 gözenek hacminde objeler elde edilir. Gözenek yapısının kontrol ve optimizasyonu zordur. Bu yöntemle üretilen malzemeler pahalıdır
KAYNAKÇA • Mak. Müh. SÜLEYMAN İSMAİL ÇAĞLARYüksek Lisans Tezi,T.C. TRAKYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ,ALÜMİNYUM ESASLI KOMPOZİT KÖPÜK ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU,2009 • https://tr.wikipedia.org/wiki/Kompozit_malzemeler • http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.aktas/Kompozit%20Malzemeler/D ers%20%203/3.pdf • Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER,PLASTİK MATRİSLİ KOMPOZİTLER,YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ, 2008 • Prof.Dr.Ahmet Aran - İ.T.Ü. Makina .T.Ü. Makina Fakültesi Fakültesi, METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER • Doç.Dr. Cesim Ataş,KOMPOZİT MALZEME MEKANİĞİ,DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ • http://www.mmo.org.tr/resimler/dosya_ekler/e1ddb7d72611e92_ ek.pdf

More Related Content

Alümi̇nyum esasli kompozi̇t köpük

  • 1. ALÜMİNYUM ESASLI KOMPOZİT KÖPÜK YRD. DOÇ. DR. MEVLÜT GÜRBÜZ HAZIRLAYANLAR: İBRAHİM TOPRAK YUSUF EMRE KALYONCU İBRAHİM KUTLUAY DUMAN NUSRET BAŞ
  • 2. İÇİNDEKİLER • 1-) KOMPOZİT NEDİR ? NEDEN KULLANILIR ? TARİHÇE • 2-) ÜRETİM YÖNTEMLERİNE GÖRE KOMPOZİTLERİN SINIFLANDIRILMASI • 3-) KOMPOZİTLERDE KULLANILAN MALZEMELER • 4-) KOMPOZİT KÖPÜKLER VE KULLANIM ALANLARI • 5-) ALÜMİNYUM ESASLI KOMPOZİT KÖPÜKLER VE ÜRETİM YÖNTEMLERİ • 6- ) KAYNAKÇA
  • 4. KOMPOZİTLERİN TARİHÇESİ • İnsanoğlu, ilk çağlardan beri kırılgan malzemelerin içine bitkisel veya hayvansal lifler koyarak kırılganlık özelliğini gidermeye çalışmıştır. Bu konuda en iyi örnek kerpiçtir. Kerpiç üretiminde, killi çamur içine katılan saman, sarmaşık dalları gibi sap ve lifler kerpicin mukavemetini artırmaktadır. M.Ö. 1600 yıllarında Mısır’da ince cam liflerinin imalatının , XVIII. Hanedan devrinden kalan, farklı renkte cam liflerinden elde edilen çeşitli eşyalardan anlaşılmaktadır. Cam liflerinin sanayide kullanımıyla ilgili ilk kayıt 1877 tarihlidir. Liflerle takviye edilmiş sentetik reçineler 1950’li yıllardan itibaren endüstride kullanılmaya başlanmıştır. Bu malzemenin en tanınmış grubunu “cam elyaf takviyeli polyester (CTP)” oluşturmaktadır.
  • 5. KOMPOZİT NEDİR ? NEDEN KULLANILIR ? • Birbirlerinin zayıf yönünü düzelterek üstün özellikler elde etmek amacıyla bir araya getirilmiş değişik tür malzemelerden veya fazlardan oluşan malzeme sistemine kompozit malzeme denir. Cam elyaflı polyester levhalar, çelik donatılı beton elemanlar, otomobil lastikleri ve seramik metal karışımı olan sermentler bunlara örnektir. • Kompozitler çok fazlı malzeme sayılırlar. Yapılarında sürekli bir ana faz ile onun içinde dağılmış pekiştirici bir donatı (takviye) fazı bulunur. Partiküllü kompozitler Lifli kompozitler Tabakalı kompozitler
  • 6. Kompozitlerin Avantajları 1. Çatlak ilerlemesi olayı minimize edilmiştir. 2. Titreşimleri absorbe edilme özelliği sağlanmıştır. 3. Kompozitlerden bazıları çok yüksek akma sınırı (akma gerilmesi) değerlerine sahiptir. 4. Korozyon problemi yoktur. 5. Kopma uzaması metallere göre daha yüksektir. 6. Yorulma dirençleri oldukça yüksektir. 7. Ağırlıkça tasarruf edilmiştir. 8. Elektriksel özellikleri. 9. Isıya ve ateşe dayanıklılık. 10.Kimyasal etkilere ve yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklılık. 11.Kalıcı renklendirme. Kompozitlerin Dezavantajları 1. Metallere yapışmazlar. 2. Fırınlamadan (pişirmeden) kullanılamazlar. 3. Değişik doğrultuda değişik mekanik özelliklere sahiptir. 4. Üretimi nispeten pahalıdır. 5. Nem ve hava zerrecikleri, kompozitlerin mekanik ve yorulma özelliklerini olumsuz yönde etkiler. 6. Delik delme ve kesme türü işlemler liflerde açılmaya yol açmaktadır. 7. Malzemenin kalitesi üretim yöntemlerinin kalitesine bağlıdır. 8. Kalifiye eleman ihtiyacı mevcuttur.
  • 7. Kompozit Malzemelerde Özelliğe Ve Performansa Etki Eden Faktörler • Bir kompozit malzemenin yapısındaki Takviye fazının bazı özellikleri son ürünün de performansı ve özellikleri doğrudan etkiler sıralayacak olursak eğer bu parametrelerden başlıcaları ; 1) Takviye fazının yapısı ve cinsi 2) Takviye fazının geometrisi 3) Takviye fazının ana faz içerisindeki konumu 4) Takviye fazının büyüklüğü 5) Takviye fazının homojenliği 6) Takviye fazının sarım türü 7) Ürünün imalat parametreleri vb.
  • 8. ÜRETİM YÖNTEMLERİNE GÖRE KOMPOZİTLERİN SINIFLANDIRILMASI Katı Faz Üretim Yöntemleri Sıvı Faz Üretim Yöntemleri Gaz Faz Üretim Yöntemleri Sinterleme Karıştırma Döküm PVD Ekstrüzyon Haddeleme İnfiltrasyon Sıcak Pres Püskürtme Difüzyon Bağlama •Metal Matrisli Kompozitler (MMK) • İçerisi deki fazlardan en az biri kırılgan yapıdaki metallerden oluşan en az 2 yada daha fazla malzemenin bir araya gelerek oluşturduğu kompozitlerdir. MMK’ların Diğer Kompozitlerden Üstünlükleri: Metal matris yüksek tokluk ve dayanım sağlar. Yüksek sıcaklık özellikleri ve ısıl kararlılıkları çok daha iyidir. Birçok ortamda korozyon dayanımları yüksektir. Biçimlendirilebilme özellikleri iyidir. Kaynak veya diğer yöntemlerle kolaylıkla birleştirilebilirler. Bor , Karbon , SiC , Alumina kullanılan takviye malzemeleridir.
  • 9. Polimer Matrisli Kompozitler (PMK) Avantajları 1. Hafiflik 2. Yüksek korozyon direnci 3. Ekonomik 4. Kolay üretim 5. Esneklik Dezavantajları 1. Düşük mukavemet 2. Yüksek sıcaklıkta kullanılamama
  • 10. • Çeşitli mühendislik uygulamalarında metallerin yerini tercihen kullanılan polimer kompozitler sadece hafiflik, mekanik dayanım gibi özellikler değil, insan dokuları ile uyum sağlayan ve sertlik derecesi ayarlanabilen yapay doku ve organlar gibi uygulamaların dışında "optik elyaf" ve basınç ile elektrik üretebilen" piezo elektrik özellikli ve istenildiği gibi işlenebilen özel sistemlerin yapımında da metal ve seramik malzemelerin yerlerine kullanılmaktadır. • Polimer kompozitler, iki ana kategoride incelenebilir. • parçacık dolgulu kompozitler -- sürekli elyaf kompozitler • Özellikle sürekli elyaf içeren kompozitler yüksek performans istenen alanlarda giderek daha çok kullanılmaktadır.
  • 11. Seramik Matrisli Kompozitler (SMK) En az biri metal olan 2 yada daha fazla farklı malzemenin bir araya gelerek oluşturduğu kompozit malzemelerdir. Avantajları • Yüksek ergime derecelerinden dolayı çok iyi sürünme direnci. • Genellikle düşük yoğunluk değeri gösterirler. Böylece yüksek spesifik modül gösterirler. • Mükemmel aşınma dayanımı çok yüksek basma gerilmesi ve sertlikten dolayı. • Kimyasal etkilere karşı yüksek direnç – Oksitler bir daha oksitlenemez. • Yüksek ergime derecesi, kimyasal olarak inert olmaları, yüksek sertlik ve düşük kırılma mukavemeti bu malzemelerin bileşenler haline üretilmesini zorlaştırır. Dezavantajları • Plastik deformasyon göstermeden hasara uğrarlar Çok küçük yapısal hatalar ani kırılmalara yol açarlar
  • 12. • Seramik malzemeler, yüksek sıcaklığa dayanıklı ve hafif oldukları (d= 1,5 - 3,0 gr/cm3) için oldukça çekicidir. • Seramik matrisli kompozit malzemeler genellikle yüksek sıcaklıkta çalışması gereken parçalar için kullanılılırlar • Sert ve kırılgan malzemeler olan seramik malzemeler, çok düşük kopma uzaması gösterirler, düşük tokluğa sahiptirler ve termal şoklara karşı dayanıksızdırlar. Bu nedenle liflerle takviye edilirler.. • Buna karşılık çok yüksek elastiklik modülüne ve çok yüksek çalışma sıcaklıklarına sahiptirler. Yüksek sıcaklıklara dayanıklılık, kimyasal kararlılık, sertlik, erozyon ve aşınmaya karşı direnç ve hafif olması gibi avantajlarından dolayı yüksek sıcaklık gerektiren uygulamalarda kullanılmaktadır.
  • 13. KOMPOZİT KÖPÜKLER VE KULLANIM ALANLARI • Çeşitli mühendislik uygulamalarında kullanım alanı bulan gözenekli yapılar son yıllarda fonksiyonel malzemeler olarak oldukça dikkat çekmektedir. Fonksiyonel olarak tercih edilen gözenekli malzemelerin başında metalik köpükler gelmektedir. Metalik köpükler, mekanik özelliklerinin iyi olmasından dolayı günümüzde artan öneme sahip malzemelerdir. Bu özellikler arasında enerji sönümleme kabiliyetinin yüksek olması, düşük ağırlık, ısıl izolasyon, titreşim azaltma gibi özellikler sayılabilir
  • 14. KOMPOZİT KÖPÜK ÜRETİM YÖNTEMLERİ • Metalik köpükleri üretmek için iki temel yöntem mevcuttur. Metalik eriyiklerin direk köpürtülmesi ve sıkıştırılmış tozların dolaylı yoldan köpürtülmesi metal köpük fabrikasyonu için uygun maliyetli metotlardır. İki yöntemde de köpürtülmüş eriyiğin proses süresince stabil olması çok önemlidir. Birincisi doğrudan köpürtme metodudur, burada bir dış kaynaktan gaz sürekli olarak özel hazırlanmış bir çerisinde düzgün dağılmış, metal olmayan partiküller içeren, ergimiş metale köpük üretilmesi için enjekte edilir ve gaz salan bir kimyasal ajan eklenir. Dolaylı köpürtme metodu, düzgün dağılmış köpürtme ajanı ihtiva eden metal matristen oluşan katı bir prekursör ile başlar. • Metal köpük yapımı için 9 farklı proses rotası geliştirilmiş, 5 tanesi ticari olarak uygulanmaktadır. Bunlar 4 genel sınıfa ayrılır: • a- köpük, buhar fazından yapılır. • b- köpük, sulu bir çözeltiden elektro depozite edilir. • c- sıvı hal prosesine dayanır. • d- köpük, katı halde üretilir.
  • 15. • Her metot metallerin küçük bir alt kümesinde, sınırlı yelpazedeki rölatif yoğunluk ve hücre boyutlarında üretim için kullanılabilir. Açık ve kapalı hücreli köpükler üretilebilir. Ürünler kalite ve fiyat olarak çok farklılık gösterebilir. (Kilogramı ($7-$12000) • Metal köpüğün özellikleri, yapıldığı metalin özelliklerine, rölatif yoğunluk ve hücre topolojisine (açık kapalı hücre, hücre boyutu) dayanır. Metal köpükler aşağıda listelenen 9 prosesten biriyle yapılır.
  • 17. METAL GAZ ENJEKSİYONU YÖNTEMİ • Metal enjeksiyon kalıplama (MIM) teknolojisi, bir toz metalurjisi üretim yöntemi olup ilk zamanlarda geleneksel toz metalurjisi yöntemleriyle beraber kullanılmış, daha sonra kendi başına ayrı bir imalat yöntemi halini almıştır • Yüksek oranda ki metal tozunun plastik içerisine karıştırılması suretiyle elde edilen plastik bağlantılı metal malzemenin bulunması ile sağlanmıştır. Plastik bağlayıcının dikkatli bir şekilde ayrıştırılarak yapıdan uzaklaştırılması sonucunda geriye sadece metalden oluşan gözenekli bir iskelet yapı kalır. İşte bu iskelet metal de tıpkı klasik toz metalürjisinde olduğu gibi sinterlenerek metalik bağlantıların teşkil edilmesi ve gözeneklerin kapanması suretiyle metal parça haline dönüştürülür • Metal Enjeksiyon Kalıplama Uygulamaları • Otomotiv Sistemleri - Direksiyon Kolonlar (Aktüatörler, Ateşleme Kilit Bileşenleri), Sunroof (Durdurma Kamları), Oturma Mekanizmaları, Solenoidler, Yakıt Enjektörleri Ortodonti – Diş Telleri, Bukkal Tüpler • Tıp Ve Diş Hekimliği Cihazları - Endoskopik Cerrahi Aletler • • Ateşli Silah Bileşenler - Tetik, Güvenlik Kilidi, Kurma Kamı, Gez, Arpacık • Donanım Ve Kilit Parçaları - Kilit Silindirleri, Cıvata, Kilit Dili, Kenar Çubuğu • Bilgisayar Ve Elektronik - Disk Bileşenleri • Elektrik - Bağlayıcılar, Anahtarlar
  • 19. • MIM ve Diğer Teknolojiler: Metal enjeksiyon kalıplama (MIM) teknolojisi, aslında karmaşık şekilli parçaları yüksek miktarlarda üretmeye yarayan bir teknolojidir. Genel olarak konvansiyonel presleme ve sinterleme işlemleri bu parçaların üretimi için pahalı olsa da, üretilmesi düşünülen karmaşık şekilli parçaların miktarı arttıkça, MIM teknolojisi metal işleme gibi tekniklere göre oldukça ucuzdur. Örnek vermek gerekirse, 4,5 gram ağırlığındaki bir MIM parçasının 250 000 adet üretimde birim maliyeti 1,4 USD iken, 3 000 000 adet ve üstü üretimde birim maliyet 0,2 USD olmaktadır.
  • 20. GAZ GENİŞLETME YÖNTEMİ • Alüminyum eriyiğine TiH2 partikülleri eklenerek, geniş hacimde hidrojen gazı hızlı bir şekilde üretilir, kapalı hücre köpük oluşturacak kabarcıklar oluşturulur, sağlanan köpük drenajı yeterince düşüktür, yüksek bir erime viskozitesi gerektirir. • Bu yöntemle Shinko Wire Company, Alporas adında bir alüminyum köpük üretmiştir. Bu proses alüminyumu ergiterek ve ergime sıcaklığı 670 ve 690 o C arasında stabilize edilerek başlar. 1-2% kalsiyum eklenerek viskozitesi arttırılır, hızlıca oksitlenerek CaO ve CaAl2O4 partikülleri oluşturur.
  • 21. YARI KATI İÇERİSİNDE ÇÖZDÜRME • Köpük yapıcılar metale katı halde karıştırılarak ve toz takviye edilerek katılabilir. Yaygın olarak kullanılan TiH2 465 o C’de çözünmeye başlar ve bu sıcaklık saf alüminyumun (660 o C) ve alaşımlarının ergime sıcaklığından düşüktür. • Böylece köpük yapıcının toz metalürji prosesleri kullanılarak katı alüminyum içinde yayılması ve sıcaklığın yeterli bir şekilde arttırılarak, eriyiğin bir bölümünde ya da tamamında gaz çözündürülerek, kabarcık büyümesi sağlanabilir.
  • 22. MASTARLI DÖKÜM YÖNTEMİ • Sıvı metal yerine toz metal bulamaçları da kullanılabilir. Bunlar sonradan sinterlenir. 0.05 gibi düşük rölatif yoğunluğa ve gözenek boyutları 1-5mm aralığında açık hücre köpükler üretilebilir. 24 Bu proses hemen her metalden döküm yoluyla köpük üretmek için kullanılabilir. • Bu prosesin bir başka çeşidinde, prekursör yapısı, enjeksiyon yoluyla kalıplanmış polimer ya da balmumu kafeslerinden elde edilir. Kafes yapı döküm bulamacıyla kaplanır ve yakılır, geriye kalıbın negatif kopyası kalır. Metal, geleneksel döküm teknikleri kullanılarak ve basınçlı döküm yöntemleriyle kalıplanır
  • 23. METAL KALIPLAMAYÖNTEMİ • Açık hücre polimer köpükler, üzerlerine metal çöktürülmesi ile mastar olarak kullanılabilirler. INCO Prosesinde nikel, nikel karbonilin Ni(CO4) ayrıştırılarak bırakılır. Gaz 1000 C civarında nikel ve karbon monoksite ayrışarak, reaktörün içindeki bütün ısıtılmış yüzeyi kaplar. Sadece polimer köpüğü ısıtmak için kızıl ötesi ya da RF ısıtması kullanılabilir. Onlarca mikrometre metal çöktürüldükten sonra metal kaplanmış polimer köpük CVD reaktöründen çıkarılarak havada ısıtılarak yakılır. Bu oyuk kirişli hücresel metal yapıyla sonuçlanır. • Kirişleri yoğunlaştırmak için sonradan sinterleme adımı kullanılır. Nikel karbonil oldukça toksiktir ve nikel köpükler üretilmeden önce oldukça yüksek maliyetli çevresel kontroller gerektirir. Birleşmiş milletler ve bazı diğer ülkeler kullanımını yasaklamış ve bazı ülkeler de nikel karbonil gazıyla yapılan endüstriyel prosesleri oldukça pahalı bir hale getirmişlerdir. Gözenek boyutları oldukça geniş bir yelpazede değişir. 100-300µm çapında açık hücre köpükler elde edilebilir.
  • 24. YARI KATI İÇERİSİNDE ÇÖZDÜRME YÖNTEMİ • Argon gibi inert gazların metaller içinde çözünülebilirlikleri oldukça düşüktür. Yüksek basınçta inert gaz ihtiva eden küçük gözenekli yapıya sahip malzemeler üretmek için toz metalürjisi teknikleri geliştirilmiştir. • Bu malzemeler sonradan ısıtıldıklarında gözenek basıncı artar ve çevreleyen metalin sürünmesiyle gözenekler genişler. Bu proses Boeing tarafından %50 gözenekli yapıya sahip, düşük yoğunluklu gözenekli Ti-6Al-4V sandviç paneller üretmek için kullanılmıştır
  • 25. BOŞ KÜRE YAPILI YÖNTEM • Bu metotla gözenekli nikel alaşımları ve 0.06 rölatif yoğunluklu Ti-6Al-4V üretilebilir. Gözenek kontrollü toz püskürtme tekniklerinin geliştirilmesi, bu metotla düşük yoğunluklu alaşımların ekonomik olarak fabrikasyonlarını sağlayabilir. Alternatif bir metotta, TiH2 gibi ayrışabilen prekursörlerin bulamacından, organik bağlayıcı ve çözücülerle birlikte, boş küreler elde edilebilir.
  • 26. ERİYEBİLEN İKİNCİ FAZ YÖNTEMİ • İki toz, ikisi de hacimsel olarak %25’in altında olmamak suretiyle karıştırılır ve sıkıştırılır. Takviyeden sonra bir toz (örneğin tuz) uygun bir çözücüde filtrelenir. • Alüminyum alaşımların toz karışımları bazlı köpükler, sodyum klorür ile geniş kesitlerde ve düzgün bir yapıda yapılabilir. Pratikte bu metotla 0.3-0.5 rölatif yoğunlukta malzemeler üretilebilir. Hücre boyutunu, toz partikül boyutu belirler ve 10µm ile 10mm arasında değişir. Alternatif fakat buna çok benzer bir proseste, filtrelenebilir materyal partiküllerine, basınç altında sıvı metal emdirilir ve soğumaya bırakılır. Partiküllerin yeniden filtrelenmesi, çok iyi düzgünlükte gözenekli metal yapı ortaya çıkarır
  • 27. GAZ-METAL KARIŞIMI YÖNTEMİ • Birçok metal alaşımı, ikili hidrojen faz diyagramlarında ötektik olduğunu ortaya koyar. Bunlar; Al-,Be- ,Ce-,Cu-,Fe-,Mg-,Mn-, ve Ni- alaşımlarını kapsar. Bu alaşımlar ergitilir ve basınç altında hidrojenle doyurulur, yönlendirilmiş katılaştırmadan sonra basınç düşürülür. Katılaşma sırasında, katı metal ve hidrojen ötektik gaz reaksiyonu ile eşzamanlı olarak oluşur; hidrojen dolgu gözenekleri olan gözenekli bir yapı oluşturur. Bu materyaller GASAR olarak bilinir. %30 gözenek hacminde objeler elde edilir. Gözenek yapısının kontrol ve optimizasyonu zordur. Bu yöntemle üretilen malzemeler pahalıdır
  • 28. KAYNAKÇA • Mak. Müh. SÜLEYMAN İSMAİL ÇAĞLARYüksek Lisans Tezi,T.C. TRAKYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ,ALÜMİNYUM ESASLI KOMPOZİT KÖPÜK ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU,2009 • https://tr.wikipedia.org/wiki/Kompozit_malzemeler • http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.aktas/Kompozit%20Malzemeler/D ers%20%203/3.pdf • Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER,PLASTİK MATRİSLİ KOMPOZİTLER,YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ, 2008 • Prof.Dr.Ahmet Aran - İ.T.Ü. Makina .T.Ü. Makina Fakültesi Fakültesi, METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER • Doç.Dr. Cesim Ataş,KOMPOZİT MALZEME MEKANİĞİ,DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ • http://www.mmo.org.tr/resimler/dosya_ekler/e1ddb7d72611e92_ ek.pdf