Bakır ve porselen malzemelerin difüzyon kaynağı ile birleştirilebilirliğinin incelenmesi ve analizi
Examination and analysis of joinability of copper and porcelain materials by diffusion bonding
Yazar: FATMAGÜL TOLUN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SARE ÇELİK
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bakır = Copper ; Difüzyon kaynağı = Diffusion welding ; Porselen = Porcelain ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Difüzyon kaynağı, aynı ya da farklı cins, iki veya daha fazla malzemenin; akma dayanımlarının çok altındaki bir basınç ve yeniden kristalleşme sıcaklıklarının üzerindeki bir sıcaklıkta, ergitilmeksizin birleştirildikleri bir katı hal kaynağıdır. Porselenlerin kullanım alanlarının genişliği düşünülürse, bu konunun ne kadar önemli olduğu ortaya çıkmaktadır. Porselen malzemelerle bakırın, bilinen kaynak yöntemleri ile birleştirilmesi mümkün olmamaktadır. Porselenle bakırın difüzyon kaynağı ile birleştirilmesinin araştırılmasının bu alanlardaki yeni teknolojilerin gelişmesine ışık tutacağı düşünülmektedir.Bu çalışmada; porselen ve bakır malzemelerin difüzyon kaynağı ile birleştirilebilirliği incelenmiştir. Bu amaçla, porselen ve bakırın farklı parametrelerle difüzyon kaynağı deneyleri yapılmıştır. Kaynaklı numunelere kesme testi uygulanarak, kaynak bölgesinin mukavemeti araştırılmıştır. Kaynaklı numunelerin birleşme yüzeyine dik olarak alınan kesit üzerinde mikrosertlik ölçümleri yapılmıştır. Mikroyapı incelemeleri için, numunelerin SEM görüntüleri alınarak, EDX ve XRD analizleri yapılmıştır.Kesme testi sonuçlarına göre, deney parametreleri istatistiksel modelleme analizi ile değerlendirilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemine göre, bilgisayar destekli analiz programında, deney numunelerine, zamana bağlı termal analiz ve zamana bağlı yapısal analiz yapılmıştır.İnceleme sonunda; vakum uygulaması ve argon gazı atmosferinde, 900 oC sıcaklıkta, 4,5 MPa basınçta, 60 dakika difüzyon süresi parametrelerinde yapılan difüzyon kaynağı deneylerinin en iyi sonucu verdiği görülmüştür.Çalışmanın 1. Bölümünde konu ile ilgili literatür çalışması verilmiştir, 2. Bölümde difüzyon teorisi ve difüzyon kaynağı hakkında bilgiler verilmiştir, 3. Bölümde difüzyon kaynağı ile yapılan deneysel çalışmalar incelenmiştir, 4. Bölümde mikroyapı incelemeleri verilmiştir, 5. Bölümde deneysel çalışmalar sonrası yapılan analizler verilmiştir, 6. Bölümde elde edilen sonuçlar tartışılmıştır, 7. Bölümde genel sonuçlar verilmiştir, 8. Bölümde ise kaynaklar verilmiştir.

Abstract:
Diffusion bonding is unmelted bonding of the two or more materials at a pressure well below their yield strengths and a temperature over their recrystallization temperatures. The prevalence of porcelain usage areas clearly show the importance of this subject. Bonding of porcelain to copper is not possible with the known welding techniques. Researching the diffusion bonding of porcelain to copper will develop the new technologies in this field.In this work, joinability of porcelain and copper by diffusion bonding was examined. With this purpose, diffusion bonding tests of porcelain to copper were done with different parameters. The strength of welded area was examined by applying the shear test to bonded specimens. Microhardness was measured on the profile taken perpendicular to the joining surface of the bonded specimens. For the microstructure examination of specimens, SEM images were taken and EDX and XRD analysis were made.According to shear test results, the test parameters were evaluated by statistical modeling analysis. According to finite element method, time dependent thermal and structural analysis were done to test specimens by the computer aided analysis program.End of this examination, was seen that the best result of diffusion bonding tests is at these parameters; at vacuum application and argon gas atmosphere, 900 oC temperature, 4.5 MPa pressure, 60 minutes diffusion time.At the first part of this work, literature review about the subject was given, at the second part, informations about the diffusion theory and diffusion bonding were given, at the third part, the experimental works about the diffusion bonding were examined, at the fourth part, microstructure examinations were given, at the fifth part, analyzes after the experimental works were given, at the sixth part, results were discussed, at the seventh part general results were given, at the eighth part, references were given.