Grafen takviyeli bakır matrisli kompozitlerin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Manufacturing and examining the characteristics of graphen reinforced copper matrix composites
Yazar: ÖNER KAĞAN ÖZER
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER GÜLER
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Keşfedildiği tarihten beri üzerine sayısız çalışma yapılan grafen klasik malzemelerin aksine alışılmışın dışında ekstra özellikler sergilemektedir. Bu özellikleri sayesinde grafen pek çok uygulamada büyük bir kullanılma potansiyeline sahiptir. Bunun yanında, farklı kompozit malzemelerde takviye malzemesi olarak da kullanılması mümkündür. Metal matrisli kompozit malzemelerde takviye malzemesi olarak kullanılması, yeni nesil kompozitlerin geliştirilmesini de sağlamaktadır. Matris olarak alüminyum, nikel, magnezyum, çinko, bakır ve titanyum veya bunların alaşımları kullanılmaktadır. Bakır ve alaşımları, takviye malzemeleri ile uyumluluğu, hafif olması, yüksek elektrik iletkenliği ve yüksek ısı iletkenliği gibi özelliklere sahip olması sebebiyle geniş uygulama alanlarına sahiptir. Bununla birlikte metal matrisli kompozit malzemelerde matris malzemesi olarak ilk sıralarda tercih edilmektedir. Bu çalışmada, takviye malzemesi olarak grafenin kullanıldığı bakır matrisli kompozitler toz metalurjisi yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen numunelere mekanik testler uygulanmıştır. Metalik numuneleri haddeleme veya ekstrüzyonun standart endüstriyel metal işleme prosesleri dahil olmak üzere, uygulanan bir yüke maruz bırakmak için iyi bilinen çok sayıda yöntem bulunmaktadır. Ancak bu yöntemlerin tümü, numunenin fiziksel boyutlarında bir değişiklik yapmaktadır. Aksine, eşit kanallı açısal presleme (EKAP) bu geleneksel prosedürlerden farklıdır; çünkü numunenin kesit boyutları, uygulanan yük sırasında değişmeden kalmaktadır. Metal tane büyüklükleri, EKAP işlemiyle şiddetli plastik deformasyona maruz bırakılarak, alt mikrometreye ve hatta nanometre seviyesine kadar tane inceltilebilmektedir. Bu yüzden numunelere EKAP işlemi uygulanmış ve elektriksel iletkenlik testi, basma testi, aşınma testi yapılmıştır. Mikro ve makro sertlikleri alınmış SEM görüntüleri incelenmiştir.

Abstract:
Unlike classical materials, graphene, on which countless studies have been conducted since its discovery, exhibits extraordinary extra properties. Thanks to these properties, graphene has a great potential to be used in many applications. Besides, it is possible to use it as reinforcement material in different composite materials. Its use as a reinforcement material in metal matrix composite materials also enables the development of new generation composites. Aluminum, nickel, magnesium, zinc, copper and titanium or their alloys are used as matrix. Copper and its alloys have wide application areas due to their compatibility with reinforcement materials, light weight, high electrical conductivity and high thermal conductivity. However, it is preferred as a matrix material in metal matrix composite materials. In this study, copper matrix composites using graphene as reinforcement material were produced by powder metallurgy method. Mechanical tests were applied to the produced samples. There are numerous well known methods for subjecting metallic samples to an applied load, including standard industrial metalworking processes of rolling or extrusion. However, all of these methods alter the physical dimensions of the sample. In contrast, equal channel angular pressing (ECAP) differs from these traditional procedures; because the cross-sectional dimensions of the specimen remain unchanged during the applied load. Metal grain sizes can be subjected to severe plastic deformation by ECAP process, and the grain can be refined down to sub-micrometer and even nanometer level. For this reason, ECAP process was applied to the samples and electrical conductivity test, compression test and abrasion test were performed. SEM images of micro and macro hardness, were taken and examined.