Çok duvarlı karbon nanotüp takviyeli bakır matrisli nanolamineli kompozitlerin mekanik ve elektriksel özelliklerinin araştırılması
Investigation of mechanical and electrical properties of multi̇-walled carbon nanotube reinforced copper matrix nanolamine composite
Yazar: ABDULBASET ALI MOHAMMED ZENDAH
Danışman: DOÇ. DR. ARİF UZUN
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada karbon nano tüp katklı bakır matrisli kompozit malzemelerin mekaniksel ve elektriksel özellikleri incelenmiştir. Kompozit malzemelerin üretiminde toz metalurjisi yöntemi kullanılmıştır. Bakır matris tozları içerisine ağırlıkça %0; 0,5 ve 1,5 oranlarında çok duvarlı karbon nano tüp parçacıkları ilave edilmiştir. Karışım öncesi kabrbon nano tüplerin yüzeyleri asit uygulanarak temizlenmiş ve aktif hale getirilmiştir. Akabinde bakır ve karbon nano tüpler bilye/toz oranı 10:1 olacak şekilde bilyeli karıştırıcıya yerleştşrşlmiş ve 400 rpm karıştırma hızında 120 dakika karıştırılmıştır. Karışım tozlar 500, 600 ve 700 MPa basınç altında çelik bir kalıp içerisinde tek yönlü olarak sıkıştırılmıştır. Sıkıştırma sonrası üretilen numuneler argon atmosferinde 850 ve 920 °C sıcaklıklarda sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Üretim parametrelerinin numunelerin fiziksel ve mekanik özellikler üzerine etkilerini belirlemek amacıyla mikroyapı analizi, XRD analizi, sertlik ölçümü ve elektriksel iletkenlik ölçümü yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre karbon nano tüp parçacıkları yapı içerisinde aglomere olarak yayılmış ve bu durum üretilen kompozitlerin özelliklerini etkilemiştir. Artan karbon nano tüp ile birlikte mikro yapıda gözeneklilik ve aglomerasyon belirgin hale gelmiştir. Bunun sonucunda %90,47'ye kadar bağıl yoğunlukta azalma meydana gelmiştir. Presleme basıncı ve sinterleme sıcaklığına bağlı olarak XRD piklerinde önemli bir farklılık oluşmamıştır ancak karbon nano tüüp için öyle değil. Sertlik ölçümlerinde uygulanan yükteki artışa bağlı olarak numuneler çentik boyutu etkisi şeklinde davranış sergilemişlerdir.
Ayrıca kompozitlerin elektrik iletkenliği artan karbon nano tüp miktarı ile birlikte azalmıştır. En yüksek elektrik iletkenliği 76,06 IACS ( %0 KNT-500 MPa- 920 oC) ve en düşük elektrik iletkenliği 39,64 IACS (%1,5 KNT-500 MPa- 850oC) olarak belirlenmiştir.

ANAHTAR KELİMELER: Kompozit bakır, KNT, toz metalurjisi, elektriksel iletkenlik

Abstract:
In this study, the mechanical and electrical properties of carbon nanotube reinforced copper matrix composite materials were investigated. Powder metallurgy method was used in the production of composite materials. Multi-walled carbon nanotube particles of 0%, 0.5%, 1%and 1.5%by weight were added into the copper matrix powders Before mixing, the surfaces of the carbon nanotubes were cleaned and activated by applying acid. Subsequently, copper and carbon nanotubes were placed in a ball mixer with a ball/powder ratio of 10:1 and mixed for 120 minutes at a mixing speed of 400 rpm. Mixed powders were compressed unidirectionally in a steel mold at 500, 600 and 700 MPa pressures. The samples produced
after compression were subjected to sintering process in argon atmosphere at temperatures of 850°C and 920°C. Microstructure analysis, XRD analysis, hardness measurement and electrical conductivity measurement were performed to determine the effects of production parameters on the physical and mechanical properties of the samples. According to the results, carbon nano tube particles were spread as agglomerate in the structure and this affected the properties of the produced composites. With the increasing carbon nanotube, porosity and agglomeration in the microstructure became evident. As a result, a reduction in relative density of up to 90.47% occurred. There was no significant difference in XRD peaks depending on pressing pressure and sintering temperature, but not for the carbon nanotube. In addition, the
electrical conductivity of the composites decreased with increasing content. Depending on the increase in the applied load in the hardness measurements, the samples exhibited a behavior in the form of a trace size effect. In addition, the electrical conductivity of the composites decreased with the increasing amount of carbon nanotubes. The highest electrical conductivity was determined as 76.06 IACS (0%CNT-500 MPa- 920oC) and the lowest electrical conductivity was 39.64 IACS (1.5%CNT-500 MPa- 850oC).

KEYWORDS: Composite copper, CNT, powder metallurgy, electrical conductivity