Semente Cu-niSiC kompozitlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of cemented Cu-niSiC composites
Yazar: CEMALEDDİN ARVAS
Danışman: DOÇ. DR. GÖZDE FATMA ÇELEBİ EFE
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Arayüzeyler =   ; Metal kaplama = Metal coating ; Nikel kaplama = Nickel plating ; Seramik kaplama = Ceramic coating ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy ; Yüzey kaplama = Surface coating ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials

Özet:
Mühendislik malzemeleri nerede hangi amaç için kullanılacağına göre seçimi yapılır. Yalıtkan bir proseste polimerler, yüksek sıcaklık dayanımı isteyen bir proseste seramikler, ısı ve elektrik iletkenliği proseslerinde metalik malzemeler kullanılmaktadır. Uzun mesafelere elektriği iletmek için kullanılacak olan metalin iletkenliği yüksek olması gerekmektedir. Elektrik iletkenliği en yüksek metal gümüş ve bakırdır. Gümüş en iyi iletken olmasına rağmen kullanım miktarı düşüktür bunun sebebi de pahalı olmasıdır. Metallerin elektrik iletkenliği; sıcaklık, uygulanma şekli, eklenen alaşım elementi ve kullanım yeri gibi etmenlere göre farklılık gösterebilir.

Bu çalışmada, sementasyon yöntemiyle üretilen bakır tozları Ni kaplı SiC tozları ile takviye edilerek yüksek dayanımlı, iletken Cu-NiSiC kompozitinin üretimi hedeflenmiştir. Öncelikle bakır tozları sementasyon yöntemiyle üretilmiştir. SiC tozları akımsız nikel kaplama ile nikel kaplanmıştır. Sementasyonla üretilmiş Cu tozları ağ. %0.5, 1 ve 1.5 oranlarında Ni kaplı SiC tozları ile takviye edilmiştir. Hazırlanan toz karışımları, mekanik olarak karıştırılmıştır ve tek yönlü hidrolik preste 150 bar basınçta preslenmiştir. Kompaktlanan numuneler, grafit tozuna gömülüp 1 dk boyunca Elektrik akım destekli siterleme (ECAS) ile 700 oC'de sinterlenmiştir. Sinterleme işleminden hemen sonra numuneler soğumadan, yoğunluklarının arttırılması için 450 bar yük altında preslenmiştir. Kompozit numunelerin optik ve SEM analizleri sonucunda Ni kaplı SiC tozlarının Cu matris içinde homojen dağıldığı görülmüş ve SiC ile Cu arayüzeyinde nikel varlığı tespit edilmiştir. Kompozit numunelerin XRD sonuçlarında hâkim bileşenler Cu ve SiC olduğu tespit edilmiştir. Herhangi bir oksit varlığına rastlanmamıştır. Bakır matrise ilave edilen nikel kaplı SiC tozları ile hazırlanan kompozit numunelerin relatif yoğunluğında maksimum %0.5'lik bir düşüş görülmüştür. Cu-ağ. %1.5 NiSiC kompozit numunesinin sertliği 148 HV olup takviyesiz bakıra kıyasla %12 artmıştır. Saf bakırın iletkenliği %90 IACS olarak ölçülmüş ve SiC ilavesi ile kademeli olraak azalmıştır. Tüm sonuçlara bakıldığında Cu-ağ%0.5 NiSiC kompozit numunesinin kontaktör mlalzeme yerine kullanılabileceği ön görülmüştür.

Abstract:
The selection of engineering materials is made according to where and for what purpose which they will be used. Polymers are used in an insulating process, ceramics are used in a process that wants to provide high temperature, and metallic materials are used in heat and electrical conductivity processes. The metal to be used to transmit electricity over long distances must have high conductivity. The metals with the highest electrical conductivity are silver and copper. Although silver is the best conductor, its usage amount is low due to it's expensiveness. Electrical conductivity of metals; may differ for such reasons like temperature, the way it is applied, the alloying element added and the place of use.

In this study, it was aimed to produce high strength, conductive Cu-NiSiC composite by reinforcing copper powders produced by cementation method with Ni coated SiC powders. First of all, copper powders were produced by the cementation method. SiC powders are nickel plated with electroless nickel plating. Cu powders produced by cementation were reinforced with wt. 0.5%, 1% and 1.5% Ni coated SiC powders. The prepared powder mixtures were mixed mechanically and were pressed in a one-way hydraulic press at 150 bar pressure. The compacted samples were embedded in graphite powder and were sintered at 700 oC for 1 min by Electric Current Assisted Sintering (ECAS). Immediately after the sintering process, the samples were pressed under a load of 450 bar to increase their density without cooling. As a result of the optical and SEM analyzes of the composite samples, it was observed that the Ni-coated SiC powders were homogeneously dispersed in the Cu matrix and the presence of nickel was detected at the SiC and Cu interface. In the XRD results of the composite samples, it was determined that the dominant components were Cu and SiC. Oxide presence was not found. A maximum decrease of 0.5% was observed in the relative density of the composite samples prepared with nickel-plated SiC powders added to the copper matrix. The hardness of the Cu- wt 1.5% NiSiC composite sample was 148 HV and increased by 12% compared to unreinforced copper. The conductivity of pure copper was measured as 90% IACS and gradually decreased with the addition of SiC. Considering all the results, it was predicted that the Cu- wt 0.5% NiSiC composite sample could be used instead of the contactor material.