Grafen katkılı bakır matrisli kompozit malzemelerin mekanik ve elektriksel özelliklerinin araştırılması
Investigation of mechanical and electrical properties of graphene reinforced copper matrix composite materials
Yazar: AHMED BASHEER MOHAMMED ALBARTOULI
Danışman: DOÇ. DR. ARİF UZUN
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya = Chemistry ; Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Metal kompozitler = Metal composites

Özet:
Bu çalışmada grafen katklı bakır matrisli kompozit malzemelerin mekaniksel ve elektriksel özellikleri araştırılmıştır. Bu amaç için kompozit malzemelerin üretiminde toz metalurjisi yöntemi kullanılmıştır. Bakır matris tozları içerisine ağırlıkça %0, %0,5, %1 ve %1,5 oranlarında grafen parçacıkları ilave edilerek bilyeli karıştırıcıda karıştırılmıştır. Karıştırma işleminde karıştırma hızı 400 rpm, karıştırma süresi 120 dakika ve bilye/toz oranı 10:1 olarak belirlenmiştir. Karışım tozlar 500 MPa, 600 MPa ve 700 MPa basınç altında çelik bir kalıp içerisinde tek yönlü olarak sıkıştırılmıştır. Sıkıştırma sonrası üretilen numuneler argon atmosferinde 850 °C, 900 °C ve 950 °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 mekanik karıştırmanın bir sonucu olarak küresel şekilli Cu tozları pulsu forma dönüşmüştür. Bununla birlikte grafen parçacıkları yapı içerisinde aglomere olarak üretilen ürünlerin özelliklerini etkilemiştir. Artan grafen ile birlikte mikro yapıda gözeneklilik ve aglomerasyon belirgin hale gelmiştir. Bunun sonucunda %87,4'e kadar bağıl yoğunlukta azalma meydana gelmiştir. Ayrıca kompozitlerin elektrik iletkenliği artan grafen miktarı ile birlikte azalmıştır. En yüksek elektrik iletkenliği 76,59 IACS ( %0 GNS-500 MPa- 950 oC) ve en düşük elektrik iletkenliği 43,49 IACS (%1,5 GNS-500 MPa- 850 oC) olarak belirlenmiştir. Grafen miktarı %1'e kadar sertlik, elastik modül ve akma dayanımında nispeten artış sağlamıştır. Sertlik ölçümlerinde uygulanan yükteki artışa bağlı olarak numuneler iz boyutu etkisi şeklinde eğilim sergilemişlerdir.

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

Abstract:
In this study, the mechanical and electrical properties of grapheme reinforced copper matrix composite materials were investigated. For this purpose, powder metallurgy method has been used in the production of composite materials. Graphene particles of %0, %0,5, %1 ve %1,5 by weight were added into the copper matrix powders and mixed in a ball mixer. In the mixing process, the mixing speed was determined as 400 rpm, the mixing time as 120 minutes and the ball / powder ratio as 10: 1. The mixed powders were unidirectionally compressed in a steel mold under 500 MPa, 600 MPa and 700 MPa pressure. Samples produced after compression were subjected to sintering process in argon atmosphere at temperatures of 850 °C, 900 °C and 950 °C. Microstructure analysis, XRD analysis, hardness measurement and electrical conductivity analysis were performed to determine the effects of production parameters on the physical and mechanical properties of the samples. According to the results obtained, spherical shaped Cu powders transformed into flaky form as a result of mechanical grinding. In addition, graphene particles affected the properties of the products produced as agglomerates within the structure. With increasing graphene, microstructure porosity and agglomeration have become evident. As a result, a decrease in relative density of up to 87,4%occurred. In addition, the electrical conductivity of composites decreased with the increasing amount of graphene. The highest electrical conductivity was determined as 76,59 IACS (0%GNS-500 MPa- 950 oC) and the lowest electrical conductivity 43,49 IACS (1,5% GNS-500 MPa- 850 oC). When the amount of graphene increased up to 1%, there was a relative increase in hardness, elastic modulus and yield strength. The samples showed a trend as a trace size effect due to the increase in the applied load on the hardness measurements,

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