Uçak yapılarında kullanılan kompozit malzemelerin ısıl iletkenliğinin grafen katkısıyla iyileştirilmesi

Abstract

Uçak yapıları tasarımında, yıldırım düşmesi sonucu ya da statik olarak oluşan elektriğin uçağa zarar vermeden akışını sağlayıp kanat ve dik stabilize uçlardan tekrar atmosfere vermek oldukça önemli bir konudur. Uçak ağırlığının azaltılması amacıyla kanat ve gövde ekipman seçiminde kompozit malzeme kullanımı revaçta olmasına rağmen bu malzemelerin iletkenlik özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. İki boyutlu yapısının yanı sıra üstün elektriksel, ısıl ve mekanik özellikleri nedeniyle grafen bu alandaki iyileştirme için eşsiz fırsatlar sunmaktadır.Çalışma içerisinde grafenin elektriksel ve ısıl iletkenlik özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla öncelikle karbon fiber üzerine akımsız kaplama yöntemi ile bakır kaplanmıştır. Bakır kaplı karbon fiber üzerinde farklı gaz oranları ve farklı süreler denenerek kimyasal buhar biriktirme fırınında grafen sentezi yapılmış ve tabakalı kompozit elde edilmiştir. Üretilen kompozitlerin ısıl iletkenlik katsayısı değerleri ve fiber yönünde elektriksel iletkenlik değerleri incelenmiş, elde edilen veriler regresyon analiz ve yanıt yüzey yöntemi ile yorumlanmıştır. Çalışma sonucunda ısıl iletkenlik katsayısının %17 artarak 0.824 W/mK değerine ulaştığı görülmüştür.

In the design of airplanes, it is very important to provide the flow of electricity without damaging the aircraft. In addition, the usage of composite materials is in the interest of reducing aircraft weight. However, the conductivity properties of these materials need to be improved. Due to its superior electrical, thermal and mechanical properties, graphene offers unique opportunities for improvement in this area.In order to improve the electrical and thermal conductivity properties, copper was coated onto carbon fiber surfaces by electroless plating method. Graphene synthesis was carried out in a Chemical Vapor Deposition (CVD) furnace with different gas ratios and different durations on copper coated carbon fiber. The change in both thermal conductivity coefficient values and electrical conductivity of these manufactured graphene reinforced carbon fiber+epoxy laminated composites were examined. The obtained data were interpreted by regression analysis and response surface method. As a result, the coefficient of thermal conductivity increased by %17 and reached to 0.824 W/mK.