Karbon nanotüp takviyeli bakır matrisli kompozitlerin yeni bir karıştırma tekniği ile üretilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, saf bakır tozu içerisine hacimsel olarak farklı oranlarda karbon nanotüp (CNT) ilavesi yapılarak kompozit malzemeler üretilmiştir. CNT takviyeli kompozitlerin üretiminde karşılaşılan en büyük problem CNT'lerin matris içerisinde homojen dağıtılamaması olup, bu problemin aşılabilmesi için yeni bir karıştırma tekniği uygulanmıştır. Bazı numunelere CNT'lere ek olarak özelliklere etkilerini belirlemek amacıyla Cr elementi ilave edilmiştir. Hazırlanan karışımlara sıcak presleme işlemi uygulanarak kompozit üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen kompozitlerin özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla sıcak presleme işleminden sonra yüksek basınçlı ikinci bir yoğunlaştırma işlemi uygulanmıştır. Yoğunluk ölçümleri, mikroyapı incelemeleri ve mekanik testler ile hem sıcak preslenmiş numunelerin hem de yüksek basınçla ikinci yoğunlaştırma işlemi uygulanmış numunelerin özellikleri karakterize edilmiştir. Mikroyapısal karakterizasyon X-ışınları analizi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağılım Spektrometresi (EDS) ile gerçekleştirilmiştir. Mekanik özelliklerin belirlenmesinde sertlik ölçümleri ve çekme testlerinden yararlanılmıştır. Mikroyapı incelemeleri, uygulanan karıştırma işlemi ile CNT'lerin Cu matris içerisinde homojen bir şekilde dağıtılabildiğini göstermiştir. Yoğunluk ölçümlerinden CNT oranındaki artışın, elde edilebilen bağıl yoğunluk değerlerini düşürdüğü görülmüştür. Sıcak presleme işleminden sonra uygulanan yüksek basınçlı yoğunlaştırma işleminin bağıl yoğunluğu ve buna bağlı olarak tüm mekanik özellikleri artırdığı tespit edilmiştir. Cr ilavesinin, üretilen kompozitlerin sertlik ve mukavemetini artırdığı görülmüştür.

In this study, composite materials were produced by adding carbon nanotubes (CNTs) to pure copper powder at volumetrically different rates. The biggest problem faced in the production of CNT-reinforced composites is that CNTs do not distribute homogeneously in the matrix, and a novel mixing technique was applied to overcome this problem. Cr element was added to some specimens in addition to CNTs to determine its effects on the properties. Hot pressing was applied to the prepared mixtures, and the composite production was performed. A second high-pressure densification process was applied following the hot pressing process for developing the properties of the composites produced. The properties of both the hot-pressed specimens and the specimens to which a second high-pressure densification process was applied were characterized with the density measurements, microstructure examinations, and mechanical tests. The microstructural characterization was performed with the X-ray diffraction (XRD) analysis, scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectrometry (EDS). The hardness measurement and tensile tests were used for the determination of mechanical properties. The microstructure examinations showed that CNTs could be distributed homogeneously in the Cu matrix with the mixing process applied. It was determined from the density measurements that the increase in the CNT rate decreased the relative density value obtained. It was found out that the high-pressure densification process applied following the hot-pressing process increased the relative density and thus, all mechanical properties. It was observed that the Cr addition increased the hardness and strength of the composites produced.