Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 1/26 KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 1/26 KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ."— Sunum transkripti:

1 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 1/26 KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ

2 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 2/26 u Yüksek elastik modül ve yüksek sıcaklık mukavemeti (T > 2000 o C de bile mukavemet korunur). u Sürünmeye dirençli u Kırılma tokluğu çok yüksek. u Termal genleşme katsayısı düşük. u Yüksek termal iletkenlik u Temel kullanım alanları: Roket motorları, yüksek performanslı otomobil frenleri ve hava araçları için sürtünme malzemeleri. u Kompleks üretim yöntemlerinden dolayı maliyetleri oldukça yüksektir. Karbon-Karbon Kompozitlerin Genel Özellikleri

3 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 3/26 Maksimum çekme gerilmesib (> psi) Termal iletkenlik ~ 11.W/(m.K) Lineer termal genleşme =1.1 x / o C Yoğunluk <2.990 g/cm 3 Elastik modül >69 GPa Ergime noktası >4100 o C

4 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 4/26  Sıcak Presleme (Hot pressing)  Sıvı Faz İnfiltrasyon (Phase impregnation - LPI)  Kimyasal Buhar İnfiltrasyonu (Chemical Vapor Infiltration - CVI) C-C Kompozitlerin Üretimi

5 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 5/26 Sıcak Presleme Tek eksenli veya izostatik presleme yöntemleri kullanılabilir. Karbon preform arasına emdirilen sıvı, gaz veya CVD ile kaplanan fiberler kontrollü atmosferde basınç altında bekletilir. Bekletme yüksek sıcaklık atında yapılır

6 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 6/26 İki farklı sıvı faz infiltrasyonu:  Kömür veya petrol esaslı ziftlerin fiberler arasına infitrasyonu. (Basınç altında zift, fiberler arasına emdirilir.)  Reçine veya polimerlerden elde edilen karbonun infiltrasyonu. Sıvı Faz İnfiltrasyon (LPI) (Genelde fenolik ve epoksi reçineler ikinci bir karboni- zasyondan sonra fiber preformlar arasına emdirilir.)

7 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 7/26 ◙ Karbon fiberler 2 veya 3 boyutlu preformlar halinde dizilmiş olarak kalıba yerleştirilir. ◙ Genelde bir polimer fiberler arasına emdirilir (70 MPa). ◙ İnfiltre edilen karışım vakum veya otoklav sistemi ile polimerize edilir. ◙ Kompozit matriksi ısıl işlem ile karbonize edilir. ◙ Polimerizasyonla azalan ağırlık ve oluşan poroziteleri azaltmak için kompozit tekrar tekrar polimer ile doldurulup polimerize edilir. Sıvı Faz İnfiltrasyon Basamakları:

8 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 8/26  Gazlar, düşük basınçtaki (1 psi = 6 KPa) bir fırındaki fiberler arasından geçirilir. Homojen fiberler arası birikim için işlem mümkün düşük sıcaklıkta yapılır 1100°C civarı).  Fiberler arasında karbon birikimini arttırmak için Şekil b de olduğu gibi fırın içinde bir basınç gradyanı oluşturulur.  Depozisyon hızını arttırmak için işlem esnasında sıcaklık gradyanı oluşturulur (Şekil c) Gaz faz İnfiltrasyonu (Kimyasal Buhar İnfiltrasyonu) CVI, CVD Gaz Faz İnfiltrasyon Basamakları:  Proses, gaz hidrokarbonları kullanır (Örnek: metan, propan, propilen). Gazlar preformdaki fiberler arasına gönderilir.

9 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 9/26 Şekil. Gaz faz infiltrasyonunda C-C kompozitinin SEM mikroyapısı. Şekil. Sıvı faz infiltrasyonunda matriks ve fiberlerin hareketlerinin modellenmesi

10 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 10/26 Şekil. Fiberler fenolik reçine emdirilerek sıcak preslenen C-C kompozitin yapısı

11 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 11/26 - Tek yönlü dizilmiş - Örgülü kumaşlar - Üç boyutlu preformlar Fiber dizimleri Şekil. 3-0 Ortogonal olarak takviyeli malzeme birim hücresi

12 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 12/26 Şekil. Tipik 3D blok konstrüksiyon Şekil. 5-D dizimin şematik gösterilişi.

13 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 13/26 Şekil. Üç boyutlu silindirik dizim Şekil. Üç boyutlu dizim sonrası üretilen bir C-C kompozit halka

14 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 14/26 C-C Kompozitlerin Uygulanması Uçak fren diskleri Isıtma boruları Uzaya giren araçlarda Roket motoru nozülleri Kalça kemiği protezleri Biyomedikal implantlar Takım ve kalıplar Motor pistonları Elektronik ısı düşürücüler Otomotiv ve motorlu bisiklet gövdeleri Bisikletler

15 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 15/26 C-C Kompozitlerin Havacılık Uygulanması Uçak ve Havacılık : NASA termal koruma sistemleri Motor fren diskleri, roket nozülleri, uzay araclarının atmosfere giriş çıkış kalkanları, fren diskleri, ısıtma elemanları vs. Tüm bu uygulamalar yüksek sıcaklık uygulamalarıdır.

16 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 16/26 Uzay mekiği burun bölgesi kapağı (C-C kompoziti) Uzay mekiği burun konisi Atmosfere giriş sıcaklığı 3092 K sıcaklıkta olur (sürtünmeden) Uçak fren diskleri Çelikten iki-dört kat daha dayanıklı Spesifik ısısı çelikten 2.5 kat yüksek. Fiberler kaplanarak karbon-karbon kompozitlerin yüksek sıcaklıklarda kullanım performansları arttırılabilir. Kimyasal etkilere karşı dayanım, Yüksek sıcaklıklarda oksidasyona dayanım

17 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 17/26 Özellikle uzay ve uçaklarda yüksek sıcaklıklarda çalışan parçalar için fiberler kaplanırlar. Karbon karbon tabakalar üzerinde değişikliklere gidilmiş (Oksidasyon ile) Özellikle uzay mekiği araçlarında iki tabakalı kaplama ile iç kısımda poroziteli bir tabaka (SiO2 ile izole edilen SiC), dış kısımda yoğun tabaka (SiC partikülleri ilaveli alkali silika camı) C-C kompoziti yüzeyinin modifikasyonu için yüzeye Si esaslı malzemeler difüzyonla emdirilip reaksiyon gerçekleştirilir. Yüzeyde termal koruma tabakası yapılır.

18 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 18/26 Tablo. C-C kompozitleri için literatürde verilen en yaygın ve önemli kaplama malzemeleri ve yöntemlerinin özeti

19 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 19/26

20 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 20/26 Uzay mekiği yüzeyinde C-C kompozit bölgeleri

21 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 21/26 C-C türbin pervanesi C-C prototip jet uçağı türbin motor kanatçığı

22 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 22/26 C-C o tomobil pistonu. Al alaşımı piston örneği ile beraber bir C-C kompozit pistonu. C-C kompozit piston Harley-Davidson motosiklet motoru için geliştirilmiştir.

23 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 23/26 Yarış arabalarında kullanılan C-C debriyaj kavrama ve fren diskleri. Roket fırlatma rampaları

24 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 24/26 Scim isimli bir uydu araç 2020 yılı içinde Mars atmosferine doğru fırlatılmayı planlanmakta. Scim Mars yüzeyine inip örnekler alarak yılında dünyaya dönecek Scim aracının dış gövdesi C-C esaslı kompozitten yapılmış. Mars ve atmosferin sürtünmeden kaynaklanan ısısına dayanacak ve aynı zamanda yüzeyi toz vs. tutmayacaktır.

25 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 25/26 Son yıllarda içi boş karbon fiberler üretilerek bunlar arasına gaz veya sıvı faz infiltrasyon yöntemleri ile C emdirilmektedir. Çok daha yüksek mekanik ve fiziksel özellikler elde edilmektedir.

26 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 26/26 Şekil. Tipik carbon mikro-bobinler İçi boş fiberler mikro bobin olarak adlandırılmakta. Karbon mikro-coiller CH4 + Ar atmosferinde OoC.de karbon kaplanarak yoğunlaştırılıp C-C kompoziti yapılır

27 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 27/26 Şekil. Bazı farklı yüksek sıcaklık malzemelerine göre C- C kompozitlerin spesifik mukavemet ve sıcaklık uygulama ilişkileri.


"Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 Mayıs 2016 Pazartesi METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 1/26 KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları