Grafen katkılı bakır matrisli kompozit malzemelerin mekanik ve elektriksel özelliklerinin araştırılması

Abstract

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.