Geri Dön

Interfacial reaction kinetics and microstructural evolution of C/SiC composites to metal joints

C/SiC kompozit-metal bağlantılarda arayüzey reaksiyon kinetiği ve mikroyapısal evrimi

  1. Tez No: 695319
  2. Yazar: SİMGE SALTIK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ARCAN FEHMİ DERİCİOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 199

Özet

Bu çalışmada, C/SiC kompozit kompozit ve Ti6Al4V alaşımı olmak üzere iki farklı malzemenin Ag-Cu bazlı dolgu alaşımı ile lehimlenmesi incelenmiştir. Aktif Ti element miktarı, katkı malzemesi partikül boyutu/miktarı, C/SiC kompozit takviye yapısı ve malzeme özelliklerinin arayüzey reaksiyon kinetiği ve lehimli bağlantıların mekanik performansına etkileri araştırılmıştır. Lehimleme çalışmalarına ek olarak lehimleme performansı ve ıslatma davranışı arasındaki ilişki, lehimleme koşulları altında gerçekleştirilen ıslatma deneyleri ile modellenmiştir. Islatma deneylerinde ölçülen temas açısı değerlerine göre, dolgu malzemesi içeriğindeki aktif Ti elementi miktarının artması hem monolitik SiC seramik hem de C/SiC kompozit için sırasıyla 10° ve 15° gözlemlenen temas açısı değerleri ile önemli ölçüde iyileşme sağlamıştır. Bu dolgu malzemesi alaşımı için için 915 °C ve 15 dakika, C/SiC kompozit yüzeyinin etkin bir şekilde ıslatılması ve homojen reaksiyon katmanı oluşumu için optimum lehimleme parametreleri olarak belirlenmiştir. Bu koşullar ile Ticusil dolgu alaşımı kullanılarak elde edilen ⁓1 µm kalınlığında reaksiyon tabakasına sahip bağlantılar ⁓33 MPa ile en yüksek kesme mukavemetine sahiptir. Seramik yüzeylerde ıslatma özelliklerini kontrol ve optimize etmek amacıyla Ticusil dolgu alaşımına iki farklı boyutta (nano ve makro ölçekli) değişen miktarlarda SiC partikülleri eklenmiştir. Bu kapsamda nano seviyede ağırlıkça %2 SiC ve mikro seviyede ağırlıkça %1 SiC eklenmesi, bağlantıların kesme mukavemetini katkız dolgu alaşımına kıyasla sırasıyla %35 ve %8 oranında iyileştirmiştir. Kaydedilen temas açısı değerleri neredeyse aynı olmasına rağmen (ağırlıkça %2 nano seviyesi için 42° ve ağırlıkça %1 mikron seviyesi için 37°), nanoparçacıkların daha homojen takviye etkisi sebebiyle nano seviyede SiC katkı içeren bağlantıların mekanik performansında daha yüksek artış gözlemlenmiştir. Mikron ve nano seviyedeki katkı içen Ticusil dolgu alaşımı koşullarında en yüksek bağlantı performansı için optimum temas açısı değeri ⁓40° tespit edilmiştir. 3B ve 2B olmak üzere iki farklı tipte karbon fiber yapı ile güçlendirilmiş kompozitler benzer ıslanabilirlik özelliklerine sahiptir ve bu nedenle benzer reaksiyon katmanı ve ara katman morfolojileri göstermişlerdir. Buna ek olarak, 2D C/C-SiC kompozitlerinin matrisine karbon nanotüp eklenmesi, dolgu alaşımı ile yüzeyinin ıslanabilirlik davranışı iyileştirmiştir. Diğer bir taraftan, CNT eklenmiş veya eklenmemiş 2D C/C-SiC kompozitler daha iyi ıslanma davranışı göstermelerine rağmen, arayüzeyde gözlemlenen boşluk oluşumları ve malzeme özelliklerinin farklı olması gerekçesiyle arayüzeyde oluşan kalıntı seviyelerinin farklılığı mekanik mukavemette gözlemlenen değişken değerler ile ilişkilendirilmektedir.

Özet (Çeviri)

In the present study, joining of two dissimilar materials namely C/SiC composites and Ti6Al4V alloys by brazing using Ag-Cu based brazing filler alloys have been investigated. The effect of active Ti element content, additive particle size/amount in the filler alloy together with the reinforcement structure, material properties of the C/SiC composite on the interface evolution mechanism and resulting mechanical performance of the brazed joints have been examined. Additionally, apart from the brazing studies, the relationship between brazing performance and wetting behavior have been correlated by modeled wetting experiments conducted under actually applied brazing conditions. According to the measured contact angle values obtained from the wetting experiments, it can be stated that Ticusil filler alloy with the highest amount of Ti considerably improves the wetting behavior of both monolithic SiC ceramic and C/SiC ceramic composite material with contact angles of 10° and 15°, respectively. 915 °C and 15 min were determined to be the optimized brazing parameters for this brazing filler alloy to ensure almost complete wetting and a uniform reaction layer for effective adhesion of the C/SiC composite surface. Resulting joints with ⁓1 µm thick reaction layer, which were obtained using Ticusil brazing under this condition had the highest shear strength of ⁓33 MPa. Varying amounts of SiC particles of two different sizes (nano and micro scale) were incorporated into the Ticusil brazing filler alloy to control and optimize its wetting characteristics on ceramic surfaces. In this regard, 2 wt% nano level SiC and 1 wt% micro level SiC particle addition led to the highest improvement in the shear strength of the joints by 35% and 8%, respectively, compared to their no additive containing versions. Although the recorded contact angle values were nearly same (42° for 2 wt% nano level and 37° for 1 wt% micron level), higher increment in the mechanical performance was achieved by the addition of nano level SiC particles due to more homogeneous reinforcement effect of the nanoparticles. Results indicated that the optimum contact angle for the highest joint performance is ⁓40° for both nano and micron level additive containing Ticusil filler alloy. Composites reinforced by two different types of carbon fiber structures, namely 3D and 2D, had similar wettability characteristics, and hence showed similar reaction layer and interlayer morphologies. In addition to this, carbon nanotube (CNT) impregnation to the matrix of the 2D C/C-SiC composites improved the wettability of its surface by the brazing filler alloy. On the other hand, despite better wetting 2D C/C-SiC composites with or without CNT impregnation showed inferior mechanical characteristics which can be attributed to the level of residual stresses caused by material property variances as well as imperfections at the joint interlayer.

Benzer Tezler

  1. Zararlı bir ortamda betonun uğradığı hasarın hasar mekaniği ile incelenmesi

    Application of damage mechanics to the corrosion of concrete

    YILMAZ AKKAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1994

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. SAİM AKYÜZ

  2. Gaz enjeksiyon ve elementel karbon ilavesi yöntemleri ile tic takviyeli alüminyum matrisli kompozit üretimi

    Başlık çevirisi yok

    IŞIL ÇEVİKER KERTİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. H. ERMAN TULGAR

  3. Çelik bantların sıcak daldırma yöntemi ile alüminyum kaplanması

    Hot-Dip aluminizing of steel strip

    ERTUĞRUL ARABACI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1994

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. SÜHEYLA AYDIN

  4. Encapsulation of fragrance molecules in microcapsules and nanoporous zeolites

    Koku moleküllerinin mikrokapsul ve nano gözenekli zeolitlerle kapsüllenmesi

    RUMEYSA TEKİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Kimya MühendisliğiYeditepe Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURCAN BAC

  5. Cure cycle determination of neat and nano-reinforced carbon/epoxy composites used in aerospace applications through investigation of cure kinetics by differential scanning calorimetry and rheometer

    Havacılık uygulamalarında kullanılan katkısız ve nano-katkılı karbon/epoksi kompozitlerin kürleme kinetiğinin diferansiyel taramalı kalorimetre ve reometre ile incelenmesi ve kür döngülerinin belirlenmesi

    AYŞE NUR SÜMBÜL BOZTAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Üretim Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BEKİR DIZMAN