Tek yönlü katılaştırma yöntemi ile üç boyutlu tek kristalli malzeme üretimi

Tek kristalli malzemeler, mekanik, termal ve elektriksel özellikler açısından çok kristalli malzemelere kıyasla üstün özelliklere sahiptir. Bu üstün özellikler tek kristalli malzemeleri havacılık ve elektronik endüstrileri için hayati kılar. Bu projede, Bridgman tipi tek yönlü katılaşma deneyleri aracılığıyla çok kristalli malzemelerden üç boyutlu tek kristalli malzeme elde edilebileceğini göstermek amaçlanmıştır. Katılaşma deneyleri sırasında sıcaklık gradyanı ve katılaşma hızı gibi parametreler kontrol edilmiş ve farklı geometrik parametrelere sahip tane seçiciler kullanılmıştır. Çok kristalli 1050 alüminyum alaşımından tek kristalli malzeme başarılı bir şekilde üretilmiş ve katılaşmış numunelerin tane yapısı analizlerinin de yapılmasıyla proje hedeflerine ulaşmıştır.

---

İkiz merdane sürekli döküm tekniği ile üretilen 1050 alüminyum alaşımlarında katılaşma dinamiklerinin anlaşılması ve döküm verimliliği için uygun kompozisyonun belirlenmesi

Alüminyum alaşımları üstün özellikleri sayesinde ambalajdan havacılığa kadar birçok endüstride yaygın bir şekilde kullanılmakta ve alüminyum kullanımı tüm dünyada hızla artmaya devam etmektedir. Alüminyum ürünler döküm, dövme, ekstrüzyon ve haddeleme gibi birçok farklı yöntem kullanılarak üretilmektedir. Döküm ve haddelemenin bir arada bulunduğu ikiz merdane sürekli döküm yöntemi levha ürünlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yaygın kullanımına rağmen soğuma hızları ve katılaşma dinamikleri iyi anlaşılamamıştır. Bu projede, minimum gizli ısıya ve dar katılaşma aralığına sahip, optimum alaşım kompozisyonunu belirleyerek üretim verimliliğini artırmak amaçlanmıştır. Aynı zamanda, laboratuvar ortamında sıcaklık gradyanı sabit tutularak farklı hızlarda Bridgman tipi tek yönlü katılaşma deneyleri yapılmış; elde edilen soğuma hızları ve mikroyapısal bileşenlerle, endüstriyel ölçekte ikiz merdane sürekli döküm tekniğiyle elde edilen şeritlerin kalınlığı boyunca farklı bölgelerinde oluşan mikroyapısal bileşenler kantitatif olarak eşleştirilerek ikiz merdane sürekli döküm tekniği ile elde edilen soğuma hızları belirlenmiştir.

---

İzotropik sistemlerin üç fazlı ötektik büyüme dinamikleri

Büyüme dinamiği çalışmaları, In-Bi-Sn sistemi gibi model alaşımlarda 2 boyutlu, kısmen 2 boyutlu ve 3 boyutlu numunelerin periyodik stabil mikroyapılarının incelenmesini içermektedir. Morfolojik stabilite sınırları, Jackson ve Hunt sabitleri, difüzyon gibi malzeme sabitleri de bu grubun ilgi alanına girmektedir. Karakteristik ötektik aralık, kristal büyüme hızı, numune kalınlığı ve alaşım kompozisyonu gibi faktörlerin fonksiyonları olarak mikroyapıların stabilite haritasının belirlenmesi, mikroyapısal özellikleri tahmin etmemize ve bu sayede kontrol etmemize olanak tanıyan nihai hedeftir. Bu sayede, yeni katılaşma yolları oluşturulacak ve dolayısıyla malzemelerin dikkate değer fiziksel özelliklerinin açığa çıkması sağlanacaktır.

---

Anizotropinin üç fazlı ötektik sistemlerin üstündeki etkisi

Kristallerin temas yüzeyleri genellikle belirli bir derecede anizotropi sergiler. Başka bir deyişle, arayüzey enerjisi, fazların kristalografik oryantasyonuna bağlı bir fonksiyondur. Bu, ötektik fazların katılaşma dinamiklerinin birbirlerine göre olan oryantasyonlarına ve sıcaklık gradyanına bağlı olması gerektiği anlamına gelir. Gerçekten de, birçok alaşım, düşük enerjili arayüzey sınırlarına karşılık gelen Kurdjumov-Sachs ilişkisi gibi yönelim ilişkilerini sergiler. İzotropik ve anizotropik tane dinamikleri arasındaki rekabetin, epitaksiyel sistemlerde katılaşma dokularının oluşumu için temel bir faktör olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle, bu proje, 2 boyutlu ve 3 boyutlu numuneler ve çeşitli katılaşma teknikleri kullanılarak In-Bi-Sn ve Al-Cu-Ag üçlü ötektik sistemlerde anizotropinin etkilerini araştırmayı amaçlamıştır.

---

Fasetli/Fasetsiz ötektik yapıların büyümesi

Endüstride yaygın olarak kullanılmalarına rağmen, fasetli/fasetsiz ötektik alaşımlarla ilgili birçok soru hâla mevcuttur. Bu proje, farklı kompozisyonlar ve büyüme koşulları kullanılarak Cu-B ve AMPD-SCN sistemlerinde elde edilen çeşitli mikroyapıları araştırmayı ve karakterize etmeyi amaçlamıştır. Bor fazlarının kristalografik oryantasyonları, mikroyapı ile kristalografik oryantasyon arasındaki ilişkiyi anlamak için de incelenmiştir. Sistemin stabilite haritasının ve fiziksel özelliklerin belirlenmesinin ardından, bor ürünleri için yeni uygulama alanlarının ortaya çıkması beklenmektedir.