Geri Dön

Bor karbür/alüminyum kompozitlerinin üretimi

The Production of boron carbioe/aluminium composites

  1. Tez No: 101155
  2. Yazar: ÖZGÜR ÖZDEMİR
  3. Danışmanlar: DOÇ.DR. ONURALP YÜCEL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2000
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 70

Özet

ÖZET Bu çalışmada, tane boyutu 3 um veya daha düşük olan bor karbür tozu ve % 99.7 safiyette alaşımsız alüminyum metali kullanılarak, bor karbür tozlarının slip döküm yolu ile şekillendirilerek sinterlenmesi, sinterlenmiş bor karbür yapısına alüminyum metalinin değişik sıcaklık ve sürelerde infiltre edilmesi ve buna bağlı olarak eğme mukavemeti, sertlik, yoğunluk gibi fiziksel özelliklerin değişiminin incelenmesi gerçekleştirilmiştir. Yüksek ergime sıcaklığı ve sertlik, düşük yoğunluk, nötron absorblama yeteneği gibi birçok özelliğinden dolayı, bor karbür, aşındırıcılar, nükleer reaktörlerde nötron absorblayıcı olarak, zırh malzemeleri gibi gün geçtikçe yaygınlaşan geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bunun yanında, sıcak presleme veya sıcak izostatik presleme gibi yüksek maliyet gerektiren ve seri üretime uygun olmayan üretim yöntemleriyle üretilebilmesi; ayrıca üretim esnasında yapıda oluşabilecek boşluk veya mikroçatlak gibi kusurların eğme mukavemeti ve kırılma tokluğu gibi fiziksel özelliklerini olumsuz yönde etkilemesi, bor karbür malzemelerin kullanımını sınırlayan etkenler olmuştur. Bu olumsuzlukların giderilmesi amacıyla, bor karbür yapısına bir metal fazı ilavesiyle fiziksel özelliklerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Böylece hem metal hem de seramik malzemenin en iyi özelliklerinin tek bir malzemede toplanması sağlanmıştır. Kolay ve ucuz elde edilebilmesi, düşük yoğunluğu ve bor karbür ile bileşik oluşturabilmesi nedeniyle alüminyum metali bor karbür yapısına infiltre edilmiştir. Bu amaçla yapılan deneylerin ilk aşamasında, slip döküm yoluyla bor karbürün şekillendirilmesi için gerekli çözeltinin stabilizasyonu için en uygun şartlar belirlenmiştir. Stabilizasyon deneylerinde bor karbür tozu ve saf sudan oluşan çözeltinin pH 7'de ve deflokülant ilavesi olmadan slip döküm için en uygun şartları sağladığı saptanmıştır. Slip döküm işlemi teflon kalıp ve alçı altlık kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ham bor karbür tablet daha sonra 40 °C ve 105 °C'de 24'er saat kurutulmuş ve 2000 °C sıcaklıkta 30 dakika süreyle grafit dirençli bir fırında vakum altında sinterlenmiştir. Infiltrasyon deneyleri 1100, 1 150 ve 1200 °C sıcaklıklarda ve her bir sıcaklık için 15 dak. ve 30 dak. olmak üzere iki farklı sürede gerçekleştirilmiştir. Sinterlenmiş bor karbür bir grafit pota içerisine konmuş ve üzerine alüminyum metali yerleştirildikten sonra potanın üzeri tekrar grafit kapak ile örtülmüştür. Infiltrasyon deneyleri sinterlemede olduğu gibi grafit dirençli bir fırında ve vakum altında yapılmıştır. Elde edilen bor karbür-aluminyum kompozitleri eğme mukavemeti ve kırılma tokluklarının belirlenmesi amacıyla uygun boyutlarda kesilmiştir. Ayrıca elde edilen kompozitin yoğunluk ve sertlik gibi fiziksel özelliklerinin belirlenmesi amacıyla mekanik karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. VUlBor karbür çözeltisinin optimum slip döküm şartlarının belirlenmesi amacı ile yapılan stabilizasyon deneylerinde maksimum deflokülasyonun pH=7'de olduğu saptanmıştır. Çözeltiye deflokülant ilavesinin ise çözelti stabilizasyonunu azalttığı belirlenmiştir. Slip döküm yoluyla elde edilen bor karbür tabletlerinin 2000 °C'de 30 dakika sinterlenmesi sonucunda % 62.50'lik teorik yoğunluğa ulaşılmıştır. Bunun sonucu olarak sinterlenmiş bor karbürün eğme mukavemeti 75 MPa, kırılma tokluğu 3 MPa.ml/2, sertliği ise 160 vickers olarak ölçülmüştür. Sinterlenmiş bor karbür yapısına alüminyum metali infiltrasyonu deneyi grafit dirençli bir finnda vakum altında gerçekleşmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, elde edilen kompozit malzemenin infiltrasyon sıcaklığı ve süresine bağlı olarak sertlik, yoğunluk, eğme mukavemeti ve kırılma tokluğu gibi mekanik özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. İnfiltrasyon sıcaklığının 1100 °C'den 1200 °C'ye artması ile birlikte kompozitin yoğunluk değerleri 2.58 g/cm3'ten 2.66 g/cm3'e ve sertlik değerleri ise 580 kg/mm 'den 1200 kg/mm2'e ulaşmıştır. Eğme mukavemeti ve kırılma tokluğu değerleri ise sıcaklığın artması ile birlikte azalma eğilimi göstermiştir. Bu azalma eğme mukavemeti değerlerini 400 Mpa'dan 180 MPa' a, kırılma tokluğu değerlerini ise 15 MPa.m1/2'den 9 MPa.m1/2'ye düşürmüştür. IX

Özet (Çeviri)

THE PRODUCTION OF BORON CARBIDE-ALUMINIUM COMPOSITES SUMMARY In this study, shaping and sintering of boron carbide powders, infiltrating of aluminium metal into the porous boron carbide at different times and temperatures were realized by utilizing boron carbide powder having a particle size less than 3 um and aluminium metal having 99.7 % purity. The effects of infiltration time and temperature on physical properties such as bending strength, hardness and gravity were examined. Because of its good characteristics such as high melting point and hardness, low specific gravity, and neutron absorbtion capability, boron carbide is an important material which is used as an abrasive material for grinding operations, as a neutron absorber in nuclear reactors and in lightweight armour. However, the difficulties associated with fabricating fully dense microstructures only by the costly techniques such as hot pressing and hot isostatic pressing which are not suitable for mass production, in addition, formation of the defects such as porosities and microcracks during the fabrication, affecting negatively the physical properties such as bending strength and fracture toughness, are serious limitations for boron carbide based materials. In order to remove these negativenesses, it has been intended to improve physical properties with the addition of one metal phase into the boron carbide structure. Thus, it has been combined the useful properties of ceramic and metal materials into one system. Aluminium metal is infiltrated into boron carbide because aluminium is a compatible metal phase for the development of boron carbide-aluminium cermets because it is inexpensive, easy to obtain with a low specific gravity and reactive with boron carbide. The first step of the experiments was the determination of stabilization conditions of slip suspension containing boron carbide and distilled water. It is observed that the slip suspension prepared at pH 7 without adding defloculant was the most suitable condition for slip casting of boron carbide powder. The suspension was slip casted using a teflon mold and plaster of Paris. The boron carbide greenware was dried at 40 °C and 105 °C for 24 hours and sintered at 2000 °C for 30 minutes in a graphite resistance furnace under vacuum. Infiltration experiments were made at 1100, 1150 and 1200 °C temperatures and for 15 and 30 minutes for each temperature. The sintered boron carbide tablet was put into a graphite mold and aluminium metal was put onto the boron carbide. Finally the mold was covered by graphite. Infiltration experiments were made in a graphite resistance furnace under vacuum.The boron-carbide aluminium composites obtained after infiltration are shaped in order to determine their bending strenght and fracture toughness. In addition, some mechanical characterizations were performed to determine physical properties such as hardness and density of the composite obtained. Optimum slip suspension conditions were obtained after the sedimentation experiments and slip suspension was prepared at pH 7 which was given the maximum defloculation condition of the suspension. The addition of the defloculant to the suspension was found unnecessary because defloculant was decreased the stabilization. %62.50 theoretical density was obtained after sintering the boron carbide tablets at 2000 °C during 30 minutes. Thus, the bending strength of the sintered boron carbide was found as 75 MPa, the fracture toughness was found as 3 MPa.m,/2 and hardness was obtained as 160vickers. Aluminium metal infiltration experiments to the sintered boron carbide body were performed in a graphite resistance furnace under vacuum. The changes of the mechanical properties, such as hardness, density, bending strength and fracture toughness of the composite obtained, depending on the infiltration temperature and time were examined. The density and hardness of the composite were increased from 2.58 g/cm3 to 2.66 g/cm3 and from 580 kg/mm2 to 1200 kg/mm2 by increasing the infiltration temperature from 1100 °C to 1200 °C, but the bending strenght and fracture toughness values obtained were decreased from 400 Mpa to 180 MPa and from 15 MPa.ml/2 to 9 MPa.ml/2 by increasing temperature. XI

Benzer Tezler

  1. Tez No

    109829

    Bor karbür-alüminyum kompozitlerinin üretimi ve karakterizasyonu

    Processing and characterization of boron carbide-aluminium composites

    GÜRSOY ARSLAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Seramik MühendisliğiAnadolu Üniversitesi

    Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. FERHAT KARA

    DOÇ.DR. SERVET TURAN

  2. Tez No

    496322

    Production and characterization of spark plasma sintered boron carbide ceramic composites suitable for ballistic use

    Balistik kullanıma uygun bor karbür seramik kompozitlerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu

    BURCU APAK GÜLSEVER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN

  3. Tez No

    180438

    Alüminyum matrisli B4C takviyeli kompozitlerin döküm yöntemi ile üretimi

    Processing of B4C-reinforced al matrix by casting technique

    FATİH TOPTAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Metalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. IŞIL KERTİ

  4. Tez No

    181926

    Bor karbür esaslı seramik metal kompozitlerinin ultrases dalga hız metodu ile ortalama tanecik boyutlarının tayini

    The mean grain size determination by ultrasonic velocity technique in basic boron carbide of ceramic metal composites

    TUBA ÖZDEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    Fizik ve Fizik MühendisliğiAfyon Kocatepe Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. RIDVAN ÜNAL

  5. Tez No

    384899

    AL7Sİ-xB4C VE AL7Sİ-xZrB2 (x= %5, %10 VE %15)kompozitlerinin mekanik alaşımlama ve sinterleme süreçlerinin incelenmesi ve karakterizasyon çalışmaları

    Development and characterization of AL7SI-xB4C AND AL7SI-xZRB2 (x= 5 wt.%, 10 wt.% AND 15 wt.%) composites via mechanical alloying and sintering

    BERNA KAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU

Geri Dön