%3,5 karbon nanotüp içeren borkarbür yapısına değişen oranlarda grafen nanoplaka ilavesi ile oluşan kompozitlerin SPS yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of boron carbide - 3,5% carbon nanotube composites with additional variant amounts of graphene nanoplatelet prepared by SPS
- Tez No: 558018
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Seramik Mühendisliği, Metallurgical Engineering, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Seramik malzemeler yüksek ergime sıcaklığı, yüksek sıcaklık dayanımı, kimyasal kararlılık, yüksek sertlik, yüksek mukavemet, yüksek aşınma direnci, düşük elektrik ve ısı iletkenliği ve metallerden daha hafif olmaları gibi özellikleri nedeniyle günümüzdeki önemli malzeme gruplarından birini oluşturmaktadırlar. Bu seramik malzemelerden birisi de bor karbürdür (B4C). Bor karbür, metalik olmayan sert malzemeler grubu içerisinde yer alan, elmas ve kübik bor nitrürün ardından bilinen en sert üçüncü malzeme olma özelliği taşıyan ileri teknoloji seramik bir malzemedir. Bor karbür düşük yoğunluk (2,52 g/cm3), yüksek sertlik (31,5 GPa), yüksek aşınma direnci, yüksek ergime sıcaklığı, yüksek nötron absorbsiyon kesiti gibi üstün özelliklere sahiptir. Ayrıca, bor karbür yüksek mukavemet/yoğunluk oranına sahip olup kimyasal açıdan en kararlı bileşiklerden biridir. Bor karbür sahip olduğu bu üstün özellikleri nedeniyle kendisine geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Balistik zırh uygulamaları, nükleer reaktörlerdeki kontrol çubuğu, aşındırıcı cihazların nozülleri gibi alanlarda B4C sıklıkla kullanılmaktadır. B4C gibi seramik malzemelerin sahip oldukları yüksek ergime sıcaklıkları nedeniyle döküm yöntemiyle şekillendirilmeleri imkansızdır. Bu tür malzemeler genellikle sinterleme yöntemi ile şekillendirilir. B4C ile ilgili literatürdeki çalışmalar incelendiğinde genellikle sinterleme yöntemi olarak sıcak pres (HP) veya sıcak izostatik pres (HIP) yöntemleri tercih edilmiştir. Bu çalışmada yukarıda bahsedilen sinterleme yöntemlerine göre daha yeni bir teknik olan spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretimler gerçekleştirilmiştir. SPS yöntemi toz partiküllerinin tek eksenli basınç ve akımın aynı anda malzemeye uygulanması ile sinterleme işleminin gerçekleştirilmesi prensibine dayanır. Sistem düşük voltaj ve yüksek darbeli doğru akım ile çalışır. SPS yöntemi diğer sinterleme tekniklerine göre daha düşük sıcaklıkta ve daha kısa sürede teorik yoğunluğa yakın malzeme üretimine olanak sağlaması nedeniyle ön plana çıkan bir yöntemdir. B4C gibi malzemelerin sahip oldukları kuvvetli kovalent bağları nedeniyle geleneksel sinterleme yöntemleri ile düşük sıcaklıkta yüksek yoğunlukta üretilmesi oldukça zordur. SPS yöntemi bu açıdan seramik malzemelerin sinterlenmesinde oldukça önemli bir yöntemdir. Deneysel çalışmalar kapsamındaki üretimler İTÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği bölümünde bulunan 20.000 A kapasiteli SPS 7.40 MK VII, SPS Syntex Inc. model spark plazma sinterleme (SPS) cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında monolitik B4C, B4C-CNT ve B4C-CNT-GNP kompozitleri üretilmiştir. Aynı çalışma grubu tarafından daha önce yapılan B4C-CNT kompozitlerinin SPS ile üretimi ile ilgili çalışmadaki ideal bileşim olan hacimce %3,5 CNT ilavesi sabit tutulup, yapıya değişen oranlarda (hac. %0,5-3) GNP ilavesi yapılarak CNT ve GNP'nin aynı anda ilavesinin B4C'nin özelliklerine etkisi incelenmiştir. Üretimler monolitik B4C numunesi için 1650℃, diğer numuneler için ise 1600℃ sinterleme sıcaklığında, 100℃/dk ısıtma hızında, 40 MPa basınç altında ve 5 dakika bekleme süresi olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Üretimler sonrasında numunelerin karakterizasyonunu yapmak amacıyla yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiş, Vickers sertliği ve kırılma tokluğu değerleri ölçülmüştür. Numunelerin faz ve mikroyapı karakterizasyonu da tamamlanmıştır. Yapılan yoğunluk ölçümlerinde GNP ilavesinin B4C-CNT kompozitlerinin yoğunluk değerleri üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı belirlenmiştir. En yüksek yoğunluk değeri %97,9 değeri ile B4C-CNT(hac. %3,5)-GNP(hac. %0,5) numunesinde elde edilmiştir. Yapılan sertlik ölçümlerinde yoğunluk ölçümleri ile benzer şekilde GNP ilavesinin B4C-CNT kompozitlerinin sertlik değerleri üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı belirlenmiştir. En yüksek sertlik değeri 32,3 ± 0,3 GPa olarak %0,5 GNP ilaveli numunede elde edilmiştir. Numunelerin kırılma tokluğu ölçümlerinde %2 GNP ilavesine kadar artan GNP ilavesi ile kırılma tokluğu değerlerinde artış gözlenmiş olup, daha yüksek GNP ilavelerinde ise kırılma tokluğu değerlerinde önemli bir değişiklik gözlemlenmemiştir. En yüksek kırılma tokluğu değeri ise hacimce %2 GNP içeren numunede 6,20 ± 0,16 MPa‧m1/2 olarak elde edilmiştir. Yapılan mikroyapı incelemelerinde CNT ve GNP'lerin çatlakları köprüleyerek ve onların yönlerini değiştirerek çatlak enerjilerini azalttığı ve bu sayede de kırılma tokluğu değerlerinde artışa neden oldukları belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Ceramic materials have many advanced properties such as high melting temperature, high temperature resistance, chemical stability, high hardness, high strength and high wear resistance. Besides, they are also cost effective materials. Because of these properties, they are one of the important material groups. One of these ceramic materials is boron carbide (B4C). Boron carbide is an advanced ceramic material which is the third hardest known material after diamond and cubic boron nitride in the group of non-metallic hard materials. Boron carbide has superior properties such as low density (2,52 g/cm3), high hardness (31,5 GPa), high wear resistance, high melting temperature, high neutron absorption cross section. Furthermore, boron carbide has a high strength/density ratio and is one of the most chemically stable compounds. Boron carbide has a wide range of use due to its superior properties. B4C is widely used in ballistic armor applications, nuclear ındustry as a control bar in nuclear reactors, nozzles of abrasive devices. Graphene, which can be defined as carbon monolayer; has low density and high strength, high electrical and thermal conductivity properties; thus, ıt has become a frequently used as an additive material. Besides, Graphene is a highly effective additive to increase the fracture toughness of ceramic materials with the help of various toughening mechanisms. Similar to graphene, carbon nanotubes which can be defined as rounded and rolled form of graphene, are characterized by low density and high strength, electrical and thermal conductivity. When they are added to ceramic materials, they improve the sintering behavior and fracture toughness of these materials. Ceramic materials such as B4C are difficult to produce by casting because of their high melting temperatures. For this reason, these materials are usually produced by sintering method. Sintering is a heat treatment that enables the bonding of the fine powder particles in contact with each other by atomic scale mass transport at temperature above half the absolute melting temperature (
Benzer Tezler
- 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
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN
- Elektro eğirme tekniği ile geliştirilen tekstil yapılarının elektriksel iletkenlik ve elektromekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electrical conductivity and electromechanical characteristics of textile structures developed by electro spinning techniques
KÜBRA YILDIZ
Doktora
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiMarmara ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET UZUN
- Nanopartikül takviyeli E-cam lifi/epoksi kompozit malzeme üretimi ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Production of nanoparticle modified E-glass/epoxy composite material and determination of mechanical properties
SAKİNE KIRATLI
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜLEYHA ASLAN
- Çok duvarlı karbon nanotüp elektrot kullanılarak kare dalga voltametrisi ile 4-metiltiyo-3,5- ksilil metilkarbamat (metiyokarb) insektisitinin tayini
Determination of 4-methylthio-3,5-xylyl methylcarbamate (methiocarb) insecticide using multi-walled carbon nanotube electrode with square wave voltammetry
CANSU BİLGİN
- PS/SIBS/KARBON nanotüp kompozitlerin üretimi, ısıl vemekanik özelliklerinin incelenmesi
Production of PS/SIBS/KARBON nanotube composites, investigation of thermal and mechanical properties
MELEK IRMAK CENGİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN ŞEN
DOÇ. DR. EMRE TEKAY