Development of boron carbide - calcium hexaboride ceramic composites
Bor karbür – kalsiyum hekzaborür seramik kompozitler geliştirilmesi
- Tez No: 637039
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BUĞRA ÇİÇEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bor karbür (B4C), elmas ve kübik bor nitrürden sonra bilenen en sert malzemedir. Yüksek sıcaklık dayanımı, düşük yoğunluk ve kimyasal inertlik gibi bir çok üstün özelliğe sahiptir. Endüstride kesici takım uçlarından balistik koruyucu plakalara kadar bir çok alanda tercih edilmektedir. B4C, sahip olduğu üstün özellikleri yüksek yoğunluğa sahip olduğu formlarda göstermektedir. Fakat üstün özelliklerinin kaynağı olan güçlü kovalent bağları sinterlenebilirliğini kısıtlamaktadır. B4C'nin sinterlenebilirliğini artırmak için sinter katkıları kullanılmaktadır. Sinter katkılarının yoğunluğunun yüksek olması B4C'nin sahip olduğu düşük yoğunluk avantajını ortadan kaldırmaktadır. Ayrıca kullanılan sinter katkılarının mekanik özelliklerinin B4C'den farklı olması, son ürün özelliklerini olumsuz etkilemektedir. Bu çalışmada mekanik ve fiziksel özellikleri B4C ile benzerlik gösteren kalsiyum hekzaborür'ün (CaB6) sinter katkısı olarak kullanımı araştırılmıştır. Ağırlıkça 0%, 5%, 10%, 15%, 20% CaB6 içeren B4C-CaB6 karışımları hazırlanmıştır. Hazırlanan karışımlar Spark Plazma Sinterleme (SPS) ile vakum altıdna 1900 °C ve 30 MPa basınç altında sinterlenmiştir. Elde edilen numunelerin yoğunluk – açık porozite, sertlik-tokluk ölçümleri yapılmıştır. Faz dönüşümleri XRD yöntemi ile analiz edilmiştir.. Mikroyapılar, SEM-EDS ile incelenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda CaB6 ilavesinin oranına bağlı olarak sinterlenme başlangıç sıcaklıklarında azalış görülmüştür. 20 wt% CaB6 ilavesi, monolitik B4C'ye kıyasla sinterlenme başlangıç sıcaklığı 330 °C düşürerek 1300 °C'de sinterlenmeye başlanmasını sağlamıştır. Relatif yoğunluk CaB6 ilavesi ile artmış, görünür porozite oranı 4,54%'ten 0,05%'e kadar düşmüştür. Sertlik değeri 6 puan azalarak HV 29,57 GPa'dan HV 23,41 GPa'ya gerilemiştir. Kırılma tokluğu ise 0,6 puan artarak 5,71 MPa.m½'den 6,31 MPa.m½ 'ya yükselmiştir. XRD analizleri sonucunda B4C ve CaB6 arasında reaksiyon gerçekleşmediği ve faz dönüşümü olmadığı görülmüştür. SEM ile yapılan mikroyapı incelemelerinde CaB6 fazının B4C matrisi içinde homojen dağıldığı gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Boron carbide (B4C) is the hardest material known after diamond and cubic boron nitride. It has many superior properties such as high temperature resistance, low density and chemical inertness. It is preferred in many fields in industry, from cutting tool inserts to ballistic protective plates. B4C shows its superior properties in forms with high density. However strong covalent bonds, which are the source of their superior properties, limit sinterability. Sinter additives are used to increase the sinterability of B4C. The high density of sinter additives eliminates the low density advantage of B4C. In addition, the mechanical properties of the sinter additives used differ from B4C, which affects the end product properties negatively. In this study, the use of calcium hexaboride (CaB6), whose mechanical and physical properties are similar to B4C, was investigated as a sinter additive. B4C-CaB6 mixtures containing 0%, 5%, 10%, 15%, 20% CaB6 were prepared. The prepared mixes were sintered under vacuum at 1900 °C and 30 MPa under Spark Plasma Sintering (SPS). Density-open porosity, hardness-toughness values of the samples obtained were measured. Phase transformations were analyzed by XRD method. Microstructures were analyzed by SEM-EDS. As a result of experimental studies, a decrease in sintering onset temperatures was observed depending on the rate of CaB6 addition. The addition of 20 wt% CaB6 resulted in sintering at 1300 °C by lowering the start temperature of sintering by 330 °C compared to monolithic B4C. The relative density increased with the addition of CaB6, and the open porosity decreased from 4.54% to 0.05%. Hardness value decreased by 6 points and decreased from HV 29.57 GPa to HV 23.41 GPa. The fracture toughness increased by 0.6 points and rise from 5.71 MPa.m½ to 6.31 MPa.m½. As a result of XRD analysis, it was observed that there was no reaction between B4C and CaB6 and there was no phase transformation. In microstructure studies with SEM, it was observed that CaB6 phase was homogeneously distributed in the B4C matrix.
Benzer Tezler
- Pomza katkılı hidroksiapatit nano-tozların sentezi ve kemik onarımı için araştırılması
Synthesis of pumice doped hydroxyapatite nano- powders and investigation for bone repair
SÜMEYRA USLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyomühendislikNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA ZEHRA KOÇAK
- Development and characterization of boron doped carbonated hydroxyapatite and titanium carbide mxeneincorporated carboxymethyl chitosan/oxidized pullulan hydrogel scaffolds
Bor yüklenmiş karbonatlı hidroksiapatit ve titanyum karbür mxene içeren karboksimetil kitosan/oksidelenmiş pullulan hidrojel iskelelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
GERÇEM ALTUNORDU SEVGİLİ
Doktora
İngilizce
2026
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİLEK KESKİN
PROF. DR. AYŞEN TEZCANER
- Kalkanlama malzemesi olarak kullanılabilecek bor karbür takviyeli hafif ve esnek polimer nanokompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of boron carbide reinforced light and flexible polymer nanocomposites that can be used as a shielding material
MÜCAHİD ÖZCAN
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİGEN KAYA
- Mekanik alaşımlama yöntemiyle mxene ve bor karbür takviyeli alüminyum metal matris kompozit malzeme geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of mxene and boron carbide reinforced aluminum matrix composite material using the mechanical alloying method
MUSA YILMAZ
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜRSEL EKREM
- Farklı morfolojilerde bor karbür sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of boron carbide with different morphologies and investigation of its electrochemical properties
VECİHE ELİF İMAMOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SUNA AVCIOĞLU
PROF. DR. CENGİZ KAYA