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: 89
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
- Bor karbür takviyeli metal matrisli kompozit malzeme üretimi
Production of boron carbide reinforced metal matrix composite
AHMET KABİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÇİĞDEM
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR YÜKSEL
- Polyester matrisli bor karbür takviyeli nötron radyasyonu zırhlama malzemesi geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Boron carbide reinforced polyester matrised neutron radiation shielding material development and characterization
TUNCAY TUNA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER
- Elektrospinning yöntemiyle B2O3 (bor oksit) ve B4C (bor karbür) nanofiber sentezi ve kompozitlerinin hazırlanması
Synthesi̇s of B2O3(boron oxi̇de) and B4C (boron carbi̇de) nanofi̇bers by electrospi̇nni̇ng process and preparati̇on of thei̇r composi̇tes
ASLI DÖRTLER
- Bor karbür/alüminyum kompozitlerinin üretimi
The Production of boron carbioe/aluminium composites
ÖZGÜR ÖZDEMİR
- Savunma sanayii uygulamalarına yönelik grafen takviyeli bor karbür yapıların sps yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of graphene reinforced boron carbide structures for defense industry applications by sps method
YİĞİT ORKUN AYDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER