Synthesis of aluminum borate powder, fabrication and characterization of aluminum borate-based ceramics
Alüminyum borat tozlarının sentezlenmesi, alüminyum borat esaslı seramiklerin üretilmesi ve karakterizasyonları
- Tez No: 739058
- Danışmanlar: PROF. DR. CİHANGİR DURAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Al borat toz sentezi, yoğunlaşma, dielektrik özellikler, mekanik özellikler, ısısal özellikler, Al borate powder synthesis, densification, dielectric properties, mechanical properties, thermal properties
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Alüminyum borat sahip olduğu düşük ısısal genleşme katsayısı (4.5×10-6/°C), yüksek elastik modülü (400 GPa) ve düşük yoğunluk (2.93 gr/cm3) özelliklerinden dolayı yapısal uygulamalar için uygun bir seramiktir. Bilhassa, sahip olduğu düşük termal iletkenlik değerinden dolayı (1000°C'e kadar 4 - 6 W/m.K) termal yalıtkan olarak kullanılmaktadır. Ancak, sahip olduğu iğnesel partikül şekli sinterleme esnasında yoğunlaşmayı zorlaştırmaktadır. Bu tez çalışmasında, Al2O3 and yerli B2O3 kaynakları kullanılarak katı hal methodu ile Al18B4O33 tozu sentezlenmiş ve sonrasında temel karakterizasyonlar (faz oluşumu, mikroyapı gelişimi, mekanik, termal, dielektrik özellikler) tamamlanmıştır. 7 farklı kompozisyon (ağırlıkça %10.7, %13.4, %18.1, %27.9, %34.4, %44, %54.1 B2O3) hazırlanmış ve daha sonra Al18B4O33 tozlarını sentezlemek için 1300°C'de 1 saat kalsine edilmişlerdir. Tam Al18B4O33 oluşumu ağırlıkça %44 B2O3 oranında (sitokiyometrik oran olan ağırlıkça %13.17 B2O3'den farklı olarak) elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, 1200°C ve üstü kalsinasyon sıcaklıklarında Al18B4O33 kristalleşmesi ya da çekirdeklenmesini başlatmak için ağırlıkça %44 oranında B2O3 (yada, Al2O3/B2O3 mol oranı 0.87) ihtiva eden bir eriyiğin gerekli olduğunu göstermiştir. İğnesel Al18B4O33 partikülleri, tam olarak ağırlıkça %44 ve %54.1 B2O3 içeren karışımlarda, Al2O3 tamamen tüketildiğinde elde edilmiştir. Ancak, sahip olduğu iğnesel partikül şekli sinterleme esnasında yoğunlaşmayı zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, yoğunlaşma kristal yapılarının benzerliğinden dolayı mullit ile kompozit yapı oluşturma yöntemi ile kontrol edilmiştir. AB, PAB, ABG ve AMG numuneleri jel döküm yöntemi ile hazırlanmıştır. 1350°C 'de 1 saat sinterlenen PAB numunesinin göreceli yoğunluğu %59.7 olarak ölçülmüştür, fakat %2 CaO ilavesi ile yoğunluk %95.4'e yükselmiştir (AB numunesi). AMG seramikleri %94.8 göreceli yoğunluğa ve sıfıra yakın açık gözenek ve su emme değerlerine ulaşmıştır. ABG seramikleri %89.4 gibi sınırlı bir yoğunluğa ulaşmıştır. Numunelerin dielektrik sabitleri 5 MHz'de 4 ile 6.6 arasında ölçülmüştür. AB numunesinin termal iletkenliği 7.26 W/m.K iken, PAB numunesi düşük yoğunluğundan dolayı termal iletkenliği 2.7 W/m.K olarak ölçülmüştür. Bu çalışmada, Al borat-cam (ABG) ve Al borat- müllit-cam (AMG) kompozitleri literatürde ilk kez araştırılmıştır. Bu sonuçlar, alüminyum borat esaslı seramiklerin, metal matrisli kompozit uygulamalarda takviye faz olarak, termal yalıtkan, filtre, altlık ve radom uygulamalarında kullanılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Aluminum borate is a suitable ceramic for structural applications due to its low thermal expansion coefficient (4.5×10-6/°C), high elastic modulus (400 GPa), low density (2.93 gr/cm3). In particular, it is used as thermal insulator due to its low thermal conductivity (4 - 6 W/m.K up to 1000°C). However, its acicular particle shape makes densification difficult during sintering. In this thesis, Al2O3 and domestic B2O3 source were utilized to synthetize Al18B4O33 powders by solid state calcination technique and then basic characterizations (phase formation, microstructural evolution, mechanical, thermal, dielectric properties) were completed. Seven formulations (10.7, 13.4, 18.1, 27.9, 34.4, 44, 54.1 wt% B2O3) were prepared and then calcined at 1300°C for 1h to synthesize Al18B4O33 powders. Full Al18B4O33 formation was obtained at 44 wt% B2O3 (e.g., rather than the stoichiometric ratio of 13.17 wt% B2O3). Our results show that 44 wt% B2O3 (e.g., Al2O3/ B2O3 mole ratio of 0.87) was required to obtain a melt that was required to induce nucleation or crystallization of Al18B4O33 phase at calcination temperatures higher than 1200°C. Acicular Al18B4O33 particles were fully obtained for the 44 wt% and 54.1 wt% B2O3 mixtures when Al2O3 was all consumed. However, its acicular particle shape made densification difficult during sintering. Therefore, its densification was controlled by a composite approach with mullite due to its similar crystal structure. AB, PAB, ABG and AMG samples were prepared by gel casting method. The PAB sample sintered at 1350°C for 1h had a relative density of 59.7 %, but 2 wt% CaO addition improved densification to 95.4% (the AB sample). The AMG ceramics reached 94.8% relative density with near-zero open porosity and water absorption levels. The ABG ceramics reached a limited densification of 89.4%. Dielectric constant of the samples varied between the 4 and 6.6 at 5 MHz. The AB sample had a thermal conductivity of 7.26 W/m.K but the PAB sample had 2.7 W/m.K due to its low densification. In this study, Al borate-glass (AB) and Al borate-mullite-glass (AMG) composites were investigated for the first time in literature. These results suggest that Al borate-based ceramics can be used for such applications as reinforcement material in metal matrix composites, filter, thermal insulator, substrate and radome materials.
Benzer Tezler
- Investigation of the reaction of boron oxide with aluminium powder and method development for boron determination in the reaction mixture
Bor oksitin alüminyum tozu ile reaksiyonunun incelenmesi ve reaksiyon karışımında bor tayini için metod geliştirilmesi
YELDA DEMİRSAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMET TAMERKAN ÖZGEN
- Yanma sentezi atık çözeltilerinin geri kazanım koşullarının incelenmesi
Treatment of asidic waste solutions obtained from combustion synthesis
EBRU KORKMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEVAT BORA DERİN
- ZrB2-TiB2 kompozit seramik tozlarının kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi yöntemi ile üretilmesi
Production of ZrB2-TiB2 composite ceramic powders by self heating synthesis process
AYŞE ECE YILDIZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- B/P/N içeren yanma geciktirici katkıların sentezi ve UV ışınları ile sertleşen hibrit kaplama uygulamaları
Synthesis of B/P/N containing flame retardant additives and UV curable hybrid coating applications
MELİKE OCAKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEMET VEZİR KAHRAMAN
- Alüminyum, demir ve kurşun içeren bazı boratlı bileşiklerin katı-hal kimyasal sentezleri ve karakterizasyon çalışmaları
The solid state chemical synthesis and characterization studies of some borate compounds that contains aluminium, iron and lead
İRFAN DOĞAN