Geri Dön

Improving the thermoelectric properties of silicon carbide and boron carbide based ceramics with segregated network structures

Silisyum karbür ve bor karbür esaslı seramiklerin segrege ağ yapıları ile termoelektrik özelliklerinin geliştirilmesi

  1. Tez No: 788184
  2. Yazar: SALİH ÇAĞRI ÖZER
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SERVET TURAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Energy, Metallurgical Engineering, Defense and Defense Technologies
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 136

Özet

Yaygın olarak kullanılan yüksek sıcaklık termoelektrik malzemelerinin pahalı ve nadir bileşenleri sebebiyle kolayca ulaşılabilen ve uygun maliyetli malzemelerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Karbürler, düşük maliyetli ve kolay bulunan bileşenlere sahip olmaları sayesinde alternatif yüksek sıcaklık termoelektrik malzemeleri olarak değerlendirilebilirler. Bu bağlamda gerçekleştirilen tez çalışmaları B4C, SiC ve TiC ile bu malzemelerin kompozitlerinin üretimini ve termoelektrik (TE) özelliklerinin karakterizasyonunu kapsamaktadır. Yapılan çalışmalar kapsamında B4C granülleri TiC ve SiC partikülleri ile kaplandıktan sonra spark plazma sinterleme (SPS) ile sinterlenerek eşzamanlı elektriksel iletkenliği artıran ve ısıl iletkenliği azaltan in-situ TiB2 ve Seebeck katsayısını artırırken ısıl iletkenliği azaltan SiC segrege ağ yapılı (SNS) kompozitler oluşturulmuştur. In-situ TiB2-SNS ile azami 8,02x10-2 ZT değeri ile B4C'e kıyasla ≈%120 ve SiC-SNS ile azami 0,12 ZT değeri elde edilerek monolitik B4C'e kıyasla ≈%230 iyileşme sağlanmıştır. Porozitenin karbürlerin TE özelliklerine olan etkisinin incelenmesi amacıyla B4C, SiC ve TiC tozları ile bu malzemelerin kompozitleri kısmi sinterlenmiş ve TE özellikleri karakterize edilmiştir. Oluşturulan kontrollü poroziteler ile TiC-SNS içeren SiC'ün ZT'si ≈%38 artırılarak 6.69x10-3 değeri elde edilmiştir. Öte yandan SiC-SNS içeren B4C'ün ZT değeri kontrollü porozite ile ≈%3 oranında iyileştirilerek 0.123 değerine ulaşmıştır. Çalışmalar bünyesinde üretilen yüksek miktarda ikincil faz sayesinde yüksek elektriksel iletkenlik ancak düşük TE verim elde edilen malzemeler, EDM (elektrik deşarj yöntemi) ile işlenebilir seramik zırh malzemesi olarak değerlendirilmiştir. SiC'ün elektriksel iletkenliğini artırmak amacıyla partiküler kompozit, segrege ağ yapısı ve bu yöntemlerin birleşimi olmak üzere farklı kompozit yaklaşımları uygulanmıştır.

Özet (Çeviri)

Expensive and rare element contents of high-temperature thermoelectric (TE) materials bring a need for developing cost-effective materials such as carbides, as they have naturally abundant low-cost constituents. In this regard, this dissertation covers the production and characterisation of the TE properties of B4C, SiC and TiC, and their composites. TiC and SiC particles were coated on B4C granules with a dry particle coating method, then spark plasma sintered (SPS), forming segregated network structures (SNS) of in-situ TiB2 and SiC which simultaneously increased the electrical and decreased thermal conductivities with TiC-SNS and increased the Seebeck coefficient and decreased thermal conductivity of B4C with SiC-SNS. Maximum ZT of 8.02x10-2 was achieved with in-situ TiB2-SNS, improving the ZT of B4C by ≈120%. Maximum ZT of 0.12 was achieved with SiC-SNS, improving the ZT of monolithic B4C by ≈230%. To investigate the effects of porosity on the TE properties of carbides, monolithic B4C, SiC, and TiC powders and their SNS-composites were partially sintered by SPS and then TE characterisation was utilised. ZT of SiC with TiC-SNS was improved by a significant ≈38% to a value of 6.69x10-3. On the other hand, ZT of B4C with SiC-SNS was improved by a slight ≈3%, to a value of 0.123. Compositions with insufficient thermoelectric performance despite having high electrical conductivities were utilised as EDM (electrical discharge machining) machinable armour ceramics. Different approaches of particulate composite, SNS, and a combination of these were studied to increase the electrical conductivity of SiC in this respect.

Benzer Tezler

  1. Transport properties of thermoelectric materials displaying structural phase transition

    Yapısal faz geçişi gösteren termoelektrik malzemelerin taşınım özellikleri

    MÜJDE YAHYAOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    KimyaKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UMUT AYDEMİR

  2. Optimization of the electronic, thermal and mechanical properties of Bi2Te3-based room temperature thermoelectric materials

    Oda sıcaklığında kullanılan bizmut tellür tabanlı termoelektrik malzemelerin elektrik, ısıl ve mekanik özelliklerinin optimizasyonu

    KIVANÇ SAĞLIK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    KimyaKoç Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT AYDEMİR

  3. Effect of grain boundary & interface modification on thermoelectric properties at high temperature

    Tane sınırı ve arayüz modifikasyonun yüksek sıcaklık termoelektrik özelliklerine etkisi

    PINAR KAYA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    EnerjiAnadolu Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERVET TURAN

    PROF. DR. JOACHIM MAIER

  4. Atık ısı-elektrik enerjisi dönüşümü sağlayan farklı tip termoelektrik sistemlerin deneysel ve teorik analizi

    Experimental and theoretical analysis of different thermoelectric systems providing waste heat-electrical energy conversion

    AMINU YUSUF

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEDAT BALLIKAYA

  5. WC esaslı sert malzemelerin spark plazma sinterleme yöntemiyle geliştirilmesi

    Improving of WC based hard materials by spark plasma sintering

    EMRAH ARSLANKARA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FİLİZ ÇINAR ŞAHİN