Bor esaslı katı roket yakıtları için alternatif katalizörlerin geliştirilmesi
Development of alternative catalysts for boron-based solid rocket fuels
- Tez No: 920783
- Danışmanlar: DOÇ. DR. VEDAT SARIBOĞA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Bu tez çalışmasında, bor esaslı kompozit yakıtların performansını artırmayı hedefleyen perovskit yapılı katalizörlerin geliştirilmesi, sentezlenmesi, karakterizasyonu ve test edilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında, katalizörlerin sentezi için sitrat-nitrat yöntemi tercih edilmiş ve bu yöntemle sentezlenen katalizörlerin yapısal özellikleri ileri karakterizasyon teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Katalizörlerin kristal yapısı XRD ile belirlenmiş ve yüzey alanları BET yöntemiyle ölçülmüştür. Tüm katalizörler başarılı bir şekilde perovskit kristal fazını oluşturmuş ve analizler sonucunda gözenekli, süngerimsi bir morfoloji sergiledikleri tespit edilmiştir. Katalizörlerin AP'nin termal bozunma davranışı üzerindeki etkileri TGA ve izokonversiyonel yöntemler kullanılarak değerlendirilmiştir. Yapılan analizler, özellikle La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörünün AP'nin yüksek sıcaklıkta bozunma sıcaklığını (HDS) %26,3 oranında düşürerek 335,1°C'ye indirdiğini göstermiştir. Ayrıca bu katalizör, AP'nin aktivasyon enerjisini %43,1 oranında azaltarak 144,69 kJ/mol'den 82,35 kJ/mol'e düşürmüştür. Bu sonuçlar, La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörünün AP'nin termal davranışını iyileştirme potansiyelini açıkça ortaya koymaktadır. Tez çalışmasında ayrıca, sentezlenen katalizörlerin bor esaslı kompozit yakıtların yanma davranışı üzerindeki etkileri yanma testi ile değerlendirilmiştir. Yapılan yanma testleri sonucunda, La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörünün basınç üsteli (n) değerini katalizör içermeyen bor esaslı yakıta kıyasla önemli ölçüde azaltarak n = 0,4615'ten n = 0,2419'a düşürdüğü ve 20, 40 ve 60 bar için yanma hızlarında en yüksek değerlere ulaşıldığı tespit edilmiştir. 40 bar basınç altında yapılan testlerde, Fe₂O₃ katalizörü saf borun yanma hızını %12,8 oranında artırırken, La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörü %29,6 oranında en yüksek artışı sağlamıştır. Bu sonuçlar, katalizörün hem yanma hızlarını artırma hem de basınç bağımlılığını azaltma konusundaki üstün performansını açıkça göstermektedir. Son olarak, SEM ve EDX analizleri, bor esaslı kompozit yakıt bileşenlerinin homojen bir şekilde dağıldığını doğrulamıştır. Elde edilen bulgular, özellikle La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörünün bor esaslı kompozit yakıtların performansını artırmada oldukça etkili bir rol oynadığını göstermiştir. Çalışma, gelecekte bor esaslı yakıtların performansını daha da geliştirebilmek için bor oksit tabakasının giderilmesine yönelik yeni yaklaşımların geliştirilmesini önermektedir
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the aim was to develop, synthesize, characterize, and test perovskite-structured catalysts to enhance the performance of boron-based composite fuels. The citrate-nitrate method was employed for catalyst synthesis, and the structural properties of the synthesized catalysts were analyzed using advanced characterization techniques. The crystal structure of the catalysts was determined through XRD, and their surface areas were measured using the BET method. All catalysts successfully formed the perovskite crystal phase and exhibited a porous, sponge-like morphology, as confirmed by the analyses. The effects of the catalysts on the thermal decomposition behavior of ammonium perchlorate (AP) were evaluated in detail using TGA and isoconversional methods. The analyses revealed that the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst reduced AP's high decomposition temperature (HDT) by 26.3%, bringing it down to 335.1°C. Furthermore, this catalyst decreased AP's activation energy by 43.1%, from 144.69 kJ/mol to 82.35 kJ/mol. These results clearly demonstrate the potential of the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst to improve the thermal behavior of AP. The combustion tests revealed that the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst significantly reduced the pressure exponent (n) from 0.4615 to 0.2419 compared to non-catalyzed fuel, while achieving the highest combustion rates at 20, 40 and 60 bar pressures. At a pressure of 40 bar, the Fe₂O₃ catalyst increased the combustion rate of pure boron by 12.8%, whereas the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst achieved the highest increase of 29.6%. These findings highlight the superior performance of the catalyst in both enhancing combustion rates and reducing pressure dependency. Finally, SEM and EDX analyses confirmed the homogeneous distribution of boron-based composite fuel components. The findings demonstrate that the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst plays a highly effective role in improving the performance of boron-based composite fuels. The study suggests that future research should focus on developing new approaches to eliminate the boron oxide layer to further enhance the performance of boron-based fuels.
Benzer Tezler
- Perovskit katalizörlerin bor esaslı katı roket yakıtlarında kullanımı
Use of perovskit catalysts in boron based solid rocket fuels
ZEYNEP BURCU ACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ FARUK ÖKSÜZÖMER
- Alüminyum ilavesinin çift esaslı roket katı yakıt performansına etkilerinin incelenmesi
Determination of influence of al powders adding on performance of double base solid propellants in rockets
MUSTAFA AKÇİL
Doktora
Türkçe
1996
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ ÇİZMECİOĞLU
- Yüksek enerjili maddelerin çift bazlı (DB) roket yakıtlarında kullanımı ve performans etkilerinin araştırılması
Use of double-base high energy materials in solid propellant and investigation of their effects on the performance
HAYRİ YAMAN
Doktora
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VELİ ÇELİK
PROF. DR. İBRAHİM UZUN
- Yüksek enerjili çift bazlı (DB) katı roket yakıt numunelerinin karekterizasyonu
Characterization of high energy double base (DB) solid rocket fuel samples
AZİZ KERVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Savunma ve Savunma TeknolojileriKırıkkale ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYRİ YAMAN
- B4c + Si ilaveli Tzm alaşımlarının spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile tek adımda üretimi, karakterizasyonu ve oksidasyon direncinin geliştirilmesi
One step manufacturing, characterization and enhancement of oxidation resistance of B4c + Si added Tzm alloys by spark plasma sintering (SPS) method
MERT COŞKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER