Nano-mikro bor karbür fiberlerin sentezi ve uygulama alanları
Synthesis and application areas of nano-micro boron carbide fibers
- Tez No: 942789
- Danışmanlar: PROF. DR. CENGİZ KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Eğitimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Bor karbür (B4C), elmas ve kübik bor nitrürden sonra en sert seramik malzemelerden biridir. Olağanüstü mekanik özellikleri—aşırı sertlik, düşük yoğunluk, 2450 °C'lik yüksek ergime noktası, mükemmel aşınma direnci, üstün kimyasal kararlılık ve yüksek nötron absorpsiyon kapasitesi—onu birçok endüstride, özellikle savunma alanında, değerli kılar. Ancak, B4C'yi savunma uygulamaları için optimize etmek amacıyla kırılma tokluğunun artırılması gereklidir. Bu çalışmada B4C kırılma tokluğunu arttırmak amacı ile yapıya BN katılarak BN-B4C kompozit tozları sentezlenmiştir. Buradaki amaç toz sentezi esnasında B4C tane sınırları arasında BN oluşumunu sağlamak ve bu sayede gelen dışarıdan gelen darbenin tane sınırlarında ilerlemesini zorlaştırarak kırılma tokluğunu arttırmaktır. Bu çalışmada, BN-B4C nanokompozitlerini sentezlemek için amonyum tuzu ile modifiye edilmiş polimerik öncüler geliştirmek adına bir sol-jel yöntemi kullanılmıştır. Başlıca hedef, kırılma tokluğunu artırmak için BN parçacıklarının B4C tane sınırları içinde eşit dağılımını sağlamaktı. Sol-jel sürecinde, farklı yapılara xiii sahip öncüler üretmek için çeşitli miktarlarda amonyum tuzu ve çeşitli karboksilik asit kaynakları kullanılmıştır. Sentez sırasında eklenen amonyum tuzunu ayarlayarak, nihai kompozit yapıdaki bor nitrür oranı etkili bir şekilde kontrol edilmiştir. Dört farklı toz örneği elde edilip karakterize edilmiştir. Faz oranlarını belirlemek için XRD analizi, jel öncülerin kimyasal yapısını değerlendirmek için FT-IR analizi yapılmıştır. SEM görüntülemesi, B4C parçacıkları içindeki BN dağılımı ve morfolojik özellikleri hakkında içgörüler sağlamıştır. Bu öncülerin analizi, başlangıçtaki amonyum tuzu konsantrasyonunun artırılmasının daha büyük ve daha heterojen tane boyutlarına yol açtığını ortaya koymuştur. XRD sonuçları, amonyum tuzu konsantrasyonu arttıkça B4C ve BN safiyetinde bir düşüş gösterdi. SEM görüntüleri, daha yüksek amonyum tuzu seviyelerinin BN parçacıklarının kümelenmesine neden olduğunu ve bazı B4C tanelerinin kaplanmadan kaldığını göstermiştir. Özetle, BN-B4C nanokompozitleri sol-jel yöntemiyle başarıyla sentezlenmiştir. Bulgular, BN parçacıklarının dağılımının ve morfolojisinin B4C taneleri üzerinde, sentez sırasında eklenen amonyum tuzu miktarı değiştirilerek modüle edilebileceğini göstermektedir. Bu çalışma, sol-jel sürecinde sitrik asit diamonyum tuzu oranlarının dikkatli bir şekilde kontrol edilmesiyle B4C yapıları içinde BN oranının ve dağılımının ince bir şekilde ayarlanabileceğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Boron carbide (B4C) is one of the hardest ceramic materials, second only to diamond and cubic boron nitride. Its remarkable mechanical properties—including extreme hardness, low density, a high melting point of 2450 °C, excellent wear resistance, superior chemical stability, and high neutron absorption capacity—make it invaluable in numerous industries, particularly in defense. However, to optimize B4C for defense applications, enhancements in fracture toughness are essential. In this study, BN-B4C composite powders were synthesized by adding BN to enhance the fracture toughness of B4C. The objective was to promote the formation of BN between the B4C grain boundaries during the powder synthesis process, thereby increasing toughness resistance by making it more difficult for external impacts to propagate along the grain boundaries. In this study, a sol-gel method was employed to develop an ammonium saltmodified polymeric precursor for synthesizing BN-B4C nanocomposites. The xv primary goal was to achieve uniform distribution of BN particles within B4C grain boundaries to improve fracture toughness. Ammonium salt and various carboxylic acid sources were used in different quantities in the sol-gel process to produce precursors with diverse structures. By adjusting the ammonium salt added during synthesis, the ratio of boron nitride in the final composite structure was effectively controlled. Four distinct powder samples were obtained and characterized. XRD analysis was conducted to determine phase ratios, while FT-IR analysis was used to assess the chemical structure of the gel precursors. SEM imaging provided insights into the BN distribution within B4C particles and their morphological characteristics. The analysis of these precursors revealed that increasing the initial ammonium salt concentration resulted in larger, more heterogeneous grain sizes. XRD results showed a decline in the purity of B4C and BN as ammonium salt concentration increased. SEM images indicated that higher ammonium salt levels caused BN particles to cluster, leaving some B4C grains uncoated. In summary, BN-B4C nanocomposites were successfully synthesized via the solgel method. Findings show that BN particle distribution and morphology on B4C grains can be modulated by varying the amount of ammonium salt introduced during synthesis. This study demonstrates that BN ratio and distribution within B4C structures can be finely tuned through careful control of citric acid diammonium salt proportions in the sol-gel process.
Benzer Tezler
- Sol-jel yöntemi ile polimerik öncülerden nükleer kalite bor karbür tozların düşük sıcaklıkta üretimi ve radyasyon kalkanı olarak polimer nanokompozitlerde kullanımı
Production of nuclear grade boron carbide powders from polymeric precursors by sol-gel method and their utilization as radiation shield in polymer nanocomposites
SUNA AVCIOĞLU
Doktora
Türkçe
2020
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİGEN KAYA
- Süper kapasitör uygulamaları için nano bor karbür (B4C) sentezi
Synthesis of nano boron carbide (B4C) for supercapasitor applications
SELİN TÜMKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KAYA
- 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
- Katmanlandırılmış Bİ2O3 ve B4C katkılı perovskit malzemelerin tasarımı ve zırhlama karakteristiklerinin değerlendirilmesi
Design of layered Bİ2O3 and B4C-based perovskite materials and evaluation of their shielding characteristics
MÜNTEHAR ÇAKIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Investigation of structural properties of boron carbide nanosystems under mechanical and thermal effects: Molecular dynamics simulations
Bor karbür nanoyapıların yapısal özelliklerinin mekanik ve ısıl işlemler etkisinde incelenmesi: Molekül dinamiği benzetişimleri
YUSUF ŞİMŞEK
Doktora
İngilizce
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR ERKOÇ
DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ