Geri Dön

Havacılık uygulamaları için grafen ve bor nitrür takviyeli karbon elyaf epoksi hibrit kompozitlerin geliştirilmesi

Development of graphene and boron nitride reinforced carbon fabric epoxy hybrid composites for aviation applications

  1. Tez No: 957118
  2. Yazar: ATAKAN YILMAZ
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN BAYRAK, PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 56

Özet

Havacılık ve uzay uygulamalarında kullanılan malzemelerin hafif olması uçak ve roketlerin uçuş hızını, menzilini ve yakıt sarfiyatını önemli derecede etkilemektedir. Bu malzemelerin aynı zamanda mekanik özelliklerinin de yüksek olması istenmektedir. Hem hafif olmaları hem de yüksek dayanımları sayesinde elyaf takviyeli-polimer matrisli kompozitler bu alanlarda yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu kompozitlerde elyaflar tek başına takviye elemanı olarak kullanılabildiği gibi çeşitli nano katkılar (karbon nanotüp, grafen ve türevleri, seramik ve metal tabanlı malzemeler, bor nitrür vb.) da ilave edilerek daha iyi mekanik ve çeşitli işlevsel özellikler (ısıl, elektriksel iletkenlik vb.) kazandırılabilmektedir. Bu çalışmada farklı ağırlık yüzdelerinde (%0,25, %0,5 ve %1,0) bor nitrür ve grafen nano katkıların hem ayrı ayrı hem de hibrit kullanımının karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitlerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. İlk olarak nanomalzemeler epoksi matris içinde homojen olarak karıştırılmış ve ardından vakum infüzyon yöntemi kullanılarak karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozitler ASTM standartlarına uygun olarak kesilmiş ve ardından kompozitler üzerinde eğilme, çekme ve darbe testleri gerçekleştirilmiştir. Grafen ve bor nitrür takviyeli kompozitlerde en iyi eğilme ve çekme dayanımı, epoksiye %0,5 nanomalzeme katkı eklenerek üretilen kompozitlerde (G2 ve B2) görülmüştür. G2 kodlu numune, katkı içermeyen referans numuneden (N) sırasıyla %10,5 ve %7,76 daha yüksek eğilme ve çekme dayanımı gösterirken B2 kodlu numune, N'den sırasıyla %8,48 ve %10,41 daha fazla dayanım göstermiştir. Hibrit nanotakviyeli (grafen+bor nitrür) kompozitlerde ise %0,25 katkılı H1 kodlu numunede, referans numuneden %15,47 ve %7,17 daha yüksek eğilme ve çekme dayanımı elde edilmiştir. Ayrıca epoksiye yapılan nano takviyesinin kompozitlerin darbe dayanımlarını da geliştirdiği gözlemlenmiştir. G3, B2 ve H3 kodlu numuneler 72,89 kj/m2, 66,32 kj/m2 ve 70,15 kj/m2 darbe dayanımı değerleri göstermiş ve bu değerler referans numuneden sırasıyla %27,92, %16,39 ve %23,11 daha fazladır. Mekanik testlerden sonra kompozitlerin kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş ve kırık yüzeylerde genel olarak fiber kırılması, fiber sıyrılması ve matris çatlağı hasarlarına rastlanılmıştır.

Özet (Çeviri)

Materials used in aerospace applications must be lightweight, as their weight significantly affects the flight speed, range, and fuel consumption of aircraft and rockets. In addition to being lightweight, these materials are also required to exhibit advanced mechanical properties. Due to their low density and superior mechanical performance, fiber-reinforced polymer matrix composites are widely preferred in these fields. In such composites, fibers can be used alone as reinforcement elements, or various nanofillers (e.g., carbon nanotubes, graphene and its derivatives, ceramic and metal-based materials, boron nitride, etc.) can be incorporated to enhance mechanical and other functional properties (e.g., thermal and electrical conductivity). This study aims to investigate the effects of boron nitride and graphene nanofillers, used separately and in hybrid form at different weight fractions (0.25%, 0.5%, and 1.0%), on the mechanical properties of carbon fiber-reinforced epoxy matrix composites. First, the nanomaterials were homogeneously dispersed within the epoxy matrix, and composites were produced using a vacuum infusion method. The manufactured composites were then cut according to ASTM standards and subjected to flexural, tensile, and impact tests. The highest flexural and tensile strengths in graphene- and boron nitride-reinforced composites were observed in samples (G2 and B2) containing 0.5% nanofillers. Compared to unreinforced reference sample (N), the G2 sample exhibited 10.5% and 7.76% higher flexural and tensile strengths, respectively, while the B2 sample showed 8.48% and 10.41% higher values, respectively. In the hybrid nanofiller (graphene + boron nitride) composites, the H1 sample with 0.25% filler content demonstrated 15.47% and 7.17% higher flexural and tensile strengths than the reference sample. Furthermore, it was observed that the addition of nanofillers to the epoxy matrix improved the impact strength of the composites. The G3, B2, and H3 samples exhibited impact resistance values of 72.89 kJ/m², 66.32 kJ/m², and 70.15 kJ/m², respectively, which are 27.92%, 16.39%, and 23.11% higher than that of the reference sample. After mechanical testing, the fracture surfaces of the composites were examined using scanning electron microscopy (SEM), revealing failure mechanisms such as fiber breakage, fiber pull-out, and matrix cracking.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    953378

    Processing and characterization of square-shaped B4C-ZRB2 composites reinforced with gnp via spark plasma sintering

    Gnp takiyeli kare şeklinde B4C-ZRB2 kompozitınin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretımi ve karakterizasyonu

    BEHRAD MOKHTARI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN

  2. Tez No

    955917

    Elektromanyetik koruyucu etkinliğinin geliştirilmesi için hibrit kompozit malzemelerin tasarımı ve üretimi

    Design and fabrication of hybrid composite materials for enhanced electromagnetic interference shielding effectiveness

    OSMAN FATİH DAMNALI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN ARIKAN

    DOÇ. DR. VOLKAN ESKİZEYBEK

  3. Tez No

    795947

    Grafen ve bor nitrür takviyeli epoksi reçine ile hibrit nanokompozit üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of hybrid nanocomposite with graphene and boron nitride reinforced epoxy resin

    MAHİDE BETÜL ÖZTÜRKMEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    KimyaGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURSEL DİLSİZ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YAHYA ÖZ

  4. Tez No

    892864

    Hava araçlarında kullanılmak üzere hibrit nanopartikül ve bazalt elyaf takviyeli poli (Fenilen sülfid) matrisli kompozit malzeme geliştirilmesi

    Development of hybrid nanoparticle and basalt fiber reinforced poly (Phenylene sulfide) matrix composite materials for use in aircraft

    ÇAĞRI ASLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Polimer Bilim ve TeknolojisiKocaeli Üniversitesi

    Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NEVİN GAMZE KARSLI YILMAZ

  5. Tez No

    283082

    Nanotüp çeşitleri ve uygulamaları

    Nanotube types and applications

    YAĞMUR KORUCU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. DERYA PEKER

Geri Dön