Bor nitrür takviyeli bor karbür seramik kompozitlerin üretim ve karakterizasyonu
Synthesis and characterisation of boron nitride reinforced boron carbide ceramic composites
- Tez No: 966765
- Danışmanlar: PROF. DR. CENGİZ KAYA, DOÇ. DR. SUNA AVCIOĞLU
- 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 Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
Bor mineralleri, ülkemizin topraklarında bol miktarda bulunması ve stratejik öneme sahip olması nedeniyle kritik bir değere sahiptir. Yüksek ergime noktası, düşük yoğunluk, sertlik, aşınma direnci, kimyasal kararlılık ve nötron absorbsiyon kapasitesi gibi üstün özellikleriyle birçok endüstriyel alanda geniş kullanım potansiyeline sahiptir. Ancak bor karbür (B₄C), düşük kırılma tokluğu ve ısıl iletkenliği nedeniyle özellikle savunma sanayii gibi uygulamalarda sınırlamalarla karşılaşmaktadır. Bu doğrultuda, bu tez çalışmasında bor karbür tozlar bor nitrür (BN) takviyesiyle sentezi amaçlanmıştır. Literatürde ilk defa yüzeyi bor nitrür nano plakalar ile kaplı bor karbür tozların sentezi için sol-jel süreci geliştirilmiştir. Sentezlenen, yüzeyi bor nitrür kaplı bor karbür tozlar ile üretilecek seramik matris kompozitlerde BN yapılarının B₄C tane sınırlarında yer alması sağlayarak darbe enerjisinin bu sınırlar boyunca ilerlemesini engellemek ve böylece mekanik performansı iyileştireceği öngörülmüştür. Bu amacı gerçekleştirmek için bu çalışmada sol jel yöntemi kullanılarak BN-B4C nanokompozit tozları amonyum tuzları ile modifiye edilmiş polimerik öncüller geliştirilerek sentezlemiştir. Öncü maddelerde başlangıç malzemesi olarak farklı oranlarda amonyum tuzları ve karboksilik asitlerin etkisi incelenmiştir. Jel aşamasında kullanılan amonyum tuzlarının miktarına göre sentezlenen tozlardaki BN/B4C oranı kontrol edilebilmiştir. Sentezlenen öncülleri karakterize etmek için farklı karakterizasyon teknikleri kullanılmıştır. Faz oranlarını belirlemek amacıyla XRD analizi, jel öncülerin kimyasal yapılarını incelemek için ise FT-IR analizi gerçekleştirilmiştir. SEM analiz yöntemiyle B4C parçacıkları içindeki bor nitrür(BN) dağılımı ve morfolojik özellikler ile ilgili bize fikir sağlamıştır. Bu öncülerin analizi, sol-jel sentezi esnasında kullanılan amonyum tuzu oranının artırılmasıyla tane boyutlarında artış ve homojen olmayan tane büyüklüklerine sebebiyet verdiği sonucu ortaya çıkmıştır. XRD sonuçları analiz edildiğinde, amonyum tuzu miktarının artması B4C ve BN' nın saflığında bir azalma meydana getirmiştir. SEM görüntüleri incelendiğinde ise, amonyum tuzu miktarının artmasıyla BN kristallerinin kümelenmelerine sebep olduğunu ve bu yüzden bazı B4C tanelerinin yüzeyinin kaplanmadan kaldığı sonucu ortaya çıkmıştır. SEM ve XRD görüntüleri birlikte incelendiğinde bor karbür kristallerinin yüzeyinin en etkili kaplandığı numuneler %100 kristal dönüşümüne sahip GT15AT10 ve GC25AC5 olduğu, bor karbür tane boyutunun sırasıyla 2-12 mikron ve 5-10 mikron aralığında, bor nitrür tane boyutunun ise mikron altı boyutlarda oluştuğu gözlemlenmiştir.Ayrıca en verimli bor karbür-bor nitrür dönüşüm oranının %90 B4C %10 BN şeklinde olduğu high score plus programıyla tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Boron minerals have a critical value due to their abundance in the soil of our country and their strategic importance. With its superior properties such as high melting point, low density, hardness, abrasion resistance, chemical stability and neutron absorption capacity, it has a wide usage potential in many industrial fields. However, boron carbide (B₄C) faces limitations especially in applications such as defence industry due to its low fracture toughness and thermal conductivity. Accordingly, this thesis aims to synthesise boron carbide powders with boron nitride (BN) reinforcement. For the first time in the literature, a sol-gel process has been developed for the synthesis of boron carbide powders coated with boron nitride nanoplates. In the ceramic matrix composites to be produced with the synthesised boron nitride coated boron carbide powders, it is predicted that the BN structures will be located at the B₄C grain boundaries to prevent the impact energy from travelling along these boundaries and thus improve the mechanical performance. In order to achieve this aim, BN-B4C nanocomposite powders were synthesised by developing polymeric precursors modified with ammonium salts using sol gel method in this study. The effect of different ratios of ammonium salts and carboxylic acids as starting materials in the precursors was investigated. The BN/B4C ratio in the synthesised powders could be controlled according to the amount of ammonium salts used in the gel stage. Different characterisation techniques were used to characterise the synthesised precursors. XRD analysis was performed to determine the phase ratios and FT-IR analysis was performed to investigate the chemical structures of the gel precursors. SEM analysis provided insight into the boron nitride (BN) distribution and morphological features in the B4C particles. Analysis of these precursors revealed that increasing the ammonium salt ratio used during sol-gel synthesis leads to an increase in grain size and inhomogeneous grain size. When XRD results were analysed, the increase in the amount of ammonium salt caused a decrease in the purity of B4C and BN. When SEM images were analysed, it was found that the increase in the amount of ammonium salt caused BN crystals to cluster and therefore the surface of some B4C grains remained uncoated. When SEM and XRD images were examined together, it was observed that the samples with the most effective coating of the surface of boron carbide crystals were GT15AT10 and GC25AC5 with 100% crystal conversion, the boron carbide grain size was in the range of 2-12 microns and 5-10 microns, respectively, and the boron nitride grain size was in the submicron range. In addition, it was determined by high score plus programme that the most efficient boron carbide-boron nitride conversion ratio was 90% B4C 10% BN.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of B4C ve BN reinforced aluminium matrix composites by squeeze casting
B4C ve BN takviyeli alüminyum matrisli kompozitlerin basınçlı döküm ile fabrikasyonu ve karakterızasyonu
AMİN NEKOUYAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SABRİ ALTINTAŞ
- 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
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN
- Seramik matrisli kompozit malzemelerin elektrik akımı destekli sinterleme (SPS) yöntemi ile tribolojik özelliklerinin geliştirilmesi
Improvement of tribological properties of ceramic matrix composite materials by spark plasma sintering (SPS) technique
BİLGE YAMAN
Doktora
Türkçe
2009
Metalurji MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN MANDAL
- Grafen ve bor nitrür katkılarının titanyum diborür – titanyum karbür kompozitlerinin özellikleri üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of graphene and boron nitride additives on the properties of titanium diboride – titanium carbide composites
BESTE ECEM KAYAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK AKIN KARADAYI
- Bor nanopartikülleri katkılı yapıştırma bağlantılarının mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of boron nanoparticles doped adhesive joints
MUSTAFA ENES YAZICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KÜRŞAT GÜLTEKİN