Seramik matrisli kompozit malzemelerin mekanik ve termal özelliklerinin iyileştirilmesi
Improving mechanical and thermal properties of ceramic matrix composite materials
- Tez No: 983435
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SAFA POLAT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, kalsiyum alüminat çimentosu (CAC) matrisinin seramik esaslı takviyeler olan bor karbür (B4C), hekzagonal bor nitrür (hBN) ve silisyum karbür (SiC) katkılarıyla iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda her bir takviye, CAC matrisine ağırlıkça %3, %5, %7 ve %10 oranlarında ilave edilmiş, elde edilen kompozit numuneler 1200 °C'de sinterlenmiştir. Deneysel metodoloji, kompozitlerin performansını kapsamlı biçimde incelemek üzere basma ve eğme dayanımı testlerini, çoklu termal şok çevrimlerini, sürtünme ve aşınma davranışını ortaya koyan tribolojik testleri içermektedir. Matris-takviye ara yüzey etkileşimleri, faz oluşumları ve hasar mekanizmaları ise XRD, SEM ve EDS teknikleri kullanılarak mikroyapısal karakterizasyonu analiz edilmiştir. Elde edilen bulgular, takviye malzemesi türüne ve katkı oranına bağlı olarak CAC matrisinin özelliklerinde belirgin iyileşmeler sağlandığını ortaya koymuştur. Özellikle %3 B4C katkılı kompozit, referans numuneye kıyasla yaklaşık 13 kat daha yüksek basma dayanımı ve %98 oranında daha düşük aşınma miktarı sunmuştur. %10 hBN ilavesi ise lamelli yapısının çatlak saptırma ve katı yağlayıcı mekanizması sayesinde termal şok dayanımını ve kırılma tokluğunu önemli ölçüde artırmıştır. %3 SiC takviyesi, basma dayanımında %80 oranında artış ve aşınma direncinde %86,6'lık iyileştirme sağlamıştır. Mikroyapısal incelemeler, sinterleme sürecinde oluşan güçlü matris-takviye arayüz bağlarının ve gelişen seramik fazların, gözlemlenen bu performans artışlarında kritik rol oynadığını doğrulamıştır. Sonuç olarak bu çalışma, CAC esaslı kompozitlerin uygun seramik takviyelerle optimize edildiğinde mekanik dayanım, termal şok direnci ve aşınma performansı açısından önemli gelişmeler sağlayabileceğini ortaya koymaktadır. Elde edilen veriler, bu yeni kompozit malzemelerin yüksek sıcaklıktaki yapısal uygulamalar, aşınmaya dayanıklı bileşenler ve gelişmiş refrakter sistemler için yüksek potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the aim was to improve the calcium aluminate cement (CAC) matrix with ceramic-based reinforcements such as boron carbide (B4C), hexagonal boron nitride (hBN) and silicon carbide (SiC) additives. Within this scope, each reinforcement was added to the CAC matrix at ratios of 3%, 5%, 7% and 10% by weight, and the resulting composite samples were sintered at 1200 °C. The experimental methodology included compression and flexural strength tests, multiple thermal shock cycles, and tribological tests revealing friction and wear behaviour to comprehensively examine the performance of the composites. Matrix-reinforcement interface interactions, phase formations, and damage mechanisms were analysed using XRD, SEM, and EDS techniques for microstructural characterisation. The findings revealed significant improvements in the properties of the CAC matrix depending on the type of reinforcement material and the additive ratio. Specifically, the composite with 3% B4C additive offered approximately 13 times higher compressive strength and 98% lower wear rate compared to the reference sample. The addition of 10% hBN significantly increased thermal shock resistance and fracture toughness due to its lamellar structure's crack deflection and solid lubricant mechanism. The 3% SiC reinforcement provided an 80% increase in compressive strength and an 86.6% improvement in wear resistance. Microstructural examinations confirmed that the strong matrix-reinforcement interface bonds formed during the sintering process and the developed ceramic phases played a critical role in these observed performance increases. Consequently, this study demonstrates that CAC-based composites, when optimised with suitable ceramic reinforcements, can provide significant improvements in mechanical strength, thermal shock resistance, and wear performance. The data obtained indicates that these new composite materials have high potential for high-temperature structural applications, wear-resistant components, and advanced refractory systems.
Benzer Tezler
- Synthesis & characterization of boron nitride nanostructures and application in nanocomposites
Bor nitrür nano yapıların sentezlenmesi, karakterizasyonu ve bu yapıların nano kompozit uygulamalarında kullanılması
AYŞEMİN TOP
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK
YRD. DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Titanyum diborür ve grafen nano plaka takviyeli silisyum karbür seramiklerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of titanium diboride and graphene nanoplates (GNP) reinforced silicon carbide ceramics prepared by spark plasma sintering
BÜŞRA ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN
- Production and characterization of W-Ni matrix composites reinforced with CeB6, NdB6, ErB4 particulates by powder metallurgy methods
CeB6, NdB6, ErB4 partikülleri ile takviye edilmiş W-Ni matris kompozitlerin toz metalurjisi yöntemleri ile üretimi ve karakterizasyon çalışmaları
BURÇAK BOZTEMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI
- Niyobyum ve SiC ile güçlendirilmiş AA 7075 matrisli kompozit, hibrit malzeme üretimi ve özelliklerinin araştırılması
Production of AA 7075 matrix composite, hybrid material reinforced with niobium and SiC and investigation of their properties
BEYTULLAH ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiKütahya Dumlupınar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURULLAH KIRATLI
DOÇ. DR. HAKAN GÖKMEŞE
- Enhancement of dispenser cathode fabrication with pre – design activation simulations and polymer doping
Polimer katkılandırma ve ön aktivasyon tasarımı benzetim çalışmaları ile dispenser katotların üretim süreçlerinin geliştirilmesi
NERGİS YILDIZ ANGIN ATMACA
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU