TiB2-TiC-Al2O3 esaslı üçlü kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of TiB2-TiC-Al2O3 based ternary composites
- Tez No: 983642
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NAZLI AKÇAMLI KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, TiO2, B2O3, Al ve C tozlarından yola çıkılarak TiB2 –TiC –Al2O3 esaslı seramik matrisli ikili ve üçlü kompozitlerin üretimi, mekanokimyasal sentez ve mekanik aktivasyon ardından yüksek sıcaklıkta tavlama yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı, bu seramik fazların kontrollü koşullarda sentezlenmesini sağlamak ve öğütme süresi ile tavlama sıcaklığı gibi parametrelerin nihai ürün üzerindeki etkilerini sistematik olarak değerlendirmektir. Deneysel çalışmalar kapsamında, toz karışımları dört farklı başlangıç toz sistemi üzerinde araştırmalar yürütülmüştür. Bu sistemler üçlü TiO2-B2O3-Al, TiO2-B2O3-C, TiO2-C-Al toz sistemleri ve TiO2-B2O3-Al-C dörtlü toz karışımlarını içermektedir. Ayrıca, dörtlü TiO2-B2O3-Al-C toz sistemi üzerinde farklı reaksiyon stokiometrilerinin etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde TiB2-Al2O3, TiB2-TiC, TiC-Al2O3 ve TiB2-TiC-Al2O3 olmak üzere ikili ve üçlü kompozit tozların sentezlenmesi amaçlanmıştır. Mekanokimyasal sentez prosesi kapsamında yapılan deneylerde başlangıç toz karışımları 8, 12, 18, 24 ve 30 saat yüksek enerjili öğütmeye tabi tutulmuştur. Mekanik aktivasyonlu tavlama yönteminde ise 3 saat yüksek enerjili bilyeli öğütme ile aktive edilen tozlara takiben 900 °C, 1100 °C, 1200, 1300 °C ve 1500 °C sıcaklıklarında tavlama işlemleri uygulanmıştır. Mekanokimyasal sentezleme prosesinde TiO2-B2O3-Al toz sisteminde TiB2-Al2O3 kompozit oluşumu 18 saatlik öğütme süresinin ardından XRD patern ve Ritveld analiz sonuçlarıyla belirlenmiştir. Ayrıca, tozların detaylı morfolojik incelemeleri ve faz analizleri için SEM ve TEM analizleri uygulanmıştır. TiO2-Al-C toz sistemlerinde ise 30 saate kadar yapılan öğütmelerde reaksiyonun gerçekleşmediği gözlenmiştir. Bu durum, öğütme sonrasında uygun bir ısıl işlemin reaksiyonu tamamlamak gerekli olabileceği ile açıklanmıştır. Dörtlü TiO2-B2O3-Al-C sisteminde ise x:1,2,3-y:1 stokiyometrilerinde yapılan öğütmeler sonunda x:2-y:1 ve x:3-y:1 toz sisteminde 24 saatlik öğütme sonunda TiB2-TiC-Al2O3 üçlü kompozit sentezinin gerçekleştiği XRD analiz sonuçlarıyla belirlenmiştir. Buna karşın, x:1-y:1 stokiyometrisinde kompozit faz oluşumu 30 saat sonunda belirlenememiştir. Sistemde x/y oranının artmasıyla TiB2-TiC-Al2O3 üçlü kompozit sentezinin oluşumunun desteklendiği görülmüştür. Mekanik aktivasyonlu tavlama prosesinde ise TiO₂–B₂O₃–C sisteminde, 1300 °C'de hedeflenen TiB₂ ve TiC fazlarının bulunduğu bir yapı elde edilmiştir. TiO₂–B₂O₃–Al sisteminde tavlama sıcaklığının 1500°C'ye yükseltilmesiyle birlikte, TiB₂ ve Al₂O₃ fazları belirgin şekilde XRD sonuçlarıyla belirlenmiştir. TiO₂–C–Al sisteminde ise tavlama sıcaklığının 1500°C'ye yükseltilmesiyle birlikte, TiC₂ ve Al₂O₃ fazları XRD sonuçlarıyla belirlenmiştir. TiO₂–B₂O₃–Al–C dört bileşenli sistemde x:1,2,-y:1 stokiyometrilerinde, 1300 °C'de Al₂O₃, TiC ve TiB₂ fazları yüksek kristallik ve yoğunlukla oluşmuştur. Ayrıca, tozların detaylı morfolojik incelemeleri SEM ve TEM analizleriyle desteklenmiştir. Bu tez çalışmasının sonuçları, oksit esaslı ve ekonomik başlangıç tozlarından yola çıkılarak mekanokimyasal sentez ve mekanik aktivasyonlu tavlama yöntemleri gibi ekonomik yöntemler ile yüksek sertliğe ve termal kararlılığa sahip çok fazlı TiB2-TiC-Al2O3 esaslı seramik tozlarının etkin biçimde üretilebileceğini göstermiştir. Elde edilen TiB2-TiC-Al2O3 kompozitleri; ileri mühendislik uygulamalarında, özellikle kesici takımlar, kaplama malzemeleri ve yüksek sıcaklıkta çalışan parçalar için yüksek potansiyele sahiptir. Çalışma, TiO2-B2O3-Al-C esaslı üçlü ve dörtlü sistemlere dair ilgili reaksiyon mekanizmalarının açıklanması ve literatürdeki SHS ve geleneksel sinterleme teknikleri ile karşılaştırıldığında farklı sıcaklık ve sürelerde faz oluşumunu gösteren sonuçları ile literatüre önemli bir katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, TiB₂–TiC–Al₂O₃-based ceramic matrix binary and ternary composites were produced from TiO₂, B₂O₃, Al, and C powders through mechanochemical synthesis and mechanical activation followed by high-temperature annealing. The main objective of the study was to achieve the controlled synthesis of these ceramic phases and to systematically evaluate the effects of parameters such as milling time and annealing temperature on the final product. Experimental studies were conducted on four different initial powder systems: ternary TiO₂–B₂O₃–Al, TiO₂–B₂O₃–C, TiO₂–C–Al systems, and the quaternary TiO₂–B₂O₃–Al–C powder mixtures. In addition, the effects of different reaction stoichiometries in the quaternary TiO₂–B₂O₃–Al–C system were investigated. The study aimed to synthesize binary and ternary composite powders such as TiB₂–Al₂O₃, TiB₂–TiC, TiC–Al₂O₃, and TiB₂–TiC–Al₂O₃. During the mechanochemical synthesis process, the initial powder mixtures were subjected to high-energy ball milling for 8, 12, 18, 24, and 30 hours. In the mechanically activated annealing process, powders activated by 3 hours of high-energy milling were subsequently annealed at 900 °C, 1100 °C, 1200 °C, 1300 °C, and 1500 °C. In the mechanochemical synthesis process, the formation of TiB₂–Al₂O₃ composites in the TiO₂–B₂O₃–Al powder system was confirmed by XRD patterns and Rietveld analysis after 18 hours of milling. Furthermore, SEM and TEM analyses were carried out to examine the detailed morphology and phase characteristics of the powders. In the TiO₂–Al–C system, no reaction was observed even after 30 hours of milling, indicating that an appropriate heat treatment may be necessary to complete the reaction. In the quaternary TiO₂–B₂O₃–Al–C system, milling with different stoichiometries of x:1,2,3–y:1 revealed that TiB₂–TiC–Al₂O₃ ternary composite formation occurred after 24 hours of milling for x:2–y:1 and x:3–y:1 compositions, as confirmed by XRD analysis. However, no composite phase formation was detected after 30 hours of milling in the x:1–y:1 composition. Increasing the x/y ratio was found to promote the formation of TiB₂–TiC–Al₂O₃ ternary composites. In the mechanically activated heat treatment process, the TiO₂–B₂O₃–C system yielded TiB₂ and TiC phases at 1300 °C. In the TiO₂–B₂O₃–Al system, TiB₂ and Al₂O₃ phases were distinctly detected by XRD when the annealing temperature was raised to 1500 °C. Similarly, in the TiO₂–C–Al system, TiC and Al₂O₃ phases were identified at 1500 °C. For the quaternary TiO₂–B₂O₃–Al–C system with x:1,2–y:1 stoichiometries, Al₂O₃, TiC, and TiB₂ phases with high crystallinity and density were formed at 1300 °C. Detailed morphological investigations of the powders were further supported by SEM and TEM analyses. The results of this thesis demonstrate that multi-phase TiB₂–TiC–Al₂O₃-based ceramic powders with high hardness and thermal stability can be effectively synthesized from oxide-based and cost-effective raw materials using economic methods such as mechanochemical synthesis and mechanically activated annealing. The TiB₂–TiC–Al₂O₃ composites obtained have high potential for advanced engineering applications, particularly in cutting tools, coating materials, and components operating at high temperatures. This study makes a significant contribution to the literature by elucidating the reaction mechanisms of TiO₂–B₂O₃–Al–C-based ternary and quaternary systems and by presenting phase formation results that differ in temperature and duration compared to SHS and conventional sintering techniques.
Benzer Tezler
- Deniz araçlarında kullanım potansiyeline sahip fonksiyonel derecelendirilmiş TiB2/Al-Si kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of functional graded composites TiB2/Al-Si with potential for use in marine vehicles
HASAN CEVHER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKNUR KESKİN ÖNER
PROF. DR. ÖMER SAVAŞ
- Titanyum diborür seramiklerinin yitriyum oksit ve yitriyum oksit+alüminyum oksit katkıları kullanılarak spark plazma sinterleme yöntemi ile üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of titanium diboride ceramics by adding yttrium oxide and yttrium oxide +aluminum oxide via spark plasma sintering
FİRDEVS DUYGU ERSAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN
- Mekanik alaşımlama süreçleri ile Al-20Si esaslı toz ve sinter kompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyon çalışmaları
Studies of development and characterization of Al-20Si based powder and sintered composites by mechanical alloying processes
HASAN GÖKÇE
Doktora
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU
- Investigation of the microstructural and mechanical properties of Al/TiB2 composites produced by cold spray additive manufacturing
Soğuk sprey eklemeli imalat yöntemi ile üretilen Al/TiB2 kompozitlerinin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
NERGİZ İLHAMİ MERT
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Tungsten katkılı metal matrisli kompozit malzemelerin tasarlanması üretilmesi, karakterizasyonu ve nükleer radyasyon koruyucu özelliklerinin belirlenmesi
Design, production, characterization and determination of nuclear radiation protective properties of tungsten-doped metal matrix composite materials
EMİNE KUŞ BURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiAğrı İbrahim Çeçen ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULHALİK KARABULUT