Improving final density and reproducibility in alumina ceramics fabricated by direct ink writing
Doğrudan mürekkep yazdırma ile üretilen alümina seramiklerde nihai yoğunluğun ve tekrarlanabilirliğin artırılması
- Tez No: 999135
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SİMGE ÇINAR AYGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Doğrudan mürekkep yazdırma (DIW), görece düşük organik içerikli ve yüksek katı yüklemeli süspansiyonlardan seramik bileşenlerin üretimine olanak tanır; ancak tekrarlanabilir yoğunlaşmanın sağlanması, yöntemin daha geniş ölçekte benimsenmesinin önündeki başlıca sınırlamalardan biridir. Bu tez kapsamında, alümina mürekkeplerinin ekstrüzyon davranışı viskozitenin kesme hızına bağlı ölçülmesi ile karakterize edilmiş; yoğunluktaki değişkenliğin temel kaynakları kademeli bir süreç optimizasyon stratejisiyle belirlenerek giderilmiştir. Başlangıç formülasyonu reolojik açıdan yazdırılabilir olmasına rağmen, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve mikro-bilgisayarlı tomografi (µCT) bulgularının da gösterdiği üzere, kuruma kaynaklı kusurlar ve hapsolmuş hava ile ilişkili olarak bağıl sinterlenmiş yoğunlukları %88–%97 aralığında geniş bir dağılım göstermiştir. Bu mekanizmaları baskılamak amacıyla, titreşim destekli hava gidermeyi, köpük önleyici katkı kullanımını ve kontrollü kurutmayı içeren proses ve formülasyon düzeyinde müdahaleler uygulanmıştır. Bağlayıcı seçimi ile gerçekleştirilen ek iyileştirmeler sayesinde daha yüksek katı yüklemelerine ulaşılmış ve toplam organik içerik azaltılmıştır. İyileştirilmiş proses rotası kullanıldığında, 8 numunenin 6'sı ≥%98 bağıl yoğunluk ile tanımlanan neredeyse tam yoğunluk eşiğini aşmış; bağıl yoğunluk için standart sapma %0,6 düzeyinde gerçekleşmiş ve maksimum bağıl yoğunluk %99,4'e ulaşmıştır. Bu değerler, 1600 °C'de 2 saat süreyle uygulanan konvansiyonel basınçsız sinterleme koşulları altında DIW ile işlenmiş alümina için raporlanan en yüksek değerler arasında yer almaktadır. Ayrıca, söz konusu yoğunlaşma, %17,7 düzeyinde düzgün doğrusal büzüşme ile elde edilerek düşük organik katkıyla birlikte iyileştirilmiş boyutsal tutarlılığa işaret etmiştir. Genel olarak sonuçlar, yüksek yoğunluklu alüminanın DIW ile tekrarlanabilir biçimde üretilmesinin yalnızca reolojik yazdırılabilirliğe değil, aynı zamanda mürekkep formülasyonu ve proses parametrelerinin bütünleşik kontrolüne de bağlı olduğunu ortaya koymakta ve böylece ölçeklenebilir seramik üretimi için pratik bir temel oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
Direct ink writing (DIW) enables fabrication of ceramic components from high– solid-loading suspensions with relatively low organic content; however, achieving reproducible densification remains a major limitation to broader adoption. In this thesis, the extrusion behavior of alumina inks was characterized using steady-shear flow sweeps, and the primary sources of density variability were identified and eliminated through a stepwise process optimization strategy. Although the base formulation was rheologically printable, it exhibited broad scatter in relative sintered density from 88% to 97%, associated with drying-induced defects and entrapped air, as evidenced by scanning electron microscopy (SEM) and micro-computed tomography (µCT). To suppress these mechanisms, process- and formulation-level interventions were introduced, including vibration-assisted degassing, the use of an antifoaming additive, and controlled drying. Further enhancement was achieved by binder selection, which also allowed for higher solid loadings and lower total organic content. Using the improved route, 6 out of 8 specimens exceeded the near-full density threshold (≥98% relative density), with a standard deviation of 0.6%, and reached a maximum relative density of 99.4%, being among the highest values reported for DIW-processed alumina under conventional pressureless sintering conditions (1600 °C for 2 h). Moreover, this densification was obtained with uniform linear shrinkage of 17.7%, evidencing improved dimensional consistency with low organic content. Overall, the results show that reproducible DIW of high-density alumina requires not only rheological printability but also integrated control of ink formulation and processing parameters, thereby establishing a practical basis for scalable ceramic manufacturing.
Benzer Tezler
- Design and optimization of a high-power density multi-level totem pole power factor correction converter
Yüksek güç yoğunluklu çok seviyeli totem pole güç faktörü düzeltme dönüştürücüsünün tasarımı ve optimizasyonu
ENİS BARIŞ BULUT
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
DR. SERKAN DÜŞMEZ
- Akıllı şehirlerde makine öğrenmesi yöntemleri ile trafik yoğunluğu tahmini ve bir vaka çalışması
Traffic density prediction in smart cities using machine learning methods and a case study
HANDE OKUTUCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Aydın ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞÜKRÜ MUSTAFA KAYA
- Hafif e-mobilite uygulamalarında entegre şarj sistemi için yüksek verimli ve güç yoğunluklu çok-fazlı E-motor tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of high efficient and power density multi-phase E-motor for integrated charging system in light e-mobility applications
MUSA BURAK YELEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ
- Structure-property relationship in urea-formaldehyde resins: effect of methylene/ether bridge ratio and alkyl-substituted urea content on the performance of wood composites
Üre-formaldehit reçinelerinde yapı-özellik ilişkileri: metilen/eter köprüsü oranı ve alkil-substitüe üre içeriğinin ahşap kompozit performansı üzerindeki etkisi
S. M. ASHIK ABEDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve TeknolojisiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ASSOC. PROF. DR. BEKİR DIZMAN
- Yeni manyetik şekil hafızalı alaşımların yoğunluk fonksiyonel teorisine dayalı ab-initio metodu ile tasarlanması: Ni-Fe-Ga
Desinging new magnetic shape memory alloys by using ab-initio method based on density functional theory: Ni-Fe-Ga
CENGİZ SOYKAN
Doktora
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEVGİ ÖZDEMİR KART