FBE- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.
Gözat
Yayın Türü "Doctoral Thesis" ile FBE- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeAkımsız Ni-P, Ni-B ve Ni-W-B kaplamaların yüksek sıcaklık oksidasyon ve camla etkileşim davranışlarının incelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015) Avcıoğlu Eraslan, Sinem ; Ürgen, Mustafa Kamil ; 405049 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringMetal kalıplar, cam ambalaj üretim proseslerinde elde edilecek ürünlerin kalitesini doğrudan etkileyen en önemli sistem parçalarından biridir. Yüksek sıcaklıkta ve camla sürekli temas halinde çalışan bu kalıplarda malzeme seçimi noktasında istenilen gereksinimlere yanıt veren ve maliyet açısından avantaj sağlayan dökme demirler oldukça yaygın kullanıma sahiptir. Bahsi geçen dökme demir kalıplar, üretim prosesleri esnasında mekanik ve ısıl gerilmelere maruz kalırlar ve buna bağlı olarak zaman içerisinde son ürünlerde hata oluşumlarına neden olabilirler. Hataların giderilmesi için harcanan ilave zaman ve işçilik işletme için ekstra maliyet anlamı taşımaktadır. Nitekim, belirli kullanım ömürlerine sahip bu kalıplar bu süre sonunda ıskartaya ayrılarak kullanılamaz duruma gelirler. Kalıp kullanım ömürlerinin arttırılması ve üretim sırasında ortaya çıkan kalıp kaynaklı sorunların oranının azaltılması için kalıp malzemelerinin iyileştirilmesi amacıyla gerçekleştirilen çalışmalar cam ambalaj üretim tesislerinde her zaman güncelliğini koruyan bir konudur. Farklı malzeme alternatiflerinin araştırılmasının yanı sıra mevcut malzemelerin camla temas halindeki yüzey kısımlarının özelliklerinin geliştirilmesi öncelikli araştırma konuları arasında yer almaktadır. Bu araştırmalar kapsamında sementasyon, karbonitrürleme, nitrürleme ve borlama gibi çeşitli tekniklerle kalıp malzemelerin yüzeylerinin geliştirilmesinin ve kullanım ömürlerinin arttırılmasının mümkün olduğu ortaya konulmuştur. Özellikle borlama teknikleri, cam ambalaj üretim proseslerinde son yıllarda önemli kullanım alanı bulmuştur. Ancak borlama uygulamasının ardından ihtiyaç duyulan parlatma gibi çeşitli mekanik işlemlerin, normal kalıplara nazaran yüzeylerinde daha fazla ayrıntı içeren gravürlü kalıplarda yüzey bozunmasına neden olmasından dolayı borlama tekniği gravürlü kalıplar için kullanılabilir bir uygulama olma niteliği taşımamaktadır. Bahsi geçen gravürlü kalıplarda üretim esnasında ortaya çıkan ve hatalara neden olan durumların minimuma indirgenmesi için kalıp yüzeylerine uygulanacak bir kaplamanın avantaj sağlayabileceği öngörülmüştür. Bu kaplamanın homojen kalınlıkta olması, aşınma ve korozyon direncinin yüksek olması öncelikli gereksinimlerin başında gelmektedir. Bu gereksinimleri karşılamak adına akla gelen ilk uygulama, akımsız kaplama sistemlerdir. Akımsız nikel kaplamalar Ni-P ve Ni-B olmak üzere iki ana kategori altında ele alınabilir. Akımsız kaplamlara W, Co, Mo, Mn, Re gibi üçüncü bir elementin katılabileceğinin gösterilmesi, akımsız nikel alaşım kaplamalar başlığıyla yeni bir sayfa açılmasına neden olmuştur. 2010 yılında gerçekleştirilen yüksek lisans çalışması kapsamında akımsız Ni-B banyosuna uygun bileşimde sodyum tungstat ilavesi ile akımsız Ni-W-B kaplamalar elde edilmiş ve bu kaplamaların genel özelliklerinin yanı sıra aşınma davranışları incelenmiştir. Bu incelemeler neticesinde, elde edilen Ni-W-B kaplamaların ticari Ni-B kaplamaya kıyasla daha iyi aşınma ve korozyon özelliklerine sahip olduğu ortaya konulmuştur. Bunun yanı sıra gerçekleştirilen ilk denemeler sonucunda akımsız Ni-W-B kaplamalı dökme demir kalıpların cam ambalaj üretiminde kullanılma potansiyelinin oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Akımsız kaplamaların cam ambalaj üretiminde amaca uygun kullanım potansiyelini ortaya koymak adına öncelikle bu kaplamaların üretim koşullarında bulundukları ortam göz önünde bulundurulmalıdır. Yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen cam ambalaj üretim proseslerinde kalıp malzemesi olarak kullanımı amaçlanan bu kaplamaların oksidasyon davranışları, üretim koşulları göz önünde bulundurulduğunda önem kazanan ilk parametre olarak karşımıza çıkmaktadır. Cam ile kalıp yüzeyinin temasına dayalı süregelen proseslerde, üretim esnasında cam ve kalıp yüzeyi arasında meydana gelen etkileşimler ise incelenmesi gereken diğer önemli noktalardır. Bu noktadan yola çıkılarak planlanan bu tez çalışması kapsamında, öncelikli olarak akımsız Ni-P, Ni-B ve Ni-W-B kaplamalar dökme demir ve orta karbonlu çelik numuneler üzerinde elde edilerek, kaplamaların temel özellikleri XRD, SEM, EDS, GDO-ES ve mikro-sertlik cihazları yardımıyla ayrıntılı şekilde karakterize edilmiştir. İstenilen niteliklerdeki akımsız kaplamaların elde edilmesinin ardından çalışmanın ilk aşaması olan yüksek sıcaklık oksidasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bu deneyler kapsamında Ni-P, Ni-B ve Ni-W-B kaplamalı çelik numuneler öncelikli olarak 400-1200°C aralığında 2 saat süre ile oksidasyon işlemine tabi tutulmuş ve elde edilen numunelerin oksit kalınlıkları GDOES ve SEM analizleri yardımı ile kaydedilmiştir. Bunun yanında yüzeyde oluşan oksitlerin yapısının incelenmesi adına SEM, EDS ve RAMAN analizleri gerçekleştirilmiştir. 1 saat süre ile gerçekleştirilen deneyler neticesinde söz konusu kaplamaların oksidasyon davranışlarının detaylı olarak incelenmesi için uygun sıcaklık aralığının 500-800°C olduğuna karar verilmiş ve bu aralıkta süreye bağımlı oksidasyon çalışmaları yürütülmüştür. Çalışmanın ikinci aşamasında cam ambalaj üretiminde kullanılması hedeflenen bu kaplamaların üretim koşullarına benzer şartlar altında sıcak cam ile olan etkileşimlerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda CETR UMT sistemi kullanılarak yeni ve basit bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Düzenekte kaplamalı çelik numuneler ve soda kireç camından üretilen toplar kullanılmıştır. Kaplamalı numuneler ve tutucuya yerleştirilen soda camı düzenekte yer alan fırın içerisine yerleştirilerek sıcaklık 600°C'ye ayarlanmıştır. Cam ambalaj üretim koşulları baz alınarak seçilen bu sıcaklık değerine ulaşılmasının ve tutucuda yer alan cam topun belirli bir yumuşama göstermesinin ardından, cam top ile numune birbirleri ile temas haline getirilmiş ve ardından belirli bir kuvvet uygulanmıştır. Cam ve kaplama malzemesi, kuvvet sabit kalacak şekilde belirli bir süre temas halinde bekletilmiş ve akabinde daha düşük bir çekme kuvveti uygulanarak cam ile kaplama arasındaki temas kesilmiştir. Bu yöntemle, yazılım tarafından kontrol edilen Fz değerleri baz alınarak farklı kaplama türleri ile cam arasında gerçekleşen yapışmanın ve ayrılmanın karakteri hakkında fikir sahibi olma ve kıyaslama yapabilme olanağı sağlanmıştır. Düzenekte gerçekleştirilen deneylerin ardından elde edilen kaplamalı numuneler ve cam topların yüzeyleri optik profilometre, SEM ve EDS analizleri yardımıyla incelenerek etkileşim esnasında meydana gelen reaksiyonlar irdelenmiştir. Gerçekleştirilen oksidasyon deneyleri sonucunda, akımsız Ni-P, Ni-B ve Ni-W-B kaplamaların oksidasyon davranışının yalnızca kaplamanın kendi özelliklerine değil, aynı zamanda taban malzeme ile kaplama arasında gerçekleşen difüzyon proseslerine de bağlı olduğu açık şekilde görülmüştür. Ni-P kaplamalar ile gerçekleştirilen incelemeler sonucunda literatürde yer alan verilere benzer sonuçlar elde edilmiştir. Kaplamaların oksitlenme hızının önemli seviyelere gelmesinde taban malzemede yer alan demirin yüzeye doğru difüzyonu önemli bir rol oynamaktadır. Süre ve sıcaklığa bağımlı olarak kaplama ile taban malzeme arasında bir ara difüzyon katmanının oluşumu söz konusudur. Yapılan analizler neticesinde kaplama yapısında bulunan fosforun bu ara difüzyon katmanında yer almadığı görülmüştür. Ni-B kaplamalarda karşımıza çıkan en önemli sonuç oksidasyonun devam etmesi ile birlikte yapıda bulunan borun, oksitler oluşturarak yapıdan uzaklaşmasıdır. 700 ve 800°C'de gerçekleştirilen deneyler sonucunda kaplama yüzeylerinde nikel borat yapılarının oluşumu gözlenmiştir. Ni-P kaplamalara benzer şekilde ni-B kaplamalarda da süre e sıcaklıkla kalınlığı artan ara difüzyon katmanlarının oluşumu kaydedilmiştir. Ancak Ni-P kaplamalar ile kıyaslandığında katman kalınlıklarını daha ince olduğu görülmüştür. Yine Ni-P kaplamalara benzer şekilde demirin yüzeye doğru difüzyonu söz konusudur ancak oksit oluşum hızı Ni-B kaplamalarda daha yavaştır. Ni-W-B kaplamalar genel olarak Ni-B kaplamalara benzer bir oksidasyon davranışı sergilemiştir. W katkısının en önemli getirisi ara difüzyon katmanının oluşumunda karşımıza çıkmıştır. Ni-W-B kaplamalarda oluşan ara difüzyon katmanlarının kalınlıkları Ni-B kaplamalara göre daha küçüktür. W'in demirin yüzeye doğru difüzyonunu önemli ölçüde yavaşlattığı da analizler sonucunda karşımıza çıkan bir diğer durumdur. Cam – kaplama etkileşimlerinin ele alındığı deneyler neticesinde bor bazlı nikel kaplamaların, fosfor bazlı nikel kaplamaya kıyasla, camla yapışma açısından daha iyi sonuçlar verdiği ifade edilebilir. Belirlenen parametrelerde gerçekleştirilen deneyler neticesinde uygulanan çekme yükü sonrasında Ni-P kaplamalar ile cam arasında ayrılmanın gerçekleşmediği görülmüştür. Ni-W-B kaplamalarda elde edilen ayrılma yükü ise Ni-B kaplamalara göre daha küçüktür. Bu durumun Ni-P kaplama ile camın yüksek sıcaklıkta etkileşimi esnasında oluşan fosfor oksitlerin iki yüzey arasındaki adezyonu arttırması sonucunda ortaya çıkmış olması muhtemeledir. Ni-B ve Ni-W-B kaplamalarda gerçekleştirilen incelemeler sonucunda ise kaplama – cam ara yüzeyinde bor oksit içerikli bir camsı fazın oluşumu söz konusudur. Ni-B ve Ni-W-B kaplamalarda bulunan borun artan sıcaklık ve süreye bağlı olarak kaplama yapısından uzaklaşması bu deneyler sırasında da gözlenmiştir. Bor bazlı kaplamalarda artan süre ile birlikte ayrılma yükünün azalması yapıda bulunan borun buharlaşması sonucunda meydana gelmiştir. Bu durumda kaplama yapısında bulunan borun yüksek sıcaklıklarda camla temas esnasında sergilediği bu davranış, uygulama açısından avantajlı bir durum olarak karşımıza çıkmaktadır. Gerçekleştirilen çalışmalar kapsamında elde edilen tüm bu bulgular, kaplamaların cam ambalaj üretiminde kullanımı sırasında meydana gelebilecek etkileşimlerin öngörülmesi ve buna bağlı önlemler alınması açısından son derece faydalı olmuştur. Üç farklı akımsız kaplamanın oksidasyon ve camla temas halindeki davranışlarının detaylı olarak incelendiği bu çalışma neticesinde, cam ambalaj üretiminde kullanım potansiyeli açısından gelecek vadeden en avantajlı kaplama türünün Ni-W-B kaplamalar olduğunu söylemek yanlış olmayacaktır.
-
ÖgeAkımsız Ni-p, Ni-b Ve Ni-w-b Kaplamaların Yüksek Sıcaklık Oksidasyon Ve Camla Etkileşim Davranışlarının İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-04-13) Avcıoğlu, Sinem Eraslan ; Ürgen, Mustafa Kamil ; 10071704 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringMetal kalıplar, cam ambalaj üretim proseslerinde elde edilecek ürünlerin kalitesini doğrudan etkileyen en önemli sistem parçalarından biridir. Yüksek sıcaklıkta ve camla sürekli temas halinde çalışan bu kalıplarda malzeme seçimi noktasında istenilen gereksinimlere yanıt veren ve maliyet açısından avantaj sağlayan dökme demirler oldukça yaygın kullanıma sahiptir. Bahsi geçen dökme demir kalıplar, üretim prosesleri esnasında mekanik ve ısıl gerilmelere maruz kalırlar ve buna bağlı olarak zaman içerisinde son ürünlerde hata oluşumlarına neden olabilirler. Hataların giderilmesi için harcanan ilave zaman ve işçilik işletme için ekstra maliyet anlamı taşımaktadır. Nitekim, belirli kullanım ömürlerine sahip bu kalıplar bu süre sonunda ıskartaya ayrılarak kullanılamaz duruma gelirler. Kalıp kullanım ömürlerinin arttırılması ve üretim sırasında ortaya çıkan kalıp kaynaklı sorunların oranının azaltılması için kalıp malzemelerinin iyileştirilmesi amacıyla gerçekleştirilen çalışmalar cam ambalaj üretim tesislerinde her zaman güncelliğini koruyan bir konudur. Farklı malzeme alternatiflerinin araştırılmasının yanı sıra mevcut malzemelerin camla temas halindeki yüzey kısımlarının özelliklerinin geliştirilmesi öncelikli araştırma konuları arasında yer almaktadır. Bu araştırmalar kapsamında sementasyon, karbonitrürleme, nitrürleme ve borlama gibi çeşitli tekniklerle kalıp malzemelerin yüzeylerinin geliştirilmesinin ve kullanım ömürlerinin arttırılmasının mümkün olduğu ortaya konulmuştur. Özellikle borlama teknikleri, cam ambalaj üretim proseslerinde son yıllarda önemli kullanım alanı bulmuştur. Ancak borlama uygulamasının ardından ihtiyaç duyulan parlatma gibi çeşitli mekanik işlemlerin, normal kalıplara nazaran yüzeylerinde daha fazla ayrıntı içeren gravürlü kalıplarda yüzey bozunmasına neden olmasından dolayı borlama tekniği gravürlü kalıplar için kullanılabilir bir uygulama olma niteliği taşımamaktadır. Bahsi geçen gravürlü kalıplarda üretim esnasında ortaya çıkan ve hatalara neden olan durumların minimuma indirgenmesi için kalıp yüzeylerine uygulanacak bir kaplamanın avantaj sağlayabileceği öngörülmüştür. Bu kaplamanın homojen kalınlıkta olması, aşınma ve korozyon direncinin yüksek olması öncelikli gereksinimlerin başında gelmektedir. Bu gereksinimleri karşılamak adına akla gelen ilk uygulama, akımsız kaplama sistemlerdir. Akımsız nikel kaplamalar Ni-P ve Ni-B olmak üzere iki ana kategori altında ele alınabilir. Akımsız kaplamlara W, Co, Mo, Mn, Re gibi üçüncü bir elementin katılabileceğinin gösterilmesi, akımsız nikel alaşım kaplamalar başlığıyla yeni bir sayfa açılmasına neden olmuştur. 2010 yılında gerçekleştirilen yüksek lisans çalışması kapsamında akımsız Ni-B banyosuna uygun bileşimde sodyum tungstat ilavesi ile akımsız Ni-W-B kaplamalar elde edilmiş ve bu kaplamaların genel özelliklerinin yanı sıra aşınma davranışları incelenmiştir. Bu incelemeler neticesinde, elde edilen Ni-W-B kaplamaların ticari Ni-B kaplamaya kıyasla daha iyi aşınma ve korozyon özelliklerine sahip olduğu ortaya konulmuştur. Bunun yanı sıra gerçekleştirilen ilk denemeler sonucunda akımsız Ni-W-B kaplamalı dökme demir kalıpların cam ambalaj üretiminde kullanılma potansiyelinin oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Akımsız kaplamaların cam ambalaj üretiminde amaca uygun kullanım potansiyelini ortaya koymak adına öncelikle bu kaplamaların üretim koşullarında bulundukları ortam göz önünde bulundurulmalıdır. Yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen cam ambalaj üretim proseslerinde kalıp malzemesi olarak kullanımı amaçlanan bu kaplamaların oksidasyon davranışları, üretim koşulları göz önünde bulundurulduğunda önem kazanan ilk parametre olarak karşımıza çıkmaktadır. Cam ile kalıp yüzeyinin temasına dayalı süregelen proseslerde, üretim esnasında cam ve kalıp yüzeyi arasında meydana gelen etkileşimler ise incelenmesi gereken diğer önemli noktalardır. Bu noktadan yola çıkılarak planlanan bu tez çalışması kapsamında, öncelikli olarak akımsız Ni-P, Ni-B ve Ni-W-B kaplamalar dökme demir ve orta karbonlu çelik numuneler üzerinde elde edilerek, kaplamaların temel özellikleri XRD, SEM, EDS, GDO-ES ve mikro-sertlik cihazları yardımıyla ayrıntılı şekilde karakterize edilmiştir. İstenilen niteliklerdeki akımsız kaplamaların elde edilmesinin ardından çalışmanın ilk aşaması olan yüksek sıcaklık oksidasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bu deneyler kapsamında Ni-P, Ni-B ve Ni-W-B kaplamalı çelik numuneler öncelikli olarak 400-1200°C aralığında 2 saat süre ile oksidasyon işlemine tabi tutulmuş ve elde edilen numunelerin oksit kalınlıkları GDOES ve SEM analizleri yardımı ile kaydedilmiştir. Bunun yanında yüzeyde oluşan oksitlerin yapısının incelenmesi adına SEM, EDS ve RAMAN analizleri gerçekleştirilmiştir. 1 saat süre ile gerçekleştirilen deneyler neticesinde söz konusu kaplamaların oksidasyon davranışlarının detaylı olarak incelenmesi için uygun sıcaklık aralığının 500-800°C olduğuna karar verilmiş ve bu aralıkta süreye bağımlı oksidasyon çalışmaları yürütülmüştür. Çalışmanın ikinci aşamasında cam ambalaj üretiminde kullanılması hedeflenen bu kaplamaların üretim koşullarına benzer şartlar altında sıcak cam ile olan etkileşimlerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda CETR UMT sistemi kullanılarak yeni ve basit bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Düzenekte kaplamalı çelik numuneler ve soda kireç camından üretilen toplar kullanılmıştır. Kaplamalı numuneler ve tutucuya yerleştirilen soda camı düzenekte yer alan fırın içerisine yerleştirilerek sıcaklık 600°C’ye ayarlanmıştır. Cam ambalaj üretim koşulları baz alınarak seçilen bu sıcaklık değerine ulaşılmasının ve tutucuda yer alan cam topun belirli bir yumuşama göstermesinin ardından, cam top ile numune birbirleri ile temas haline getirilmiş ve ardından belirli bir kuvvet uygulanmıştır. Cam ve kaplama malzemesi, kuvvet sabit kalacak şekilde belirli bir süre temas halinde bekletilmiş ve akabinde daha düşük bir çekme kuvveti uygulanarak cam ile kaplama arasındaki temas kesilmiştir. Bu yöntemle, yazılım tarafından kontrol edilen Fz değerleri baz alınarak farklı kaplama türleri ile cam arasında gerçekleşen yapışmanın ve ayrılmanın karakteri hakkında fikir sahibi olma ve kıyaslama yapabilme olanağı sağlanmıştır. Düzenekte gerçekleştirilen deneylerin ardından elde edilen kaplamalı numuneler ve cam topların yüzeyleri optik profilometre, SEM ve EDS analizleri yardımıyla incelenerek etkileşim esnasında meydana gelen reaksiyonlar irdelenmiştir. Gerçekleştirilen oksidasyon deneyleri sonucunda, akımsız Ni-P, Ni-B ve Ni-W-B kaplamaların oksidasyon davranışının yalnızca kaplamanın kendi özelliklerine değil, aynı zamanda taban malzeme ile kaplama arasında gerçekleşen difüzyon proseslerine de bağlı olduğu açık şekilde görülmüştür. Ni-P kaplamalar ile gerçekleştirilen incelemeler sonucunda literatürde yer alan verilere benzer sonuçlar elde edilmiştir. Kaplamaların oksitlenme hızının önemli seviyelere gelmesinde taban malzemede yer alan demirin yüzeye doğru difüzyonu önemli bir rol oynamaktadır. Süre ve sıcaklığa bağımlı olarak kaplama ile taban malzeme arasında bir ara difüzyon katmanının oluşumu söz konusudur. Yapılan analizler neticesinde kaplama yapısında bulunan fosforun bu ara difüzyon katmanında yer almadığı görülmüştür. Ni-B kaplamalarda karşımıza çıkan en önemli sonuç oksidasyonun devam etmesi ile birlikte yapıda bulunan borun, oksitler oluşturarak yapıdan uzaklaşmasıdır. 700 ve 800°C’de gerçekleştirilen deneyler sonucunda kaplama yüzeylerinde nikel borat yapılarının oluşumu gözlenmiştir. Ni-P kaplamalara benzer şekilde ni-B kaplamalarda da süre e sıcaklıkla kalınlığı artan ara difüzyon katmanlarının oluşumu kaydedilmiştir. Ancak Ni-P kaplamalar ile kıyaslandığında katman kalınlıklarını daha ince olduğu görülmüştür. Yine Ni-P kaplamalara benzer şekilde demirin yüzeye doğru difüzyonu söz konusudur ancak oksit oluşum hızı Ni-B kaplamalarda daha yavaştır. Ni-W-B kaplamalar genel olarak Ni-B kaplamalara benzer bir oksidasyon davranışı sergilemiştir. W katkısının en önemli getirisi ara difüzyon katmanının oluşumunda karşımıza çıkmıştır. Ni-W-B kaplamalarda oluşan ara difüzyon katmanlarının kalınlıkları Ni-B kaplamalara göre daha küçüktür. W’in demirin yüzeye doğru difüzyonunu önemli ölçüde yavaşlattığı da analizler sonucunda karşımıza çıkan bir diğer durumdur. Cam – kaplama etkileşimlerinin ele alındığı deneyler neticesinde bor bazlı nikel kaplamaların, fosfor bazlı nikel kaplamaya kıyasla, camla yapışma açısından daha iyi sonuçlar verdiği ifade edilebilir. Belirlenen parametrelerde gerçekleştirilen deneyler neticesinde uygulanan çekme yükü sonrasında Ni-P kaplamalar ile cam arasında ayrılmanın gerçekleşmediği görülmüştür. Ni-W-B kaplamalarda elde edilen ayrılma yükü ise Ni-B kaplamalara göre daha küçüktür. Bu durumun Ni-P kaplama ile camın yüksek sıcaklıkta etkileşimi esnasında oluşan fosfor oksitlerin iki yüzey arasındaki adezyonu arttırması sonucunda ortaya çıkmış olması muhtemeledir. Ni-B ve Ni-W-B kaplamalarda gerçekleştirilen incelemeler sonucunda ise kaplama – cam ara yüzeyinde bor oksit içerikli bir camsı fazın oluşumu söz konusudur. Ni-B ve Ni-W-B kaplamalarda bulunan borun artan sıcaklık ve süreye bağlı olarak kaplama yapısından uzaklaşması bu deneyler sırasında da gözlenmiştir. Bor bazlı kaplamalarda artan süre ile birlikte ayrılma yükünün azalması yapıda bulunan borun buharlaşması sonucunda meydana gelmiştir. Bu durumda kaplama yapısında bulunan borun yüksek sıcaklıklarda camla temas esnasında sergilediği bu davranış, uygulama açısından avantajlı bir durum olarak karşımıza çıkmaktadır. Gerçekleştirilen çalışmalar kapsamında elde edilen tüm bu bulgular, kaplamaların cam ambalaj üretiminde kullanımı sırasında meydana gelebilecek etkileşimlerin öngörülmesi ve buna bağlı önlemler alınması açısından son derece faydalı olmuştur. Üç farklı akımsız kaplamanın oksidasyon ve camla temas halindeki davranışlarının detaylı olarak incelendiği bu çalışma neticesinde, cam ambalaj üretiminde kullanım potansiyeli açısından gelecek vadeden en avantajlı kaplama türünün Ni-W-B kaplamalar olduğunu söylemek yanlış olmayacaktır.
-
ÖgeAlkali Ve Kurşun Alkali Sırların Yapısının Raman Spektroskopisi İle Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-12-16) Şimşek, Gülsu ; Geçkinli, A. Emel ; 409783 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringSır esas olarak SiO4 tetrahedralarının birbirine kısmen (polimerize) veya tamamen bağlı olduğu cam yapısına sahiptir. Sır içerisine ilave edilen katkı maddelerinin cinsi, miktarı ve aynı zamanda işlem sıcaklığı, Si-O bağlarını kopararak polimerizasyon derecesine ve dolayısıyla Si-O gerilme ve bükülme vibrasyon modlarına etki eder. Raman spektroskopi tekniği ile sır yapısında meydana gelen bu nano düzeydeki karakteristik değişimi saptamak mümkündür. Antika seramiklerin sırları, başlıca farklı bileşimde alkali ve kurşun oksit-alkali içeren sırlardır. Kireçli ve kalay oksit katkılı sırlar da farklı kültür ve dönemlerde kullanılmıştır. Son yıllarda Osmanlı seramik teknolojisinin aydınlatılmasına yönelik yapılan sınırlı sayıdaki analizlerde başlıca SEM-EDS yöntemi kullanılmıştır. “İznik” olarak tanımlanan seramiklerin İznik dışındaki kazılarda da ele geçmesi, nerede üretildikleri konusunda tartışma yaratmıştır. Bu çalışmada, Topkapı Sarayı Müzesi deposunda bulunan, menşei belli olmayan 46 adet çini ve seramik parçasının sır ve dekorları, SEM-EDS mikro analiz yöntemine paralel olarak mikro-Raman spektroskopi yöntemi ile analiz edilmiştir. Raman spektrumları ilk defa, mikro analiz sonuçları ile birlikte değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmalara, dört referans çinisi ile Fransa, Sevr Müzesinde bulunan ve sır bileşimleri bilinmeyen 13 adet seramik eser dâhil edilmiştir. Bu eserlerden ikisi imitasyondur. Bu çalışmanın sonuçları, farklı bileşimdeki sırların dolayısıyla antika seramiklerin tahribatsız yöntemle tasnifinde önemli bir referans niteliğini taşımaktadır.
-
ÖgeAluminyum Yüzeylerin Katodik Ark Bakır Ve Bakır Yüzeylerin Katodik Ark Aluminyum Plazma Kullanılarak Alaşımlandırılması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-04-14) Çorlu, Beril ; Ürgen, Mustafa ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringBu çalışmada, taban malzeme yüzeylerinin katodik ark plazma kullanılarak modifiye edilmesini hedefleyen yeni bir fiziksel buhar biriktirme (FBB) yöntemi sunulmuş ve katodik ark plazmanın taban malzeme ile etkileşimleri, tabana uygulanan bias voltajın etkileri dikkate alınarak incelenmiştir. Bu yöntem, bakır ve aluminyum iyonlarının sırasıyla aluminyum ve bakır taban malzemeleri üzerine ardışık olarak kaplanması (düşük bias voltajında, 150V) ve bombardımanı (yüksek bias voltajında,-1000V) ile gerçekleştirilmiştir. Bu teknik ile taban malzeme yüzeyini alaşımlandırma ihtimali ve kaplama-bombardıman aşamalarının bakır, aluminyum ve yüksek ve düşük demir içeren aluminyum alaşımları üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Ek olarak, proses sırasında kaplama ve bombardıman sürelerini ayarlayarak yüzeyde oluşacak fazların kompozisyon ve oranlarının kontrol edilebilirliği araştırılmıştır. Deneyler, sıcaklık 500°C’nin altında tutularak ve herhangi bir sıcaklık sınırı uygulanmaksızın gerçekleştirilmiştir. Yukarıda bahsedilen KA-FBB tekniği saf aluminyum taban malzemeler üzerinde bakır katod kullanılarak denenmiştir. XRD, SEM ve EDS analizleri sonuçlarına göre, 500°C’nin altında yapılan deneylerde taban malzemelerinin yüzeylerinde, α-Al, θ-Al2Cu and η2-AlCu fazlarını içeren intermetalikçe zengin yapılar oluşmuştur. Bu fazların çeşit ve miktarlarının yüzey işlemi sırasında uygulanan bombardıman süresine bağlı olarak farklılık gösterdikleri tespit edilmiştir. Bombardıman süresi uzadıkça, bakırca zengin yüzey katmanı aluminyum atomlarını yapısına alarak bir dizi katı hal dönüşümüne maruz kalmış ve sonuç olarak yüzeyde aluminyumca zengin fazlar oluşmuştur. Taban malzemesi olarak saf aluminyumun kullanıldığı ve sıcaklık sınırı uygulanmaksızın gerçekleştirilen deneylerde ise yüzeyde α-Al and θ-Al2Cu ötektik karışımı oluşmuştur. Ek olarak, bakır dropletlerin etrafında az miktarda hiper-ötektik ayrışmalar tespit edilmiştir. Ağırlıkça %0.3 ve %1 demir içeren aluminyum alaşımlarının yüzeyleri de bakır katod kullanılarak KA-FBB tekniği ile modifiye edilmiştir. 500°C’nin altında yapılan deneylerde, her iki taban malzemenin yüzeyinde de intermetalikçe zengin yapılar oluştuğu gözlemlenmiştir. XRD, SEM and EDS incelemeleri, ağırlıkça %0.3 demir içeren taban malzemesinin yüzeyinin, tür ve oranları uygulanan bombardıman süresine bağlı olarak değişen θ-Al2Cu, η2-AlCu ve α-Al fazlarından oluştuğunu göstermiştir. Bu deneylerde de, yukarıda bahsedilen uzun bombardıman süresinin yol açtığı katı hal dönüşümleri gerçekleşmiştir. Ağırlıkça %1 demir içeren taban malzemesinin yüzeyinde ise θ-Al2Cu and ω-Al7Cu2Fe fazlarının oluştuğu tespit edilmiştir. KA-FBB prosesinin bombardıman aşaması sırasında ortaya çıkan ısıtma etkisi taban malzemenin halihazırda yapısında bulunan demirin yüzeye doğru yayınmasına ve dolayısıyla ω-Al7Cu2Fe fazının oluşmasına yol açmıştır. Ağırlıkça %0.3 ve %1 demir içeren aluminyum alaşımları üzerinde gerçekleştirilen ve herhangi bir sıcaklık kısıtlaması uygulanmayan deneylerde ise yüksek (-1000V) ve düşük (-150V) bias voltajı uygulandığında taban malzeme yüzeyleri sırasıyla erimiş ve katılaşmışlardır. Numune yüzeylerinde α-Al ve θ-Al2Cu fazlarını içeren ötektik benzeri yapılar ve demir içeren üçlü fazlar elde edilmiştir. Yüzey işlemi sırasındaki bombardıman etkisi yüzeyin erimesine ve tabanda bulunan demirin yüzeye doğru daha etkin yayınmasına yol açarak yüzeyde ciddi bir demir zenginleşmesine sebep olmuştur. Son olarak yüksek safiyetteki bakır taban malzemelerin yüzeyleri aluminyum plazma kullanılarak modifiye edilmiştir. Toplam bombardıman süresi uzun olan deneyde yüzeyde martensitik β1-AlCu3 yapısı ve (Cu) katı çözeltisi oluşmuştur. Bu fazlara ek olarak yapıda çok az miktarda γ1-Al4Cu9 intermetalik fazı da bulunmaktadır. Daha kısa toplam bombardıman süresi uygulandığında ve her döngüde numunenin üzerine kaplanan aluminyum miktarı arttırıldığında yüzeyde ağırlıklı olarak γ1-Al4Cu9 intermetalik fazı oluşmuştur. Numune-modifiye edilmiş yüzey arayüzeyinde ise martensitik β1-AlCu3 fazının oluştuğu gözlemlenmiştir. Bahsedilen yüzey modifikasyonlarının oluşum temelindeki mekanizmalar, fiziksel metalurji prensipleri kullanılarak tartışılmış ve bu yüzey modifikasyon tekniğinin yüzey alaşımlandırma ve intermetalikçe zengin yüzey oluşturmadaki potansiyeli ortaya konmuştur.
-
ÖgeB4c Esaslı Kompozitlerin B4c/me Başlangıç Tozlarından Hareketle Spark Plazma Sinterleme (sps) Yöntemi İle Üretilmesi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-02-22) Cengiz, Meral ; Şahin, Filiz ; 10102990 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringB4C, elmas ve kübik bor nitrürden sonra bilinen en sert malzeme olup, yüksek aşınma direncine, yüksek nörtron absorblama özelliğine, yüksek kimyasal dirence ve düşük yoğunluğa sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı B4C seramikleri, havacılık-uzay uygulamalarından, askeri amaçlı zırh sistemleri ve nükleer uygulamalara kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir. Kovalent bağlı kristal yapısı, 2450 °C lere varan çok yüksek ergime sıcaklığı ve düşük self difüzivitesi nedeniyle belirtilen üstün özelliklere sahip B4C malzemeler, ancak yüksek sıcaklık ve basınç uygulamaları ile üretilebilmektedir. Yüksek rölatif yoğunluğa sinterlenebildiğinde bile B4C’ün en önemli mekanik zayıflığı kırılma tokluğunun düşük olmasıdır. Bu doktora çalışmasında, savunma sanayine ve nükleer uygulamalara yönelik B4C’ün kırılma tokluğu, yapıya farklı ergime sıcaklığına ve yoğunluklara sahip metalik katkılar ilave edilerek yükseltilmeye çalışılmış, bununla birlikte enerji sanayine yönelik B4C’ün nötron absorpsiyonunun yanında gama ışımalarına karşı radyasyon kalkan özelliğini geliştirip geliştirmediği incelenmiştir. Bu tez çalışması kapsamında bor karbür-metal toz karışımlarından hareketle tek kademeli spark plazma yöntemi ile kompakt yapıların üretilmesi ve proses parametrelerinin optimizasyonu sağlanmış ardından elde edilen veriler yardımıyla ve üretilen seramik ve kompozitler kullanılarak fiziksel, mekanik ve nükleer karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu doktora çalışmasında deneysel çalışmalar kapsamında İstanbul Teknik Universitesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliğinde 2007 yılında kurulumu tamamlanan 20.000 A kapasiteli SPS 7.40 MKVII, SPS Syntex Inc. cihazı kullanılarak 50x50 mm kare kesitli 5 mm kalınlığındaki kompozitlerin üretimi gerçekleştirilmiştir. İlk defa uç ürüne uygun boyutta ve kare geometride üretilmesi sağlanmış bu ürünlerin kenar ve merkez bölgelerinin fiziksel ve mekanik özelliklerinin farklılıkları incelenmiş, numunelerin nötron ve gama ışımalarına tabi tutulması sağlanarak radyasyon kalkan özellikleri belirlenmiştir. Radyasyon ile ilgili test ve karakterizasyonlar, İTÜ Enerji Enstitüsü, Radyasyondan Korunma ve Radyoekoloji Araştırma Grubu tarafından gerçekleştirilmiştir. Farklı bor karbür-metal toz karışımlarından hareketle, üstün özellikli B4C-metal kompozitlerinin kısa süre ve düşük sıcaklık avantajı ile tek kademede üretilmiş, böylece ürünlere mevcuta göre istenmeyen ara fazların minimize edildiği, geliştirilmiş özellikler kazandırılması sağlanmıştır. Bor karbürün, söz konusu metallerle, uygun sıcaklıklarda spark plazma sinterleme sonucu elde edilen ürünlerde hangi fazların oluştuğu X-ışınları difraktometresi yardımı ile belirlenmiştir. Uygun görülen sıcaklıklarda oluşması beklenen fazlar, önce B-C-Me denge diyagramlarında ilave ettiğimiz metal oranına göre hangi faz bölgesinde kalınacağını anlamak için, B, C ve metal içerikleri miktarsal olarak hesaplanarak, oksijen içerikleri belirlenmiş ardından Fact Sage 7 Termo Kimyasal programı ile başlangıç malzemelerinin miktarları da dikkate alınarak, oluşması muhtemel fazlar simüle edilmiştir. Birbirinden farklı ve düşük yoğunluklu, farklı ergime sıcaklığına sahip metal ilaveleri kullanılarak (Al, Si ve Ti), hacimce farklı oranlarda (%5, 10, 15 ve 20) HS kalite H.C. Starck marka B4C tozuna katılarak sıcaklık, uygulanan basınç, ısıtma hızı, sinterleme süresi ve kullanılan atmosfer gibi farklı parametreler kullanılarak üretimler gerçekleşmiştir. Grafit kalıplardan çıkarılan numuneler kumlama ile yüzeyleri temizlendikten sonra, fiziksel, mekanik ve radyasyon karakterizasyon işlemlerine tabi tutulabilmek için uygun boyutlara elmas disk yardımıyla kesilmiştir. Numunelerin yoğunluğu Archimed’s prensibi kullanılarak ölçülmüştür. Numuneler elmas çözeltiler kullanılarak parlatılmış sertlik ve kırılma toklukları indentayasyon tekniği ile ölçülmüştür. Tüm numunelerde faz dönüşümü, X-ışınları difraktometresi ile takip edilmiştir. Mikro yapı çalışmalarında alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu kullanılmıştır. B4C- Al kompozitleri için çeşitli deneylerde sıcaklık 1370 ile 1450 °C arasında değiştirilirken, spark plazma sinterleme süresi, 0, 2, 4 ve 8 dak. olarak ve ısıtma hızları ise 100 ve 200 °C/dak. olarak denenmiştir. B4C-%5 Al karışımlarının 100 °C/dak. ıstma hızı, 1450 °C, 4 dak. süreyle 40 MPa basınç uygulanarak gerçekleştirilen SPS deneylerinde rölatif yoğunluk %100’e yükselirken, numunelerde 29,7 GPa sertlik ve 3,36 MPa.m1/2 kırılma tokluğu değerleri elde edilmiştir. 100 °C/dak. ısıtma hızı, 1410 °C SPS sıcaklığı, 4 dak. SPS süresi ve 40 MPa basınç uygulanarak üretilen % 10, % 15 ve % 20 Al içeren numunelerin rölatif yoğunluk değerleri % 97,9, % 97,9 ve % 98,3 olarak ölçülmüş olup, artan Al içeriği ile sertlik değeri 29,6 GPa’dan 28,9 GPa’a değişmiştir. Kırılma tokluğu değeri ise 4,45 MPa.m1/2 değerine ulaşmıştır. B4C- hac. %5 Si kompozitleri için çeşitli deneylerde sıcaklık 1300 °C, 1400 °C ve 1500 °C olarak değiştirilirken, spark plazma sinterleme süresi, 0 ve 4 dakika olarak ve uygulanan basınç 40 ve 60 MPa olarak değiştirilmiştir. Başlangıç tozlarındaki Si içeriği %10, %15 ve %20’ye yükseltilerek deneyler 1500 °C’de 40 MPa’da yapılmış; %15 Si ve %20 Si içeren numuneler ergiyerek kalıba yapıştığından, sıcaklık %15 ve %20 Si içeren numuneler için 1450 °C’a düşürülmüştür. Artan Si içeriği ile merkez-kenar arasındaki yoğunluk farkları azalmış, yoğunluk değerleri yükselmiştir. Sertlik değerleri yüksek yoğunluğun elde edildiği merkez bölgelerde 28 GPa’a kadar yükselirken kenar bölgelerde en yüksek sertlik 22 GPa olarak ölçülmüştür. Kırılma tokluğu 3,42-3,32 MPa.m1/2 aralığında değişmiştir. B4C-Ti kompozitlerinde; hacimce %5 Ti içeren numunelerde rölatif yoğunluk değerleri 1450 °C’de % 83,1 iken hac. %20’ye kadar artan Ti ilavelerinde bu değer %98,6’ya yükselmektedir. Ti miktarının yoğunluk üzerindeki etkisine benzer olarak, B4C-Ti kompozitlerinin rölatif yoğunlukları spark plazma sinterleme sıcaklığının yükseltilmesiyle artış göstermektedir. Merkez ve kenar bölgeler arasındaki rölatif yoğunluk farkının azalması sonucu artan sıcaklığın ve Ti miktarının homojenizasyona olumlu etkide bulunduğu belirlenmiştir. Ti metalinin ergime sıcaklığı bor karbür ana matris fazının ergime sıcaklığından daha düşük olduğundan spark plazma sinterleme sırasında, Ti, bor karbür taneleri arasındaki boşluklarda, ergiyerek sıvı faza geçmekte, B4C ile reaksiyona girmekte ve yapısına B’u alarak, TiB2 oluşturmaktadır. Artan Ti miktarlarına bağlı olarak sertlik değerleri %5 Ti içeren numunelerde 29,68 GPa’dan %20 Ti içeren numunelerde 25,32 GPa’a düşmüştür. TiB2’ün sertliği (24-29 GPa), B4C’ün sertliğinden (32-36 GPa) daha düşük olduğundan yapıdaki TiB2 miktarının artması kompozitin sertliğinin azalmasına neden olmuştur. B4C -TiB2 kompozit numunelerine Ti ilavesi arttıkça yapıda oluşan TiB2 miktarı yükselmekte, kırılma tokluğu değeri de artış göstermektedir. 1550 °C’da artan Ti katkısı ile kırılma tokluğu değeri 5,4 MPa.m1/2 değerine kadar artarken, en yüksek kırılma tokluğu değeri 1500 °C’da sinterlenmiş % 20 Ti katkılı numunede 5,9 MPa.m1/2 olarak ölçülmüştür. Kırılma tokluğundaki bu artış, yapıda oluşan TiB2’nin ana matris olan B4C’den farklı termal genleşme katsayısına sahip olması ve soğuma sırasında termal genleşme farklılıklarının sebep olduğu gerilmeler, mikro çatlaklar, TiB2 tanelerinin çatlak yönünü değiştirmesi ve çatlağın enerjisini absorblaması şeklinde açıklanabilmektedir. B4C-Ti, B4C-Si ve B4C-Al kompozitlerinin gama radyasyonu zırhlama özellikleri incelendiğinde bor karbür içerisine titanyum, silisyum ve aluminyum katkılarının yapılması ile malzemelerin yoğunluk değerlerinde artış görülmüştür. Bu artışa bağlı olarak Cs-137 gibi Co-60 gama radyasyonu içinde katkılarının yapılması ile saf bor karbüre oranla daha düşük kalınlık ve hacimli bir zırhlama imkânı ortaya çıkmaktadır. B4C-Ti, B4C-Si ve B4C-Al kompozit malzemelerinin, termal nötronlar karşısındaki YDK değerleri incelendiğinde saf B4C için 0,973 cm olan değerin, hac. %20 Ti katkılı numuneler için 1,674 cm, % 20 Si katkılı numunelerde 1,953 cm ve %20 Al katkılı kompozitte 1,868 cm değerine kadar yükseldiği görülmektedir. Ti atomunun ağırlığının Al ve Si atomlarına göre yüksek değerde olması sebebiyle ortamdaki elektron yoğunluğunun en yüksek değerinin titanyum katkısı ile sağlanması gama radyasyonu karşısında Ti katkılı malzemelerin daha yüksek zırhlama kabiliyetine sahip olmasının nedeni olarak belirlenmiştir. Gama radyasyonunun aksine, termal nötronlar için bor karbür malzeme içerisine titanyum, silisyum ve aluminyum katkılarının yapılması malzeme içindeki mevcut B4C oranını ve bağlantılı olarak Bor-10 izotopu oranını düşürmekte olduğundan daha düşük radyasyon zırhlama özelliği göstererek YDK değerlerini arttırmaktadır. Her üç metalik katkı malzemesi, radyasyon zırhlama açısından kıyaslandığında, atom ağırlığı yüksek olan titanyumun, gama ve nötron zırhlamasında Al ve Si metallerine göre daha etkin bir gama zırhlaması sağlarken, nötron zırhlamasındaki negatif etkisinin diğer iki metalden daha düşük olduğu görülmektedir.
-
ÖgeBakırın Katodik Ark Alüminyum Plazma İşlemi İle Al-cu Bileşiklerinin Üretimi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011-10-03) Arpat, Erdem ; Ürgen, Mustafa ; 413559 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringBu çalışmada, katodik ark fiziksel buhar biriktirme (KA-FBB) tabanlı bir iyon kaynağı değişen bias voltajları etkisi ile taban malzemeye biriktirilip bombardıman edilmiştir. İyon bombardımanı etkisi ile altlık yüzeyinde boşluk ve hatalar oluşturulmuş, çarpışma şelaleleri ve beraberindeki ısıl odaklar ile sıcaklığı artan yapıya biriktirilen tabakanın daha hızlı yayınması sağlanmıştır. Örnek olarak Al-Cu ikilisi kullanılmıştır. Çalışmada, 25 ve 50 mikron bakır folyo taban malzemeye ile 30 ve 60 sn/ 6 sn sürelerince tekrarlı olarak -50 ve 150 V/ -300 ve 500 V bias voltajlarının etkisi ile alüminyum biriktirilmesi/ bombardımanı uygulanmıştır. 30 ila 130 dakika toplam sürelerince kaplama/ bombardıman işlemi uygulanmıştır. Homojenizasyonun sağlanması için vakum ortamında 700 ̊C de 1, 6 ve 24 saat sürelerince tavlama ve kontrollü soğutma işlemi uygulanmıştır. Asimetrik ve simetrik geometriler kullanılarak x-ışını difraksiyon tayfları alınmış, yüzey ve kesitten SEM ve EDS ile inceleme ve noktasal ve çizgisel elementel analizler alınmıştır. alfa1-Cu, beta1-AlCu3, gamma1-Al4Cu9, delta-Al2Cu3 ve eta2-Al3Cu4 fazlarının elde edildiği tespit edilmiştir. Kesitleri parlatılmış numunelerin mikro sertlikleri alınmıştır. Alüminyum içeriğinin artışı ile sertlik değerlerinde artış gözlenmiştir.
-
ÖgeBazı Nadir Toprak Metal Hekzaborür Tozlarının Ve Sinter Ürünlerinin Sentezlenmesi, Geliştirilmesi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-10-23) Ağaoğulları, Duygu ; Duman, İsmail ; 10043986 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringBu tez çalışması, oda sıcaklığında gerçekleştirilen mekanokimyasal yöntem ile LaB6, CeB6 ve SmB6 tozlarının sentezlenmesini içermektedir. Bu nadir toprak hekzaborürlerin sentezlenmesinde, La2O3, CeO2 ve Sm2O3 oksitli hammaddelerinden yola çıkılmıştır. Proseste, bor kaynağı olarak yerli bir hammadde olan B2O3 tozu, indirgeyici ajan olarak ise Mg tozu veya alternatif Ca granülleri kullanılmıştır. LaB6 tozlarının mekanokimyasal yöntemle optimum üretim koşullarının saptanması için öğütme süresi, bilya-toz ağırlık oranı, öğütücü tipi ve proses kontrol ajanı parametrelerinin etkileri incelenmiştir. CeB6 ve SmB6 tozlarının mekanokimyasal sentezi ise LaB6 tozlarının sentezlenmesi sırasında belirlenen optimum proses parametreleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Mekanokimyasal olarak sentezlenen tozlar selektif HCl liçine tabi tutulmuş ve böylece polikristalin LaB6, CeB6 and SmB6 tozları, 50-90 nm ortalama tane boyutu aralığında ve minimum % 99,99 safiyette elde edilmiştir. Laboratuvar ölçekte sentezlenmiş LaB6, CeB6 and SmB6 tozları mikroyapısal, fiziksel (yoğunluk ve yüzey alanı) ve magnetik özellikler açısından birbirleri ve piyasadaki ticari tozlar ile karşılaştırılmıştır. Takiben LaB6, CeB6 and SmB6 tozları soğuk presleme ve basınçsız sinterleme prosesleri ile sinter ürün haline getirilmiştir. Sinterlenmiş LaB6, CeB6 ve SmB6 numunelerinin; mikroyapı, yoğunluk, elektriksel direnç, yüzey pürüzlülüğü, sürtünme katsayısı, sertlik ve aşınmadan kaynaklanan relatif hacim kaybı özellikleri araştırılmış ve birbirleri ve ticari eşdeğerleri ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, bu çalışmada Türkiye’ nin sahip olduğu zengin bor kaynaklarının (dünya bor rezervlerinin % 72’si) ülke için katma değer yaratabilecek ileri teknoloji bor ürünlerine dönüştürülmesi olanakları araştırılmıştır.
-
ÖgeBitmiş Lityum İyon İkincil Pillerinden Metalik Değerlerin Geri Kazanımı Ve Fray-farthıng-chen (ffc) Cambrıdge Prosesi İle Metalik Kobalt Üretimi(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Aktaş, Serdar ; Açma, M. Ercan ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringBu tez çalışmasında, bitmiş lityum iyon ikincil pillerinden metalik değerlerin geri kazanım şartları incelenmiştir. Yeniden kullanılabilir malzemeleri maksimum seviyede geri kazanmak ve böylece bitmiş pillerin çevreye yapacağı kirliliği minimuma indirmek amaçlanmıştır. Sülfürik asit ve hidrojen peroksit ortamı içerisinde çözümlendirilen kobalt, iki aşamada geri kazanılmıştır. Birinci aşamada, çözeltideki kobalt iyonları, 3:1 etanol/çözelti hacimsel oranında etanol ilavesiyle CoSO4 şeklinde %92 verim ile çöktürülmüştür. Etil alkol, çözeltideki sülfat ligant bağlarının kırılmasını sağlayarak kobaltın, kobalt sülfat tuzu (CoSO4) şeklinde çökmesini sağlamıştır. İkinci aşamada etanol ile çökmeyip çözeltide bulunan kobalt iyonları, lityum hidroksit ile pH’nin 10’a getirilerek kobalt hidroksit (Co(OH)2) şeklinde çöktürülmüştür. Çözeltideki lityum iyonları da sülfürik asit ile asitlendirildikten sonra 3:1 etanol/çözelti hacimsel oranında etanol ilavesiyle %98 verim ile lityum sülfat (Li2SO4) şeklinde çöktürülmüştür. Benzer şekilde çözeltideki bakır iyonları 3:1 etanol/çözelti hacimsel oranında etanol ilavesiyle %96’lık bir verim ile bakır sülfat (CuSO4.3H2O) şeklinde geri kazanılmıştır. Etanol katkılı sülfat çöktürme tekniği ile metallerin başlangıç konsantrasyonlarına bağlı olarak seçimli olarak çöktürüldükleri gösterilmiştir. Alüminyum ise %99’luk bir verim ile alüminyum hidroksit (Al(OH)3) şeklinde çöktürülmüştür. Tez çerçevesinde deneylerle optimize edilmiş bu proses, satılabilir kalitede ürün üreten ve çevre sorunu yaratmayan bir prosestir. Üretilen kobalt sülfat, daha sonra 1100oC’de ısıl işlem görerek kobalt okside dönüştürülmüştür. Bu üretilen kobalt oksit de çeşitli numune hazırlama işlemlerinden geçirildikten sonra Fray-Farthing-Chen (FFC) Cambridge prosesinde işlem görmüştür. Katodun kobalt oksit, anodun grafit, elektrolitin %1’den az CaO içeren CaCl2 olan ve işlem sıcaklığı 900oC olan FFC Cambridge prosesinde çeşitli voltaj değerleri tatbik edilerek kobalt oksitten metalik kobalt üretimi optimize edilmiştir. Akım verimleri ve içerdiği kalıntı oksijen miktarları göz önüne alındığında 0,7-1,1voltaj değerlerinde en iyi sonuç elde edilmiştir. Bu voltaj değerlerinde 1000 ppm’in altında kalıntı oksijen içeren ve %80 ve üstü akım verimleri ile metalik kobalt başarılı bir şekilde üretilmiştir. Bu yöntemle kobalt oksitten kobalt üretimi, ilk defa bu tez çerçevesinde gerçekleştirilmiştir.
-
ÖgeCombustion synthesis and characterization of molybdenum and boron containing multicomponent composite materials(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Rahimi Moghaddam, Sevinch ; Derin, Cevat Bora ; 10280654 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringGünümüzde, dünya tungsten madeni üretiminin %85'ini karşılayan Çin Halk Cumhuriyeti'nin, iç piyasasındaki aşırı talepler ve ihracatta uyguladığı tekelci politikası nedeniyle, az veya hiç tungsten içermeyen yüksek sıcaklık, aşınma ve korozyona dayanıklı alternatif malzemelere olan arayış hızlanmıştır. Bu bağlamda, özellikle tungsten karbür – kobalt (WC-Co) gibi metal matrisli kompozitlere alternatif olabilecek Mo2NiB2-Ni, Mo2FeB2-Fe, MoCoB-Co gibi üçlü borür bazlı sermetler (Ternary Boride Based Cermets -TBBCs) mükemmel mekanik, aşınma, korozyon dayanımı gösteren malzemeler olup, günümüzde çok yeni çalışılan konular arasındadır. Reaksiyon borlayıcı sinterleme (reaction boronizing sintering) yöntemiyle üretilen bu yeni sermetlerin üretim aşaması sırasıyla bilyalı değirmende pahalı saf metal veya karbonil (Mo, Ni, Cr, Fe..) ve ikili borür tozların (Ni2B,VB…) karıştırılması, kurutulması, granüle edilmesi, preslenmesi ve sinterlenmesi kademelerini içermektedir. Bu tez çalışmasında, bu metal matrisli kompozitlerin, kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi (self-propagating high temperature synthesis - SHS) yöntemiyle daha ucuz, kolay ve saniyelerle ifade edilebilecek şekilde hızlı üretilebileceğini ön görmekteyiz. Önerilen SHS metodunda, altı reaksiyon safhası birkaç saniye içerisinde tamamlanan tek bir süreç adımından oluşmaktadır. Bunlar; i) metal oksitler ve bor oksitin Al ile redüksiyonu, ii) yüksek miktardaki ısı enerjisinin ortaya çıkışı, iii) redüklenmiş metal matrisin erimesi (Ni, Fe veya Co), iv) ilave edilmiş üçlü borürlerin sentezi (Cr, V, Nb, Mn, Ta gibi elementler içeren Mo2NiB2, MoCoB veya Mo2FeB2), v) oluşan borürlerin metal matris içerisindeki dispersiyonu, ve vi) faz ayırımı (sermet-curuf) ve soğumadır. Açık atmosferde gerçekleştirilen SHS deneylerinde, güç kaynağından direnç teline elektrik verilip, direnç telinin şarjı tetiklemesiyle reaksiyon başlamıştır. Potanın soğumasının ardından, metal ve curuflar kırılarak ayrılmış ve analiz işlemleri uygulanmıştır. Adyabatik şartların geliştiği bu sistemlerde oluşan ısının tümünün sıcaklığa çevrildiği varsayılmaktadır. Ekzotermik SHS reaksiyonları sırasında açığa çıkan enerji, reaksiyonların sıcaklıklarını arttırmakta ve bu sıcaklıklarda molibden, nikel, demir, kobalt ve bor sıvı fazda bulunmaktadır. İlk aşamada, çeşitli termokimyasal veritabanlarıyla olası SHS ürün kompozisyonlarının ve adyabatik sıcaklarının tahmini sonrası, SHS deneylerinde, başlangıç karışımında farklı metal oksitlerin oranları, redükleyici ilaveler ve ısı bastırıcı etkileri incelenmiştir. Elde edilen ürünler spektral analiz, atomik absorbsiyon spektrometresi (AAS), X-ışınları floresans (XRF), X-ışınları difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dispersif spektrometresi (EDS) , mikro sertlik ve diğer mekanik test yöntemleriyle karakterize edilmiştir. İkinci aşamada, Cr, V ve Mn gibi elementlerin ilavesiyle elde edilmiş Mo2NiB2-Ni, Mo2FeB2-Fe, MoCoB-Co sermetlerin ucuz hammaddelerden yola çıkarak kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu yaklaşım bu metal matrisli kompositlerin tek adımda üretimine (in-situ SHS, yerinde SHS) imkan sağlamıştır. Üçüncü aşamada, tavlama ve vakum ortamında ergitme gibi proseslerin elde edilen malzemelerin mikroyapısı, sertliği ve fazları üzerinde etkisi incelenmiştir. Mo-Ni-B sistemi üretimindeki ilk çalışmalarda, farklı miktarlarda redükleyici Al ilavesinin (stokiyometrik x0.85-1.15) ve toplam şarj ağırlığının %10'una kadar Al2O3 ilavesinin etkisi araştırılmıştır. Stokiyometrinin 1.05 katı Al ve toplam şarj ağırlığının %5'i kadar Al2O3 ilavesi en yüksek kazanım verimi (~%82) olarak bulunmuştur. Kullanılan oksit oranlarının mikroyapı ve faz içeriğine olan etkilerinin araştırıldığı deneylerde NiO, Fe2O3, CoO ve B2O3 oranları değiştirilmiştir. Ancak elde edilen veriler sonucunda, her ne kadar istenilen intermetalik oluşumlar elde edilebilse de, Mo-Ni-B, Mo-Fe-B ve Mo-Co-B sistemi ürünlerin çoğunda yüksek miktarda redükleyici olarak kullanılan alüminyuma (≤ ağ.% 16 Al) ve ısıtma telinden gelen bakıra (≤ ağ.% 6 Cu) rastlanmıştır. Ayrıca, bu ikili intermetaliklerin oluşum esnasında çıkardığı ilave ısı (ekzotermik) adyabatik sıcaklığı daha da yükselttiği; dolayısıyla boroksitin ve diğer oksitlerin bir kısmının redüklenmeden buharlaşmasına neden olduğu görülmüştür. Ürünlerde istenmeyen Al ve Cu birikimlerini minimize etmek amacıyla bazı değişikliklere gidilmiştir. Öncelikle Cu içeriğini azaltmak amacıyla, reaksiyonu başlatan tungsten direnç telinin bakır tel ile birleşim noktaları alümina termoçift kılıf içerisine gizlenmiştir. Bu sayede bakır tellerin yüksek sıcaklıktaki ergimiş alaşımla teması kesilmeye çalışılmıştır. Ürün içerisinde kalan Al'u gidermek için ise, her bir hammadde bileşimi için termokimyasal hesaplama yöntemiyle, ayrı ayrı çalışmalar yapılmıştır. Böylece, stokiyometrik ve katları Al ilavesi yerine, en yüksek ürün veriminin ve içerisinde en az Al'un çözüneceği şartlar hesaplanarak yüksek miktarda B2O3ve düşük miktarda redükleyici Al kullanılmıştır. Mo-Ni-B, Mo-Fe-B ve Mo-Co-B sistemlerinde Al içeriği yaklaşık olarak %2-3 arasına, Cu içeriği ise %0.07-0.5 arasına kadar başarıyla indirilebilmiştir. İstenilen Mo2NiB2, Mo2FeB2, Mo2CoB2 fazları başarıyla elde edilmiştir. Mo-Ni-B, Mo-Fe-B ve Mo-Co-B sistemi ürünlerinde ortalama sertlik değeri 950 -1100 HV arası bulunmuştur. İki 48Mo-46.5Ni-4.5B ve %34Mo-%60-%5B kompozisiyonu, ayrıca tekrar ergitmenin ve homojenizasyonun etkilerinin incelenmesi amacıyla vakum ark ergitme cihazında ergitilmiştir. NI14M ve Ni15M olarak isimlendirilen bu ürünler, birkaç kere vakuma alma-argon verme işlemi sonrasında ergitilmiş, ardından XRF, SEM, XRD ve sertlik testlerine tabii tutulmuştur. Bu ürünler üzerinde vakum ark ergitme ile yapılan homogenizasyon deneyleri sonucunda serlik değerlerinde yaklaşık 100 HV değerinde azalma olmuştur. Bu durum, ergitme sonrası numunelerin daha tok yapıya dönüştüklerinin göstergesi olmuştur. Cr, Mn ve V ilaveleri gerçekleştirilmiştir. Mo2NiB2 fazı içersine özellikle Cr ilave edildiğinde M3B2 olarak tarif edilen (Mo-Ni-Cr)3B2 tipi faz oluşmuştur. Bu faz ortorombik Mo2NiB2 fazından farklı olarak tetragonal yapıdadır. Mo-Ni-B-X (X=Cr, Mn veya V) sistemlerinde alaşım ilavesiz ürüne (908.7 HV) göre sertlik değerlerinde bir miktar azalma olduğu görülmüştür. Mo-Fe-B-X (X=Cr, Mn veya V) sistemlerinde içerisinde Mn ilavesi 996.7 HV ile en yüksek sertlik değeri göstermiştir. Mo-Co-B-X (X=Cr, Mn veya V) sisteminde tüm alaşımlar içerisinde Mn ilaveli (1249.8 HV) numune en yüksek sertlik değeri göstermiştir. Pota içerisinde konan hammadde toz karışımının reaksiyon öncesi sıkıştırma çalışmalarında 0-60 bar arası yük kullanılmıştır. Ancak metal kazanım verimine bu yükün büyük bir etkisi olmadığı anlaşılmıştır. Sonuçlar, farklı parametrelerin kalıntı Al, mikroyapı, faz bileşimi ve kütle (bulk) numunelerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisine ilişkin olarak tartışılmıştır. Hem B2O3 / Al oranının (0.28'den 0.72'ye kadar) hem de MoxOy / MoO3 oranının (0.58'den 1.5'e kadar) arttırılması, kalıntı Al miktarını önemli ölçüde azaltmış ve ürünlerdeki üçlü borür fazlarını arttırmıştır. SHS ile sentezlenen 46.5Mo-47.5Ni-5.5B ve 60Ni-35Mo-5B kompozitlerde, yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci, en düşük kalıntı Al ve yüksek miktarda Mo2NiB2 fazı görülmüştür. Bu kompozitler, Mo2NiB2 takviyeli Ni3Al / Ni20Al3B6 matristen oluşmuştur Mo-Ni-B, Mo-Fe-B ve Mo-Co-B sistemlerinde kompozitlerin mikrosertlik değerleri 1300 HV'ye kadar ulaşılmıştır.
-
ÖgeÇok Katmanlı Cysz / Al2o3 Ve Cysz / Al2o3+ysz Termal Bariyer Kaplamaların Üretimi Ve Isıl-mekanik özelliklerinin Belirlenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-02-25) Dokur, Mehmet Mümtaz ; Göller, Gültekin ; 10064761 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringTermal bariyer kaplamalar, uçak ve endüstriyel motorların yüksek sıcaklık ortamlarında kullanılmaktadır. Bu kaplamalar gün geçtikçe kullanım oranı artan ileri düzey bir malzeme sistemidir. Özellikle temel bileşenlerin yüzey sıcaklığını düşürerek motorların kararlığını arttırma yeteneğine sahip olan bu sistem, gaz türbinlerinin parçalarında kullanılmaktadır. Süper alaşımlı bileşenlerden oluşan parçalar, ergime sıcaklıklarının üzerindeki sıcaklıklara maruz kaldıklarından termal bariyer kaplama kullanımı, gaz türbinlerinin verim ve performansında önemli artış sağlamaktadır. Bu teknoloji, motorların itme verimliliğini arttırması nedeniyle en önemli ve etkili gelişmelerden biri olarak kabul edilmektedir. Termal bariyer kaplamalarda, katkılı ya da stabilize edilmiş tek katmanlı, fonksiyonel derecelendirilmiş ve çok katmanlı seramik üst kaplamalar kullanılmaktadır. Termal iletkenliği düşürmek ve oksidasyon korumasını geliştirmek için çok tabakalı kaplamalar kullanılır. Bu tip kaplamadaki prensip farklı özelliklere sahip iki malzeme ile iki ya da daha fazla tabakanın oluşturulmasıdır. Tek bir malzemenin termal bariyer kaplamalar için tüm ihtiyaçları karşılamasının mümkün olmaması nedeniyle, çok tabaka kavramı geliştirilmiş ve bu sistemlerin termal bariyer kaplamaların termal şok ömrünü iyileştirdiği yapılan çalışmalarda ifade edilmiştir. Bu amaçla CYSZ (seryum-itriya stabilize zirkonya), Al2O3 ve YSZ (itriya stabilize zirkonya) tozları kullanılarak 4, 8 ve 12 katmanlı CYSZ / Al2O3 ve CYSZ / Al2O3+YSZ çok katmanlı termal bariyer kaplamalar üretilmiştir. Bunun için paslanmaz çelik altlık malzemesi üzerine HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) prosesi ile bağlanma katmanı (NiCoCrAlY) kaplanmıştır. Seramik üst katmanların üretilmesi için APS (Atmospheric Plasma Spraying) prosesi kullanılmıştır. Üretilen numunelere mikroyapı karakterizasyonu, ısıl iletkenlik testi, ısıl çevrim dayanımı testi ve yapışma mukavemeti testi yapılmıştır. CYSZ / Al2O3 ve CYSZ / Al2O3+YSZ çok tabakalı termal bariyer kaplamalarda mikroyapı karakterizasyonu ile metalik bağlanma katmanının ve seramik üst katmanın kalınlık değerleri belirlenmiştir. Metalik bağlanma katmanı için kalınlık değeri 100 ±10 µm ve seramik üst katmanlar için ise toplam kalınlık 400 ±20 µm olarak ölçülmüştür. Ayrıca üretim ve ısıl çevrim testi sonrasında katmanların birbirine ve altlık malzemeye olan yapışması incelenmiştir. CYSZ / Al2O3 çok tabakalı termal bariyer kaplamada tabaka sayısının artmasıyla ısıl iletkenlik değeri 1,07’den 1,50 W/mK’ne arttığı belirlenmiştir. CYSZ / Al2O3+YSZ kaplamalarında ise tabaka sayısındaki değişimin ısıl iletkenlik değerinde herhangi bir değişime sebep olmadığı ve değerin yaklaşık 1,00 W/mK civarında olduğu gözlenmiştir. Isıl çevrim testleri (60 saniye ısıtma ve 60 saniye soğutma) bu amaçla geliştirilmiş CO2 lazer sisteminde yapılmıştır. 500 çevrimlik testler uygulanmıştır. Birinci tip CYSZ / Al2O3 ve ikinci tip CYSZ / Al2O3+YSZ termal bariyer kaplamaların ısıl çevrim dayanımı sonuçları incelendiğinde her iki tip kaplama için geçerli olmak üzere 500 çevrimlik ısıl testler sonucunda makro düzeyde çatlama ya da dökülme olmamıştır. Ancak mikro düzeydeki incelemelerde birinci tip kaplamada belirgin ayrılmalar görülmektedir. İkinci tip kaplamada ise 500 çevrim sonunda çatlama ya da ayrılma olmamıştır. Ayrıca seramik üst katman ile bağlanma katmanı arayüzeyinde Al2O3 fazında olan ısıl etkiyle büyüyen oksit (TGO) katmanı oluşmuştur. Yapışma mukavemeti testi ASTM C633 standardına göre yapılmıştır. CYSZ / Al2O3 ve CYSZ / Al2O3+YSZ termal bariyer kaplamalarında katman sayısının artışıyla (her bir katman kalınlığının azalması) yapışma mukavemeti değerlerinde artış görülmüştür. Yapışma mukavemeti değeri birinci tip kaplamada 5,4 ±0,5 MPa’dan 10,1 ±0,7 MPa’a, ikinci tip kaplamada ise 8,7 ±0,1 MPa’dan 11,5 ±1,7 MPa’a yükselmiştir. Yapışma mukavemeti en yüksek ve ısıl çevrim dayanımı en iyi olan CAY12 kodlu CYSZ / Al2O3+YSZ termal bariyer kaplamasından iki numuneye 300 ve 500 çevrim olmak üzere ısıl çevrim testi uygulanmıştır. 300 çevrimlik test sonrası CAY12 kodlu numunenin yapışma mukavemeti 10,2 MPa ve 500 çevrimlik test sonrası ise 7,8 MPa bulunmuştur.
-
ÖgeDevelopment of Multi-layer Conductive Polymer Nanocomposites for Electromagnetic Shielding Application(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017) Sağırlı, Fatma Zehra ; Kayalı, Eyüp Sabri ; 10173981 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringGünümüzde insan gereksinimleri ve teknolojik ihtiyaçların birçok farklılık göstermesi nedeniyle yeni nesil katmanlı yapıların geliştirilmesine yönelik yapılan çalışmalar dikkat çekmektedir. Nano bilim, yüzey bilimi, polimer bilimi ve malzeme biliminin akademik ve ticari partnerleri yeni nesil uygulamalarda kullanılabilecek çok katmanlı yapıların geliştirilebilmesi için işbirliği yapmaktadır. Çünkü çok katmanlı ve çok fonksiyonlu yapılar aynı anda bileşenlerinden bağımsız yada daha da geliştirilmiş iletkenlik, termal özellikler, elektrokimyasal özellikler ve elektromanyetik dalgalara karşı koruma gibi pek çok özelliği bir üründe sunabilme imkanı yaratmaktadır. Bu yüzden, bu tarz çok katmanlı yapıların iletken nano kompozit tabanlı yapılar, iletken tekstiller, elektromanyetik kalkanlama materyalleri, boyalar, biyomedikal malzemeler, sensörler, çok katmanlı kapasitörler, IR dedektörleri ve holografik hafıza elemanları olarak kullanımına yönelik yapılan çalışmalarda ciddi bir artış görülmektedir. Özellikle teknolojinin gelişimine paralel olarak, hayatın her alanında, bir şekilde elektromanyetik dalgaların yarattığı kirliliğe maruz kalınmaktadır. Bu kirlilik canlının elektromanyetik dengesini bozmaktadır. Elektromanyetik dalgalar bu dengeyi bozarken vücuttaki dokuları ısıtarak ve kimyasal değişimlere yol açarak zarar vermektedir. Elektromanyetik dalgaların insan sinir hücreleri, beyin dokusu, DNA ve RNA hücre yenilenmesi, genler, bağışıklık sistemi ve metobolizma üzerindeki zararlı etkileri hakkında yapılan çalışmalar sonucunda, günümüzde yaşayan canlılar ve elektronikler üzerindeki direkt ve direkt olmayan etkileri açıkça bilinmektedir. Elektromanyetik radyasyonu azaltmak, sadece insan vücudu için değil, elektronik sistemlerin gelişimi, bilgilerin korunması, savunma sanayisinde, mikrodalga silah teknolojileri ve radarlar gibi pek çok sistem için de günümüzde elzemdir. Bu yüzden bu konuda disiplinler arası pek çok çalışma yürütülmektedir. Son yıllarda, yapıların elektriksel, manyetik, ısıl ve mekanik özelliklerini geliştirebilmek için altın, gümüş, titanyumdioksit, demir, bakır oksit, kobalt vb. gibi inorganik ferroelektrik /manyetik partiküllerin takviye olarak kullanıldığı çalışmalar yapılmıştır. Ferroelektrik malzemeler, polarizasyon prosesi yüzünden elektromanyetik dalgaları emebilirler. Günümüze kadar, kurşun tabanlı malzemeler üstün ferroelektrik ve mekanik özellikleri yüzünden bu alanda geniş bir kullanım alanı bulmuşlardır. Ancak toksik özellikleri yüzünden insan sağlığına ve çevreye verdikleri zararların araştırmalar sonucunda belirlenmesiyle beraber bu yapıların kullanımı kısıtlanmaya başlanmıştır. Bu yüzden araştırmacılar yeni malzeme arayışına girmiştir. İkinci dünya savaşında keşfedilmesinden sonra yüksek dielektrik, ferroelektrik, fotorefraktif ve pioza elektrik özellikleri yüzünden araştırmaların odak noktası olan baryum titanat (BaTiO3), özellikle sensör, çok katmanlı kapasitör, optoelektronik malzemeler ve holografik hafıza çalışmalarında kullanılmaya başlanmıştır. Sıcaklık değişimine göre beş farklı fazı olan baryum titanatın, hegzogonal ve kübik yapıları paraelektrik, tetrogonal, ortorombik ve rombohedral yapıları ise ferroelektrik özellik göstermektedir. Ferroelektrik özellikleri ve yüksek dielektrik özelliği yüzünden kurşun içermeyen malzemelere alternatif olan baryum titanat, yeni nesil elektromanyetik kalkanlama malzemelerinde kullanılmaya adaydır. Nano boyutlu baryum titanat partikülleri, makro boyutlara göre yüzey alanlarının genişliği yüzünden daha yüksek geçirgenlik ve dielektrik özellik göstermektedir. Diğer taraftan, baryum titatnatın bant genişliği miktarı yüzünden kalkanlama malzemesi olarak kullanımda yansıma kayıpları değeri istenen düzeylerde değildir. Eğer BaTiO3 iletken bir polimer ile kaplanırsa hem fizikokimyasal hem de elektromanyetik kalkanlama performansının geliştirilebileceği öngörülmektedir. İletken polimerler 1980'lerde konjuge sistemlerinden kaynaklanan, sarj transfer oranı ve elektrokimyasal yükseltgenme etkinliğine bağlı olan iletkenliklerinin keşfinden sonra, sentetik metallerin yeni bir sınıfı olarak teknolojide çok geniş bir uygulama alanı bulmuşlardır. Poliasetilen, polipirol, polianilin gibi metallere yakın iletkenlik gösteren pek çok iletken polimer sentezlenebilmektedir. Pirol türevleri suda çözünebilmeleri, yüksek reaksiyon etkinlikleri, elektriksel iletkenlikleri (doplandıklarında 100S/cm) ve düşük oksidasyon potansiyelleri yüzünden bu çalışmada katman olarak seçilmiştir. İletken polimerlere inorganik madde takviyesi pek çok istenen özellik sağlamakla beraber, genellikle işlenebilirliği zorlaştırmakta ve mekanik özellikleri etkilemektedir. İletkenlik, termal dayanım gibi özellikler, eğer esnek, maliyeti düşük ve geniş üretim alanı olan bir başka katmanın ilavesi ile geliştirilirse, yapıdaki bileşenlerin dağılımının kontrolüne bağlı olarak daha farklı özellikler yapıya kazandırılıp, mekanik özellikler ve işlenebilirlik özellikleri geliştirilebilecektir. Bu çalışmada, BaTiO3 partiküllerinin kalkanlama malzemesi oluşturması için, pirol türevlerinin kaplandığı çekirdek malzemesi olarak kullanılmasıyla, pirol türevlerinin iletkenlik, termal ve elektrokimyasal özelliklerinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Ara katman malzemesi olarak seçilen akrilonitril kopolimeri yapının işlenebilirliğini ve esnekliğini geliştirerek, tekstil endüstrisinde kullanımına olanak sağlamak amacıyla tercih edilmiştir. Akrilonitril kopolimerleri günümüzde yüksek performanslı ürün uygulamalarında, lif, ince film ve kompozitler olarak, klasik ve teknik tekstil alanlarında, polimer elektrotlarda, kağıt yapımında, kaplamalarda, adhesiflerde, taşıt sektöründe ve plastik endüstrisinde oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir. Çok katmanlı nanopartikül-polimer kompoziti sentezi için uygulanan pek çok yöntem bulunmaktadır. Öz-kabuk nanomalzemeleri çekirdek ve kabuğun özelliklerinden bağımsız çok farklı, yeni özelliklerin geliştirilmesine olanak sağladığı için geniş bir ilgiye sahiptir. Farklı öz-kabuk oluşturma yöntemleri içerisinde emülsiyon polimerizasyonu kolay proses kontrolü, çözücü olarak su kullanılmasına bağlı olarak, çevreye daha az zararlı olması ve çok çeşitli ilave malzemelerinin sisteme kolayca adapte edilmesine bağlı olarak geniş bir tasarım olasılığı sunması nedeniyle tercih edilmektedir. Emülsiyon polimerizasyonu miseller üzerinden yürütülmektedir. Sulu ortamda, partiküller yüzey aktif maddeler tarafından sarılmış asılı parçacıklar oluştururlar. Bu parçacıklar misel olarak adlandırılmaktadır. Parçacıkların homojen yayılması ve polimerizasyonun her bir parçacık üzerinde meydana gelmesi sonucunda elde edilen ürünün partikül boyutu dağılımının düzgün olması sağlanmaktadır. Yüzey aktif maddeler taşıyıcı görevi yapmalarından dolayı emülsiyon sistemlerinin temelidir. Ayrıca yüzey aktif madde, son ürünün iletkenlik, stabilite, çözücülerde çözünme ve işlenebilirlik özelliklerini geliştirmektedir. Bu tezde üç farklı yayın sunulmuştur. Bu yayınlar sırasıyla, pirol türevleri (polipirol (PPy) ve politert butil 1-pirol-karboksilat (PTBPy))-poliakrilonitril-ko-metilakrilat kopolimeri P[AN-co-MA] -baryum titanat (BaTiO3) çok katmanlı öz kabuk yapısının in-sitü emülsiyon polimerizasyonu yöntemi ile dodesil benzen sülfonik asit (DBSA) yüzey aktif maddesi varlığında sentezi ve karakterizasyonu; daha sonra bu yapıların elektriksel ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi ve son olarak elde edilen iletkenlik ve kapasitif davranış verilerine göre nanokompozitlerin kumaşa kaplanması ve elektromanyetik kalkanlama özelliklerinin incelenmesini içermektedir. Tezin ilk bölümü nanokompozitlerin sentezi ve karaterizasyonu hakkındadır. Öncelikle en iyi verim ve iletkenlik değerlerinin elde edilmesine olanak sağlayacak, optimum şartların ve oranların uygun pirol türevleri için belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bu yüzden pirol türevleri farklı monomer, yüzey aktif madde ve başlatıcı oranları için sentezlenmiştir. Yapılan denemeler sonucunda pirol ve tert butil 1-pirol-karboksilat monomerleri yüzey aktif madde olarak DBSA ortamında bizim sistemimize en uygun olan yapılar olarak seçilmiştir. İkinci aşama olarak, akrilonitril-ko-metilakrilat kopolimeri (%85-%15) emülsiyon polimerizasyonu yöntemi ile sentezlenmiştir ve kopolimer üzerine pirol türevleri kaplanarak çift katmanlı yapının eldesi sağlanmıştır. Son adımda, emülsiyon polimerizasyonu yöntemi kullanılarak BaTiO3 – P[AN-co-MA] çift katmanlı nano kompozit öz- kabuk yapısı, BaTiO3 – PPy/TBPy çift katmanlı nanokompozit öz-kabuk yapısı ve BaTiO3 - poliakrilonitril-ko-metilakrilat - PPy/TBPy üç katmanlı nanokompozit öz- kabuk yapısı sentezlenmiştir. Sentezlenen bu nanokompozitlerin partikül boyutu, polimerizasyon verimi, kristal yapısı (XRD), kimyasal yapısı ((FT-IR ATR), (Raman), (UV-Vis), morfolojisi (SEM-EDX, TEM) ve termal özellikleri (DSC, TGA) sistematik bir şekilde incelenmiştir. Emülsiyon polimerizasyonu sonucunda homojen bir partikül boyut dağılımı elde edilmiştir. Partikül boyutlarının PPy ve PTBPy varlığında azaldığı gözlemlenmiştir. Spektroskopik analizler, baryum titanat çekirdek ile [P(AN-co-MA)]-PPy ve [P(AN-co-MA)]-PTBPy kabuk katmanları arasında kuvvetli bir etkileşimin olduğunu ve elde edilen yeni yapının farklı bir karakterinin olduğunu göstermiştir. Morfolojik analizlerde, yukardaki sonuçları destekler nitelikte polimer kabuk tarafından baryum titanat partiküllerinin kaplandığı açıkca görülmüştür. İlk bölümde üretilip karakterize edilen nano kompozitlerin elektrokimyasal davranışları ve elektriksel iletkenlikleri üzerinde her bir bileşenin ayrı ayrı ( BaTiO3, PPy, PTBPy ve [P(AN-co-MA)]) etkilerini incelemek için, nanopartiküllerin sulu emülsiyonlarının elektrokimyasal empedans spektroskopisi ve elektriksel iletkenlik çalışması tezin ikinci bölümünde açıklanmıştır. Nano partiküllerin süspansiyonları ve emülsiyonları son yıllarda dağılım davranışları, kararlılıkları, ısı iletim mekanizmaları ve elektriksel iletim mekanizmaları açısından; kaplamalar, ısı iletim sistemleri, boyalar ve biyolojik tedavi ürünlerinde kullanımlarının geliştirilmesine bağlı olarak pek çok çalışmada incelenmektedir. Bu çalışmalar içerisinde suda dispers edilmiş emülsiyon çözeltilerinin elektriksel iletkenliği ile ilgili yapılan çok çalışma bulunmamaktadır. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve eşdeğer devre modellemesi (ECM) nanopartiküllerin BaTiO3, [P(AN-co-MA)], PPy, ve PTBPy varlığında elektriksel ve kapasitif özelliklerindeki değişimin, yük taransfer direnci ve spesifik kapasitans değerleri kullanılarak kıyaslanmasını sağlamaktadır. Eş değer devre modellemesi empedans davranışını simüle etmemize ve bu sayede elektro kimyasal davranışını açıklamamıza deneysel veriler ışığında olanak sağlamaktadır. Elektrokimyasal empedans verileri PPy kaplı nano kompozitlerin kapasitif özelliklerinin çok iyi olduğunu kapasitör gibi davrandıklarını ve kapasitans değerlerinin BaTiO3 varlığında arttığını göstermiştir. İletkenlik değerinin ise BaTiO3 ve P[AN-co-MA] arasındaki etkileşime bağlı olarak arttığı gözlemlenmiştir. Diğer yandan PTBPy kaplı nano kompozitlerde kapasitans değerinin BaTiO3 ve P[AN-co-MA] varlığında arttığı belirlenmiştir. Eşdeğer devre modellemesi deneysel EIS spektrası verileri varlığında değerlendirilmiş ve deneysel veriler ile öngürülen parametreler arasında 10−3 civarında bulunan Chi-square (χ2) değeri ile mükemmel bir uyum gözlemlenmiştir. Toplam şarj transfer direnci (Rct) değerindeki artış nanokompozitlerin boyut ve yüzey alanlarına bağlı olarak artmaktadır. Nanokompozit içeren emülsiyonun iletkenlik değerleri ölçüm sonuçları iletkenliğin BaTiO3, PPy, ve PTBPy ilavesine bağlı olarak arttığını göstermektedir. Atomik güç mikroskobu (AFM) ölçümleri BaTiO3-P[AN-co-MA]-PPy nanokompozitlerinin düzenli sıralanmış yarı küresel şekilli nodüller şeklinde olduğunu göstermiştir. Tezin son bölümünde BaTiO3 ve BaTiO3- P[AN-co-MA] kaplanmış kumaşlar üzerine in situ kimyasal polimerizasyon ile pirolun polimerleştirilmesi sonucunda çok katmanlı bir kumaş kompozit yapısı oluşturulmuştur. Elde edilen bu yapıların elektromanyetik kalkanlama etkinliği (EMSE), iletkenliği, kimyasal yapısı ve polimerizasyon etkinliği üzerinde yapıya katılan BaTiO3, PPy ve BaTiO3-[P(AN-co-MA)]'nin ayrı ayrı etkisinin gözlemlenebilmesi amacıyla spektroskopik ölçümleri, renk ölçümleri ve morfolojisi karakterize edilmiştir. Tekstil tabanlı kaplama alt katmanları geniş yüzey alanları, porlu yapıları ve mekanik özellikleri yüzünden pek çok avantaja sahiptir. Selülozdan oluşan pamuklu yüzeyler, tekstil tabanlı yapılar içerisinde binlerce yıldır tekstil endüstrisinde en çok kullanılan malzemedir. 2016 dünya lif kullanım verileri, tüm kullanılan tekstil liflerinin yaklaşık %36 sının selüloz tabanlı ve bunlarında %67 sinin pamuk lifinden oluşan yapılar olduğunu göstermektedir. Pamuk lifi kristalin yapısı, geniş yüzey alanı ve hidrofilik fonksiyonel hidroksil grupları yüzünden kaplama yada polimerizasyon proseslerinde yüksek verimlilik eldesi sağlamaktadır. Bilindiği üzere diğer tekstil ürünleri gibi pamuklu ürünlerde yalıtkandır. Elektromanyetik kalkanlama, elektromanyetik alanın iki saha arasındaki etkisinin kısıtlanması yani elektromanyetik dalgaların yolunun kesilmesi ve onların direncini kırma işlemi olarak belirlenebilir. Özel tasarlanmış tekstil yapıları farklı frekans aralıklarında ve farklı koruma etkinlik alanlarında (dB) %99'dan daha yüksek değerlerde koruma ile elektromanyetik kalkanlama sağlayabilmektedir. Elektromanyetik kalkanlama özelliği, yapının iletkenliği, manyetik geçirgenliği ve kompleks dielektirik içeriğinin maksimize edilmesi sonucu maksimum olur. Bu yüzden, kalkanlama özelliği olan tekstil yapılarının eldesi için öncelikle o yapının iletken olması ya da iletken hale getirilmesi gerekmektedir. Bu bölümde kaplanan ve pirolün üzerinde polimerleştirildiği kumaş kompozitlerinin kalkanlama özellikleri ASTM D4935-10 standartına göre cep telefonları, wireless, radarlar ve diğer elektronik cihazların çalışma frekanslarını içeren 15–3000 MHz frekans aralığında ölçülmüştür. Polipirol kaplanmış kumaşlar 2000-2300MHz aralığında en yüksek EMSE performansını göstermişlerdir. Diğer yandan, iletkenlik değeri PPy ve BaTiO3-P[AN-co-MA] ilişkisi ile artmaktadır. BaTiO3 kaplanan tüm kumaşların elektriksel iletkenliğinin kaplanmayanlara göre arttığı gözlemlenmiştir. Elde edilen iletkenlik ve kalkanlama sonuçlarına göre, sentezlenen nanokompozit tabanlı malzemelerin evlerde, temiz odalarda, laboratuvarlarda, hastanelerde, bebek odalarında kaplama malzemeleri olarak veya çalışma alanlarında perde, halı, askeri kıyafet, radar absorblama malzemeleri ve akıllı tekstil yada sensör uygulamalarında kullanılabileceği öngörülmektedir.
-
ÖgeEnjeksiyon Kalıplama Yöntemi İle Üretilmiş Olan Seramik Kompozitlerin Ve Sert Mıknatısların Geliştirilmesi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-12-25) Ünal, Nil ; Öveçoğlu, M. Lütfi ; 445401 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringBu tezdeki temel amaç sürtünme direnci yüksek WC disperse edilmiş zirkonya (ZrO2) seramik matriksli kompozitlerini ve ikinci aşamada NdFeB ve SmCo sert mıknatıslarını enjeksiyon kalıplama ve sinterleme yöntemi ile üretilmesini geliştirmektir. Günümüze kadar ZrO2 nin sertliğini arttırmak için kullanılan WC disperse edilmiş kompozitler sıcak presleme yöntemi ile üretilmiştir. Ancak bu çalışmada enjeksiyon kalıplama yönteminin karmaşık şekilli aşınmaya dayanıklı parçalar üretmekte yeni ve kullanılabilir bir teknik olduğu gösterilmektedir. Kompozit tozlar optimum katı oranı kullanılarak su bazlı bağlayıcı ile karıştırılmıştır ve homojenize edilmiştir. Elde edilen granüle besleme stoğu çeşitli kalıplara enjekte edilmiştir. Bağlayıcı uçurma işlemi ardından sinterleme yapılmıştır. Mekanik özellikler ve mikroyapı incelemeleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen özellikler aynı tozlar kullanılarak preslenip sinterlenen numuneler ile karşılaştırılmıştır. İkinci bir çalışmada, metal enjeksiyon kalıplanmış ve sinterlenmiş NdFeB ve SmCo sert mıknatısların üretimi için, mikron boyuttaki tozlar değişik bağlayıcı sistemler ile karıştırılıp son ürünün manyetik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Besleme stokları, izotropik ve anizotropik yönlenmeye sahip kalıplara enjekte edilmiştir. Bağlayıcı uçurma atmosferi, hızı ve sıcaklığı incelenmiş ve sinterleme gerçekleştirilmiştir. Sinterlenmiş parçaların mikroyapı ve faz analizi incelenmiştir. Oksijen ve karbon miktarı kimyasal testler ile ölçülmüştür. İzotropik ve anizotropik parçaların manyetik özellikleri histograf ile ölçülüp histerez diagramı, kuarsivitesi, remanensı ve max enerji ürünü elde edilmiştir. Günümüze kadar sert mıknatısların enjeksiyon kalıplama yöntemi ile üretimi başarı ile sonuçlanmamıştır. Ancak bu çalışma gösteriyorki uygun bağlayıcı ve sinterleme parameterleri kullanıldığında bu yöntemle parça üretmek pratik bir çözümdür. Gelecekte kullanım sayısı artıcak olan elektrik arabaların motorlarında veya elektronik cihazlarda bu parçaların enjeksiyon kalıplama sayesinde seri ve istenilen karmaşık şekillerde üretimi önem taşımaktadır.
-
ÖgeEtanole Dirençli Saccharomyces Cerevisiae’nin Evrimsel Mühendisliği Ve Moleküler Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-09-17) Yıldız, Burcu Turanlı ; Çakar, Z. Petek ; 443176 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringSaccharomyces cerevisiae’de etanol direnci, etanol üretimini etkileyen en önemli faktörlerden biri olduğu için, endüstriyel etanol üretim biyoprosesleri konusunda çalışan pek çok araştırma grubu için önemli bir konudur. Etanol direncinin moleküler mekanizması karmaşık olduğundan, bir veya birkaç gen üzerinde yapılacak değişikliklere dayalı rasyonel metabolizma mühendisliği yaklaşımı ile bu mekanizmanın aydınlatılması mümkün görünmemektedir. Bu çalışmada, etanole dirençli S. cerevisiae mutantlarının elde edilmesi ve karakterizasyonu için, bir tersine metabolizma mühendisliği stratejisi olan evrimsel mühendislik yöntemi benimsenmiştir. Yüksek etanol direncine sahip mutant bireyler, dereceli olarak artan etanol stres koşulları altında elde edilmiştir. Sonuçlar, benimsenen stratejinin istenilen özellikte kültürler elde etmede oldukça etkili bir yöntem olduğunu göstermiştir. Elde edilen dirençli mayaların karakterizasyonu da gerçekleştirilmiştir. Etanol stresi altında etanole dirençli mayalarda eşey tipi dönüşümü ve buna bağlı diploitleşmenin meydana gelişi, endüstriyel maya suşlarında olduğu gibi, etanole dirençli laboratuvar suşlarında da birden fazla kromozom kopyası bulundurma (multi-ploidy) eğilimini ortaya koymuştur. Bu çalışma, dereceli olarak artan etanol stresi koşullarına cevaben, S. cerevisiae hücrelerinde eşey tipi dönüşümünün tetiklendiğini ortaya koyan öncü bir çalışmadır.
-
ÖgeFarklı Lantanit Grubu Elementler Doplanarak Elde Edilen Lüminesans Malzemelerin Üretimi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Ünal, Fatma ; Kazmanlı, Muhammet Kürşat ; 10285423 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringBazı maddelerin uyarıldığında, sıcaklığını değiştirmeden elektromanyetik radyasyon yayması olayına lüminesans denilir. Buna göre; - uyarıcı kaynak olarak foton kullanılıyorsa – fotolüminesans, - uyarıcı kaynak olarak X-ışınları kullanılıyorsa – radyolüminesans, - uyarıcı kaynak olarak elektronlar kullanılıyorsa – katodolüminesans, - uyarıcı kaynak olarak elektrik alan kullanılıyorsa – elektrolüminesans olarak adlandırılır. Nadir toprak elementleri ile katkılandırılmış lüminesans malzemeler, katod ışını tüpleri, biyolojik floresan etiketleme, alan emisyon ekranları gibi çok çeşitli uygulama alanlarında kullanılabildiğinden oldukça dikkat çekmektedir. Nadir toprak elementlerini barındırabilecek çok sayıda matris malzeme vardır. Bununla birlikte, itriyum oksit (Y2O3), evropium, erbiyum, terbiyum ve tulyum gibi nadir toprak elementleri için umut verici bir matris malzemedir. Ayrıca, mükemmel kimyasal ve termal stabiliteye, iyi termal iletkenliğe, düşük fonon enerjisine, yüksek ergime noktasına, yüksek kırılma indisine, büyük enerji bant boşluğuna ve geniş geçirgenlik özelliklerine sahiptir. Tüm nadir toprak iyonları, doldurulmamış bir iç 4f kabuğundan ve dış dolu 5s2 ve 5p6 kabuklarından oluşan elektronik bir yapıya sahiptir. Doldurulmamış 4f kabuğunun olması eşsiz optik, elektriksel ve manyetik özellikler kazandırır. Ayrıca, 4f elektronları, 5s2 ve 5p6 kabuklarının olmasından dolayı ortamdan etkilenmez. Dolayısıyla, konfigürasyon 4f'deki optik geçişler çevre koşullarından veya kristal elektrik alanından (Ce3+ hariç) fazla etkilenmez. Nadir toprak oksitler, yüksek dielektrik sabitleri, mekanik dayanım, iyi koruyucu davranış, yüksek ergime noktaları, mükemmel ısıl direnç ve parlaklık gibi olağanüstü kimyasal ve fiziksel özelliklere sahiptir. Literatürde nadir toprak katkılı Y2O3 malzemeleri hakkında birçok çalışma vardır. Bu çalışmalar genellikle bu tozların üretimi ve karakterizasyonuna odaklanmıştır. Bu nanofosforların fotolüminesans (PL) davranışları üzerine birçok çalışma vardır. Ancak, ürettiğimiz tozların radyolüminesans (RL) davranışı ile ilgili sadece iki çalışma, sintilatör uygulamaları için rapor edilmiştir. İnce filmler üzerinde yapılan çalışmalar, tozlar üzerine yapılan çalışmalarla karşılaştırıldığında oldukça sınırlıdır. Ayrıca, saydam elektrolüminesans (EL) ince film çalışmaları son derece sınırlı sayıdadır. Bu nedenle, bu tezde nadir toprak elementleriyle (Eu, Er, Tb, Tm) katkılı Y2O3 tozları sol-jel yöntemiyle üretildi. Daha sonra XRD, SEM, UV-Vis, XPS, Raman ve fotolüminesans (PL) analizleri yapıldı. Ek olarak, üretilen tozların radyolüminesans (RL) davranışları, sintilatör uygulamaları amacıyla incelenmiştir. İnsanlar tarafından algılanan gerçek emisyon renkleri emisyon spektrumundaki karakteristik emisyon tepe noktalarından doğrudan anlaşılamadığından dolayı, PL ve RL emisyon renkleri CIELab renk uzay koordinatlarına dönüştürülmüştür. Ayrıca, proses parametrelerinin nanofosforların emisyon rengi üzerindeki etkilerini istatistiksel olarak incelemek için, ANOVA gibi istatistiksel deneysel değerlendirme tekniklerinin kullanımı kolaylaşmıştır. Üretilen ince filmler ayrıca XRD ile karakterize edilmiş ve elektrolüminesans davranışları incelenmiştir. Tez iki aşamadan oluşmuştur. İlk aşamada, hedef malzeme olarak kullanılacak tozlar (Er, Eu, Tb, Tm ve ikili-katkılı Y2O3 tozları) sol-jel yöntemiyle üretildi. Bu yöntemde, çözücü olarak su, başlangıç malzemeleri olarak nitrat tuzları kullanıldı. Üretilen tozlar, soğuk izostatik preste (CIP) basıldı ve elektron demeti (e-demeti) buharlaştırma ve darbeli elektron demeti (darbeli e-demeti) buharlaştırma yöntemleri ile İTO kaplı cam üzerine ince film halinde biriktirilmiştir. Nadir toprak katkılı Y2O3 tozları, XRD analizlerine göre hacim merkezli kübik (uzay grubu: Ia-3) yapıya sahiptir. Ayrıca, SEM analizleri tozların nanoyapılı olduğunu ortaya çıkardı. Er katkılı toz numunelerin Raman analizinde Er katkı elementine ait piklerin varlığı belirlendi. XPS analizi de Y2O3 matris yapısındaki Er katkı elementinin varlığını doğruladı. Radyolüminesans (RL) ölçümleri, bu tozların yeşil ve kırmızı bölgelerde güçlü emisyon gösterdiğini ortaya koydu. Kalsinasyon sıcaklığı arttıkça, RL emisyon rengi yeşil bölgeye kaymıştır. RL deneylerinde Cu-Kα radyasyonu (0.15406 nm) kullanılmasından dolayı, çok yüksek emisyon şiddetleri elde edildi. Bununla birlikte, Er katkılı ince film numunesinin elektrominesans ölçümlerinde emisyon gözlenmedi. Tüm bu sonuçlar Er katkılı numunelerin fotolüminesans ve elektrolüminesans uygulamaları için uygun olmadığını, ancak radyoluminesans uygulamaları için uygun olduğunu göstermektedir. Eu katkılı toz numuneleri üzerine yapılan XPS incelemeleri, Eu katkı elementinin artmasıyla oksit yapısındaki Eu3+ iyonlarının, Eu2+ iyonlarına oranla arttığını göstermiştir. Fotolüminesans ölçümlerinde artan katkı oranı ile emisyon şiddetinde bir artış gözlenmiştir. Ek olarak, örneklerin bant aralığı değeri, katkı oranı arttıkça 3.80 eV'den 3.41 eV değerine düşmüştür. Tozların en şiddetli fotolüminesans emisyonu, C2 alanlarından geçiş yapan elektron-dipol (ED), 5D0 - 7F2'ye karşılık gelen 611 nm dalga boyunda (kırmızı emisyon) meydana geldi. Ayrıca (2J+1) ayrışmasından dolayı 614, 623 ve 631 nm'de küçük pikler açığa çıkmıştır. Bu piklerin şiddeti artan katkı oranı ve a*'yı (kırmızılık) arttıran kalsinasyon parametreleri ile artmıştır. Ek olarak, hem C2 hem de C3i bölgelerinden 5D0 - 7F1 manyetik dipol geçişlerine (MD) karşılık gelen 587, 592 ve 601 nm'de küçük pikler açığa çıktı. Bu piklerin şiddeti artan katkı oranı ve b*'yi (sarılık) arttıran kalsinasyon parametreleri ile artmıştır. Ayrıca ANOVA analizlerine göre katkı oranı ile kalsinasyon sıcaklığı arasında istatistiksel olarak anlamlı bir etkileşim bulundu. Eu3+ iyonları etrafındaki simetriyi arttıran kafes gerinimi-kalsinasyon sıcaklığı ilişkisine bağlandı, bu durum MD geçişlerinde bir artışa neden oldu. Fotolüminesans ölçümlerindeki piklere ek olarak, RL ölçümlerinde ilave pikler de gözlendi. Kalsinasyon sıcaklığı arttıkça, RL emisyon rengi kırmızı bölgeye kaymıştır, çünkü C2/(C2+C3i) emisyon oranı artan kristalit boyutuyla birlikte artmıştır. e-demeti buharlaştırma yöntemiyle elde edilen Eu katkılı ince film kaplamaların elektrolüminesans ölçüm sonuçları, tozların 611 nm dalga boyunda fotolüminesans ölçümlerindeki gibi güçlü bir pik göstermiştir. Darbeli e-demeti buharlaştırma yöntemiyle elde edilen ince filmin elektrolüminesans (EL) emisyon davranışının edemeti buharlaştırma yönteminden daha zayıf olduğu görülmüştür. Tb katkılı, Tm katkılı ve Tb:Tm ikili-katkılı toz örneklerinin XPS analizi, matris yapıdaki katkı elementlerinin varlığını doğruladı. RL ölçümlerinde, Tb katkılı tozların yeşil emisyon ve Tm katkılı tozların mavi emisyon sergilediği görülmüştür. Her iki kaplama yöntemiyle elde edilen kaplamaların EL ölçümleri sırasında, dielektrik cam plaka ile kaplama arasındaki gaz molekülleri (hava) elektrik alanın etkisiyle iyonlaşmıştır. Bu durum, oksijen ve azot plazması oluşumuna neden oldu. Numuneyi 200 - 300 nm aralığında uyarabilecek plazma emisyonu gözlenmedi. Bu nedenle, plazmanın ve kaplamanın emisyon tepeleri kolayca ayırt edilebilmiştir. Böylece, numunelerin EL karakteristik emisyonlarının (Tb katkılı, Tm katkılı ve Tb: Tm ikili-katkılı) kaplamaya ait olduğu sonucuna varılmıştır. Tb katkılı ince film numunesinin EL ölçümleri sonucunda 471, 483, 492, 523, 545 ve 585 nm dalga boylarında karakteristik emisyonlar (yeşil emisyon) gözlendi. Bununla birlikte, Tb:Tm ikili katkılı ince film numunesinin EL ölçümünde mavi emisyon sergilemiştir. Her ne kadar Tm katkılı ince film zayıf mavi emisyon şiddeti sergilese de, Tb katkı elementi ile birlikte ikili-katkılı ince filmlerin mavi EL emisyon şiddetlerinin arttığı gözlendi. Tb katkı elementinin karakteristik emisyonuna ek olarak, Tb:Eu ikili-katkılı ince film numunesinde EL spektrumunda 614 nm civarında ilave pikler elde edilmiştir. Eu katkı elementine ait yaklaşık 708 nm'de EL emisyonu da gözlenmiştir. Bununla birlikte, sadece Eu katkısıyla elde edilen güçlü 611 nm'deki pik, Tb ile birlikte katkılama yapıldığında gözlenmedi. Tb:Eu ikili katkılı ince film numunesinin EL ölçümünde beyaz emisyon sergilemiştir.
-
ÖgeGaz Algılama Uygulamalarında Kullanılmak Üzere Nanotüplü Ti Ve Tial Anodik Oksit Filmlerin Üretimi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-07-19) Bayata, Fatma ; Ürgen, Mustafa ; 10001122 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringBu çalışmada katodik ark tekniği ile altlık malzemeye çok iyi yapışan, yoğun, eş eksenli ve anodizasyon esnasında kullanılan elektrolite dayanıklı metalik Ti ve TiAl ince filmler üretilmiştir. Ti ve TiAl kaplama yapılarının anodizasyon prosesi açısından uygunluğu ve dayanıklılığı test edilmiştir. Literatürde TiAl alaşım kaplamaların anodizasyonu ile ilgili çalışma olmadığı için daha çok TiAl kaplamalarının anodizasyon parametrelerinin optimizasyonu üzerinde yoğunlaşılmıştır. Düzenli dizilime sahip nanotüp yapıları ile uzun nanotüp yapıları içeren anodik oksitler elde etmek için gerekli optimum anodizasyon parametreleri belirlenmiştir. Nanoyüzeyli Ti ve TiAl anodik oksitlerin kristalizasyon davranışları, ısıl işlemler sonrasında yapılan faz analiz çalışmaları ile belirlenmiştir. Nanoyüzeyli Ti anodik oksitlerde anatas-rutil faz dönüşümü 720 °C civarında görülmüştür. Ancak, TiAl anodik oksitlerde anatas-rutil dönüşümü Al dopantının katkısından dolayı kinetik olarak geciktirilmiştir. Tüm yapılan ısıl işlem çalışmaları sonucunda, anatas-rutil faz dönüşümü üzerinde genel olarak 3 parametrenin etkili olduğu düşünülmüştür. Bunlar; yapının nanoboyutta oluşu, nanotüp yapısının altında metalik filmin varlığı ve Al ile katkılanlandırılmasıdır. Son olarak ise, üretilen nanoyüzeyli Ti ve TiAl anodik oksitler sensör malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu malzemelerin hidrojen algılama özellikleri farklı sıcaklıklarda ve farklı hidrojen gaz konsantrasyonunda test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar neticesinde, Al katkısının hidrojen gaz algılama özellikleri üzerindeki etkisi irdelenmiştir.
-
ÖgeGenetik Mühendisliğiyle Altına Bağlanan Bir Peptitin Altın Yüzeyini Özgül Olarak Tanımasında Arayüzey Yük Mekanizmalarının İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011-04-07) Donatan, Ayşe Senem ; Ürgen, Mustafa ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringBu tez çalışmasında, altına özgül olarak bağlanan bir peptitin altın yüzeyini moleküler tanıması esnasında arayüzey yüklerinin etkisi araştırılmıştır. Buradaki esas amaç, anorganiklere özgül bağlanan peptitler (GEPI) ve hedef anorganik malzeme arasındaki özgül ilişki hakkında temel bir kavrayışa vakıf olmaktır. Kullandığımız model peptit 3rGBP1 ardarda üç kere tekrarlanan MHGKTQATSGTIQS amino asit dizisine sahiptir. Biz bu çalışmada peptit, çözelti ve metal yüzey arasında oluşan arayüzey dengesini metal yüzeyine voltaj uygulayarak ve çözeltinin pH ve ion konsantrasyonu değiştirerek özellikle bozduk. Daha sonra da, farklı yüklere sahip arayüzeylerde ortaya çıkan değişimleri kantitatif olarak gözlemledik. Tüm deneyler sıvı ortamında impedans görüntüleyecili elektrokimyasal kuvars kristal mikroterazi (EQCM-Z) sisteminde gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar göstermektedir ki; 3rGBP1 moleküllerinin kendiliğinden dizilme özellikleri ara yüzey yüklerinden önemli ölçüde etkilenmektedir. Özellikle arayüzeydeki pozitif yüklü parçacıkların 3rGBP1’nin bağlanma hızını ve miktarını arttırdığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada GEPI’lerin adaptasyon esnekliği 3rGBP1 model peptiti kullanılarak gösterilmiştir. Bu özellik, GEPI’lerin biyonanoteknoloji uygulamalarındaki kullanım alanını genişletecektir.
-
Ögeİkiz Merdaneli Sürekli Döküm Yöntemi İle Üretilmiş Az31 Magnezyum Alaşımının Korozyon Davranışının İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-07-09) Seçgin, Gizem Oktay ; Ürgen, Mustafa ; 436033 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and Engineering1.74 g/cm3’lük özkütlesi ile bilinen en hafif yapısal metal olan magnezyum, sahip olduğu önemli özellikleri ile otomotiv sanayisinin gelecekteki uygulamaları için çok büyük bir potansiyel durumundadır. Düşük yoğunluk, yüksek spesifik mukavemet, iyi döküm ve işlenebilirlik özelliklerine sahip magnezyumdan üretilmiş parçalarda karşılaşılan temel problem ise, çok reaktif bir metal olması sebebiyle korozyon direncinin düşük olmasıdır. Bu çalışmada, farklı döküm teknikleri ile üretilen magnezyum AZ31 alaşımı levhalar korozyon davranışları açısından incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda, direkt soğutmalı döküm ile üretildikten sonra haddeleme işlemi ile 2 mm kalınlığında elde edilen AZ31 alaşımı levhalar ve Devlet Planlama Teşkilatı (DPT) tarafından desteklenen TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü Projesi kapsamında ikiz merdaneli sürekli döküm yöntemi ile 1500 mm genişliğinde ve 4-8 mm kalınlığında üretilerek haddeleme işlemi ile 2 mm kalınlığında elde edilen AZ31 alaşımı levhalar kullanılmıştır. Korozyon deneylerinden önce, AZ31 alaşımı levhaların mikroyapısal özellikleri optik metalografi, taramalı elektron mikroskobu ve EDS analizi yöntemleri ile incelenerek, levhalar arasındaki mikroyapısal farklılıklar ortaya konmuştur. AZ31 levhaların, ağırlık kaybı yöntemi ile korozyon hızlarının karşılaştırılması amacıyla ASTM B117 standardına göre tuz püskürtme testi uygulanmıştır. 0.5 M Na2SO4, 0.5 M NaCl ve 0.01 M NaCl çözeltilerinde gerçekleştirilen elektrokimyasal korozyon testleri sonucunda, AZ31 levhaların polarizasyon eğrileri elde edilerek korozyon davranışları karşılaştırılmıştır. Korozyon testleri sonrasında yapılan karakterizasyon çalışmaları ile levhaların yapısında bulunan Al-Mn intermetaliklerinin boyutunun, miktarının ve dağılımının İMSD ve DSD AZ31 levhaların korozyon davranışları ve morfolojileri üzerinde etkili olduğu tespit edilmiştir.
-
Ögeİyon Değişim İşlemiyle Silika Esaslı Camlara Antimikrobiyal Özellik Kazandırılması Ve Cam Yüzeylerin Mekanik Özelliklerinin İyileştirilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016) Güldiren, Duygu ; Güldiren, Duygu ; 439523 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringCam, gelişen teknoloji ile birlikte sadece bir ev eşyası olmaktan çıkarak hayatımızın her alanında yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Farklı kullanım amaçları doğrultusunda nitelikli camların geliştirilmesi ihtiyacı, günümüzde cam malzemelere olan ilginin hızla artmasına sebep olmuştur. Estetik ve dayanıklılığın önemli olduğu alanlarda vazgeçilmez bir malzeme grubu haline gelen camlar, yapılarına kazandırılan antimikrobiyal özellik ile dokunmatik ekranlar, cam eşyalar, mimari uygulamalar, kozmetik sanayi, tekstil ürünleri ve biyomalzemeler gibi pek çok farklı uygulama alanında önemli bir yer edinmiştir. Antimikrobiyal camlar yüksek kimyasal kararlılıkları, sertlikleri ve şekillendirilebilir olmaları sayesinde diğer malzemelere göre öne çıkmaktadır. Camlara antimikrobiyal özellik kazandırılması konusunda farklı yöntemler mevcut olsa da, uzun yıllardır camların kimyasal temperlenmesi konusunda bilinen bir yöntem olan iyon değişim işlemi bu amaç doğrultusunda uygulanabilir ideal bir yöntemdir. Cam yapıdaki iyonlar ile cam yapıya kazandırılmak istenen iyonların difüzyonla yer değiştirmesi sonucu gerçekleşen iyon değişim işlemi, hem bulk formda hem de toz formdaki camlara uygulanabilir oluşu ile antimikrobiyal özellikteki bulk ve toz camların geliştirilmesinde avantaj sağlamaktadır. Antimikrobiyal bulk camlar çeşitli yüzey ve tezgahlar, dokunmatik ekranlı cihazlar, beyaz eşyalar, ilaç ve kozmetik şişeleri gibi uygulamalarda öne çıkarken, toz formdaki camlar ise antimikrobiyal katkı malzemesi olarak geniş bir uygulama alanı bulmaktadır. Tez çalışması kapsamında, bulk ve toz formdaki silika esaslı farklı cam matrislere iyon değişim işlemiyle gümüş, çinko ve bakır iyonlarının geçişi sağlanarak antimikrobiyal özellik kazandırılması; bulk formdaki camlara bu iyonların yanı sıra potasyum geçişinin sağlanması ile aynı zamanda cam yüzeylerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda öncelikle Corning® 2947 soda kireç camlar kullanılmış; iyon değişim işleminin incelenmesi ve ulaşılmak istenen hedefe yönelik optimum işlem parametrelerinin belirlenmesi amacıyla farklı sıcaklık, süre ve banyo bileşimleri kullanılarak çok sayıda deney gerçekleştirilmiştir. İyon değişim işlemi bulk camlar için, gümüş-potasyum, çinko-potasyum, bakır-potasyum banyolarında, toz camlar için gümüş-sodyum, çinko-sodyum, bakır-sodyum banyolarında gerçekleştirilmiştir. Daha sonra farklı bileşime sahip soda kireç, alüminosilikat, borosilikat ve alümina borosilikat cam gruplarına ait iki farklı bileşimde olmak üzere toplamda sekiz farklı camın üretimi gerçekleştirilmiş ve camların belirlenen koşullarda iyon değişimine tabi tutulmasıyla, değişen cam bileşiminin iyon değişim verimine etkisi incelenmiştir. Elde edilen bulk ve toz cam numuneler, yapılarına kazandırılan iyon miktarları, sulu ortamdaki iyon salınım davranışları ve antimikrobiyal özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Bu incelemelerin yanı sıra, toz formdaki camlar için işlem sonrası gerçekleşebilecek kristalizasyonların tespiti amacıyla faz analizi, bulk formdaki camlar için ise, camların yoğunluğu, işlem sonrası ışık geçirgenliği, ıslatılabilirliği, sertliği, çatlak oluşturma davranışı, çizilme direnci ve eğme mukavemeti gibi yüzey ve mekanik özellik incelemeleri de gerçekleştirilmiştir. Antimikrobiyal özellik için kullanılan gümüş, çinko ve bakır katkısının yanı sıra, bulk ve toz formdaki Corning® 2947 soda kireç camlara iyon değişim işlemiyle Ag-Zn ve Ag-Cu şeklinde ikili katkılandırma yapılmıştır. Elde edilen camlar, sulu ortamdaki iyon salınım özellikleri ve antimikrobiyal aktiviteleri açısından incelenmiştir. Bulk formdaki camlarda iyon değişim işlemiyle yapıya gümüş, çinko, bakır ve potasyum geçişinin sağlandığı, yapıya geçen iyon miktarının yüksek olduğu işlem koşullarında yoğunluk değerlerinin de artış gösterdiği tespit edilmiştir. Görünür bölgede gerçekleştirilen geçirgenlik analizi sonuçlarına göre, gümüş içeren camlarda geçirgenliğin düştüğü, çinko ve bakır içeren camlarda ise değişim gözlenmediği belirlenmiştir. Temas açısı ölçümlerinde, yapısına gümüş-potasyum, çinko-potasyum ve bakır-potasyum kazandırılmış camlarda işlem görmemiş numuneye kıyasla değerlerin artış gösterdiği, işlem sonrası cam yüzeylerin daha hidrofobik olduğu sonucuna varılmıştır. Tüm koşullarda işlem gören cam numunelerin sertliklerinde işlem görmemiş numuneye göre belirgin bir iyileşme kaydedilmiştir. İşlem sonrası numunelerin çatlama gösterdiği limit yük değerinin artış gösterdiği, sabit yük altındaki çatlak boyutunun ise belirgin şekilde azaldığı belirlenmiş ve numunelerin çatlamaya karşı dirençli hale geldiği sonucuna varılmıştır. Cam yüzeylerin çizilme dayanımlarının ve eğme mukavemeti değerlerinin önemli ölçüde artış gösterdiği belirlenmiştir. Camların sulu ortamda gümüş, çinko ve bakır salınımı gerçekleştirdiği, gümüş içeren numunelerdeki iyon salınımının çinko ve bakır içeren numunelere oranla yüksek olduğu belirlenmiştir. Standart test metoduna uygun olarak gerçekleştirilen antimikrobiyal duyarlılık testleri sonucunda, gümüş-potasyum içeren cam numunelerin Escherichia Coli (E.coli) ve Staphylococcus Aureus (S.aureus) hücrelerine karşı antimikrobiyal aktivite gösterdiği tespit edilmiştir. Toz formdaki camlarla gerçekleştirilen deneyler sonucunda, gümüş, çinko ve bakırın iyon değişim işlemiyle camlara katkılandırıldığı belirlenmiştir. Tüm toz formdaki cam numunelerin sulu ortamda salınım yaptığı, ancak çinko ve bakır içeren numunelerin salınımlarının düşük olduğu tespit edilmiştir. Sıvı besi yeri uygulamasıyla gerçekleştirilen antimikrobiyal testler sonucunda, gümüş içeren toz camların E.coli ve S.aureus hücrelerine karşı antimikrobiyal aktivite gösterdiği belirlenmiştir. Ag-Zn ve Ag-Cu şeklinde ikili katkılandırma yapılmış tüm bulk ve toz camlarda, gümüş katkılı camlara kıyasla yapıya geçen gümüş miktarlarında önemli bir azalma gözlenmezken, gümüş iyonu salınımlarında belirgin düşüş kaydedilmiştir. Antimikrobiyal testler sonucunda, Ag-Zn katkılandırılan bulk ve toz cam numunelerin E.coli ve S.aureus hücrelerine karşı, Ag-Cu katkılandırılan numunelerin ise, E.coli ve Candida Albicans (C.albicans) hücrelerine karşı antimikrobiyal aktivite gösterdiği belirlenmiştir. Farklı cam bileşimlerinin iyon değişim verimine etkisinin incelenmesi amacıyla gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda, cam yapıda belirli oranda bulunan Al2O3'in, iyon değişim işlemiyle yapıya kazandırılmak istenen iyonların hem yapıya geçişi hem de salınımları sırasında iyonların difüzyonunu destekleyici şekilde etki gösterdiği belirlenmiştir. Bileşimde artan B2O3'in ise, cama kazandırılan ve sulu ortama salınan iyon miktarını düşürdüğü sonucuna ulaşılmıştır. Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda, silika esaslı cam matrislerin iyon değişim işlemiyle farklı metal iyonlarıyla katkılandırılması, işlem parametrelerinin camların fiziksel ve mekanik özelliklerine ve antimikrobiyal aktivitelerine etkilerinin belirlenmesi ve iyon değişim işleminin tez çalışması amacı doğrultusunda incelenmesi gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar sonunda, antimikrobiyal özellik gösteren ve aynı zamanda mekanik özellikleri iyileştirilmiş bulk camlar ile antimikrobiyal özellikte toz camlar elde edilmiştir. Ayrıca, Ag-Zn ve Ag-Cu şeklindeki ikili katkıların sağladığı oldukça düşük iyon salınımı değerleri sayesinde uzun süreli antimikrobiyal aktivite gösteren camların elde edilmesine yönelik önemli sonuçlar edinilmiştir.
-
ÖgeKarbon Nanofiber İlave Edilmiş Mezofaz Zift Bazlı Karbon Köpüğün Hazırlanması Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-10-23) Gül, Ayşenur ; Yardım, M. Ferhat ; 446593 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringBu çalışmada üretilen karbon köpüklerin karakteristik özellikleri proses basıncı ve karbon nanofiber katkısı açısından incelenmiştir. Elde edilen karbon köpükler taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını difraktometresi (XRD), helyum piknometresi ve dayanım ölçümü cihazlarıyla karakterize edilmiştir. Yoğunlukları ölçülmüştür. Yapılan deneylerin sonucunda, 10 atm basınçta daha homojen, daha yoğun ve daha dayanıklı karbon köpükler elde edilmiştir. Ayrıca 10 atm basınçta elde edilen karbon köpükler daha az gözeneklidir. Karbon köpüklerin iskelet ve yığın yoğunluğu katkı maddesi ilavesi ile azalan bir eğilimi göstermiştir. Karbon köpüklerin dayanımı karbon nanofiber ilavesi ile azalmıştır.
-
ÖgeLityum İyon Bataryalarda Negatif Elektrot Olarak Kullanımları İçin M-si (m: Ag,cu) İnce Filmlerin Tasarlanması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017-02-2) Karahan, Billur Deniz ; Keleş, Özgül ; 10136918 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringGünümüzde her kesimden insanın hızlı, verimli ve kolay iletişim için taşınabilir elektronik aletlerden (bilgisayarlar, cep telefonları, kameralar, fotoğraf makinaları, MP3 çalarlar, CD çalarlar, DVD oynatıcılar, radyolar, televizyonlar) yararlandığı bilinmektedir. Taşınabilir tüm bu elektronik ürünlerin görevlerini uzun süreli ve etkin olarak sürdürebilmeleri için temel şart yüksek enerji yoğunluğuna sahip, güvenli, uzun ömürlü, bakımı kolay yapılabilen, kısa sürede şarj edilebilen ve çevreye zarar vermeyen bir enerji kaynağına sahip olmalarıdır. Günlük kullanım ihtiyaçlarının yanı sıra özellikle taşıma sektöründe de yüksek miktarda enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Tekrar şarj edilebilen/ ikincil lityum-iyon bataryalar (LİB) sahip olduğu üstün özellikler sayesinde gerek ev aletlerinde gerekse de taşıma sektöründe yaygın olarak kullanılan enerji kaynaklarından biridir. Tekrar şarj edilebilir pil olan lityum iyon piller, ikincil piller olarak da bilinirler; deşarj olduktan sonra tekrar şarj edilerek kullanılabilen elektrokimyasal hücrelerdir. Diğer ikincil pillerle (gümüş-çinko, nikel-çinko, nikel-hidrojen) karşılaştırıldıklarında bakım gerektirmemeleri ve uzun ömürlü olmalarının yanı sıra geniş çalışma sıcaklık aralığına, uzun raf ömrüne, çabuk şarj olabilme kabiliyetine, yüksek güçlü deşarj kapasitesine, yüksek enerji verimliliğine ve yüksek spesifik enerji yoğunluğuna sahip olmaları sebebiyle de sıkça tercih edilmektedirler. Pahalı olmaları ve yüksek sıcaklıklarda hızlı bozunmaları ise sahip oldukları en büyük dezavantajlardır. İlk olarak 1970 yılında lityum metalinin enerji uygulamalarında kullanımına ait avantajlar fark edildikten sonra 1972'de Exxon TiS2 yapısında katot üreterek Li'a karşı gerçekleştirdiği ilk lityum pilini üretmiştir. Katmanlı yapıdaki sülfür içeren katot malzemelerinin uzun çevrimler boyunca kararlı kalmadığı 1980'de kanıtlandıktan sonra Goodenough ve arkadaşları metal oksitleri alternatif katot malzemesi olarak önermişlerdir. Bu öneriyi takiben 1991 yılında ilk defa Sony LiCoO2'in katot, karbonun anot olarak kullanıldığı ticari LİB'ları üretmiştir. Bu hücrelerde 3,6 V üstünde potansiyel elde edilmiş, uzun çevrimler boyunca kararlılık gösteren lityum iyon pillerin üretilmesi başarılmıştır. Enerji sektöründeki artan ihtiyaçlara uygun şekilde cevap verebilmek ve çevreye en az zarar veren teknolojinin kullanımını yaygınlaştırmak için tekrar şarj edilebilen LİB'larla ilgili yapılan çalışmalar son yıllarda oldukça hız kazanmıştır. 2008 yılında dünyadaki satış miktarı 36 milyar dolar, 2013 yılında ise değeri 51 milyar dolara ulaşan LİB pazarının 2020 yılına kadar 100 milyar doları geçmesi beklenmektedir. Elektrikli araçlar bu teknolojinin gelişmesinde ayrı bir öneme sahiptir. Tekrar şarj edilebilen LIB temel olarak anot/katot, separatör ve eletrolitten oluşmaktadır. Anot malzeme negatif elektrot, katot ise pozitif elektrot olarak görev alır. Pilin şarj reaksiyonu sırasında dışarıdan uygulanan fazla voltajı takiben pozitif elektrottan Li iyonları ayrılır, elektrolit boyunca difüz ederek negatif elektrotun yapısına yerleşirler (interkele ederler). Bu sırada pozitif elektrottan ayrılan elektronlar akım iletici kablo vasıtasıyla anoda elektron iletirler. Deşarj reaksiyonu sırasında ise anoda geçen (interkeleeden) lityum iyonları katottaki ilk yerlerini almak üzere hareket (deinterkele) ederken, elektronlar da depolanan enerjiyi istenilen uygulama için transfer ederler. Bu reaksiyonların yüksek verimle gerçekleşebilmesi için elektrot malzemeleri yüksek elektrik iletkenliğinde, hafif ve elektrolitle uyumlu olmalıdır. Elektrot üretiminde malzemeler yüksek iletken metal folyolara lamine edilir veya folyo üzerine biriktirilir. Pil elemanlarının biraraya getirilmesi sırasında folyoların üzerindeki elektrot malzemeleri arasında gerçekleşmesi muhtemel kısa devreyi önlemek için mikro gözenekli seperatörler veya jel/katı elektrolitler kullanılarak hücre içerisinde lityum iyonlarının yer değiştirmesi sağlanmalıdır. Dünya'da LİB performansını geliştirmek için yapılan çalışmalar hücre elemanları ve elektrot dizaynı olarak temel şekilde sınıflandırılabilir. Bu çalışmalar sonucu sadece US patent ofisinde kayıtlı 10.000'e yakın lityum iyon teknolojisi üzerine patent olduğu görülmüştür. Elektrot malzemelerinin bileşimleri (kompozit üretimi dahil olmak üzere) ve yapısal (gözenekli) özelliklerini geliştirmek üzerine çalışanların yanı sıra, elektrolit ve membran özelliklerini geliştirmek için de çalışan araştırma grupları bulunmaktadır. Günümüzde LİB'da pozitif elektrot olarak öncelikli olarak katmanlı (LiCoO2), spinel (LiMn2O4) ya da olivin (LiFePO4) yapıda malzemelerin kullanımı araştırılırken, negatif elektrot (anot) malzemesi olarak öncelikle karbon (C) daha sonra kalay (Sn), alüminyum (Al), antimon (Sb), bizmut (Bi) ve silisyum (Si) esaslı malzemelerin kullanımları değerlendirilmekteditr. Son yıllarda alternatifleri arasından Si yüksek kapasiteye sahip olması (3579 mAsg-1 oda sıcaklığında) ve hammaddesinin dünyada bol ve ucuz bulunmasından dolayı, araştırmalarda sıkça tercih edilmektedir. Si anotunun uygulanmasında karşılaşılan en büyük sorun ise malzemenin düşük elektrik iletkenliği (10-3 S cm-1), düşük lityum difüzyon katsayısı (10-14-10-13 cm2s-1), lityumla reaksiyon sırasında birim hücrede gerçekleşen yüksek hacimsel (%300) değişim ve lityumla reaksiyon potansiyelinin elektrolit parçalanma potansiyel değerinin altında olması sebebiyle yüzeyinde kararlı olmayan katı elektrolit ara yüzeyi (SEI: solid electrolyte interphase) oluşturmasıdır. Bu sorunun üstesinden gelebilmek için nanokompozit elektrotların kullanımı önerilmiştir. Bu bağlamda, gümüş (Ag) ve bakır (Cu) sahip oldukları yüksek elektrik iletkenliğikleri sayesinde geçmiş çalışmalarda tercih edilmişlerdir. Böylece, Si filmin içinde bulunan bu metal atomları, lityumla reaksiyona girmedikleri şartlar altında, hem elektrotun içinde yeni elektron yolları açmasına, hem çevrim testi boyunca Si'un elektrotta oluşabilecek elektrokimyasal aglomerasyonunun engellenmesine hem de Si-Li arasında gerçekleşen reaksiyon sonucunda oluşan yüksek hacimsel değişimi mekanik tampon olarak sindirerek, hacimsel değişimin yıkıcı etkisinin azalmasına sebep olmuşlardır. Si bazlı nanokompozit malzemeler literatürde sıkça kullanılmıştır. Lityumla reaksiyona girmeyen Cu atomları, Ag atomlarına nazaran sahip oldukları daha düşük atomik kütlelerinin yanı sıra, sergiledikleri sünek davranışları ve Si'la farklı fazlar (ör:Cu3Si) meydana getirmeleri sebebiyle galvonastatik test boyunca lityumla reaksiyonlarının tersinir olmasını sağlayabileceğini de kanıtlamıştır. Dahası Cu, negatif elektrotun akım toplayıcı Cu folyo ile arasındaki adezyonunu artırarak, yüksek çevrim ömrü ve iyi kapasite saklama özelliği kazandırdığı da kanıtlanmıştır. Şimdiye kadar, sol-jel, elektron demeti ile buharlaştırma, iyon katkılama, kimyasal buhar çökeltme, ultrasonik radyasyon, melez büyütme teknikleri ile SiCu kompozit filmleri üretilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda üretim yönteminin özelliklerine bağlı olarak elektrotun tane özelliklerinin ve bu yüzden de elektrokimyasal performansının değiştiği gözlemlenmiştir. Bu sebeple araştırmacılar sıfır (0D), tek (1D), iki (2D) ve üç (3D) boyutta elektrot malzemeleri üreterek, LIB'da anot malzemesi olarak kullanımları durumunda özelliklerini incelemiştir. Sonuçlar temel olarak nano boyutta üretilen elektrot malzemelerin ilk kapasitelerinin daha yüksek olduğunu ve çevrim ömürlerinin daha uzun olduğunu kanıtlamıştır. Fakat elektrotun içerisinde aktif malzemenin tane boyutunun azalması aynı zamanda ikincil reaksiyon olarak tanımlanan oksitlenme ve katı elektrolit ara yüzey filminin yüksek miktarda oluşmasına neden olmaktadır. Bu oluşum sebebiyle ilk deşarj reaksiyonu (lityumun interkele ettiği) yüksek olsa da reaksiyonun geri dönüş veriminin oldukça düşük olduğu gözlenmiştir. Günümüzde LİB'ları elektrikli araç gibi ileri teknoloji aletlerinde kullanmak için yüksek akım yoğunluklarında verimli performans sergilemeleri en önemli gereksinimleridir. Bu noktada yüksek miktarda gerilimi tolere edebilecek yapıda Si anot üretimi oldukça önem kazanmaktadır. Bu şekilde ekonomik olarak uygun şartlarla elde edilen elektrotun çevrim testi boyunca hem mekanik olarak bütünlüğünü koruması hem de yüksek kapasite sergilemesi hedeflenmektedir. Bu kapsamda yapılan çalışmalarda malzeme seçimi ve proses dizaynının önem kazandığı görülmektedir. Bu tezde, yukarıdaki bilgiler göz önüne alınarak yüksek kapasite-çevrim performansı sergileyen anot eldesinin hem malzeme seçimi hem de üretim proseslerinde yapılan iyileştirmeler ile eldesi hedeflenmiştir. Malzeme seçimi kapsamında Si anotların performanslarını geliştirmek için birinci başlıkta lityuma karşı aktif özellik sergileyen yüksek elektrik iletkenliğine sahip Ag, ikinci ve üçüncü başlıkta ise lityuma karşı inaktif davranış sergileyen Cu atomu ilavesiyle kompozit filmler üretilmiştir. Proses gelişimi için ise ilk başlıkta Ag atomlarının çevrim testine etkisini inceleyebilmek ve SiAg filminin en verimli çalışacağı test aralığını bulmak için farklı galvanostatik test koşullarında test uygulanmıştır. İkinci başlıkta ise geleneksel manyetik sıçratma prosesi yerine 'sürekli olmayan, şiddetli akımla manyetik sıçratma' (High power pulsed magnetron sputtering: HPPMS) yöntemi kullanılarak homojen özellikte Si film sağlanmıştır. Üçüncü başlıkta ise iyon desteğinin elektron demeti buharlaştırma prosesine adapte edilmesi sayesinde yüksek yapışma özelliğine sahip şekilli ince filmler başarıyla elde edilmiştir. İncelenen tezin birinci bölümünde kullanılan Ag elementinin anot malzemesi olarak kullanımı üzerine yapılmış çalışmalar, Ag elementinin 0,2 V altındaki potansiyellerde lityumla reaksiyona girdiğini ortaya koymuştur. 0,005-1,2 ve 0,2-1,2 V aralığında test edilen, manyetik sıçratma yöntemiyle elde edilmiş bu kompozit film, 0,005-1,2 V aralığında 20 çevrim sonunda çok düşük kapasite değerleri sergilerken, 0,2-1,2 V aralığında test edildiğinde 60 çevrim sonunda 1700 mAsa g-1 deşarj kapasitesi ortaya koymuştur. Bu durum 0,2-1,2 V aralığında lityumla reaksiyona girmeyen nanoboyutta dağılmış Ag atomlarının Si filmi içerisinde elektron iletimlerini sağlayacak yollar oluşturmaları ile açıklanmıştır. Ag malzemesinin pahalı ve ağır olması, Li'la reaksiyon vermeyen ve yüksek elektrik iletkenliğine sahip, daha düşük atomik kütle ağırlığındaki Cu atomlarının alternatif olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Bu sebeple, ikinci bölümde Si elektrodun özelliklerini geliştirmek için Cu atomları film kalınlığı boyunca miktarsal dağılımları değişecek şekilde manyetik sıçratma yöntemiyle biriktirilmişlerdir. Bu başlıkta Si film üretimi sırasında ark oluşumunu engellemek ve homojen özellikte film elde etmek için HPPMS yöntemi kullanılmıştır. Üretilen film kaplama/altlık ara yüzeyinde %100 at. Cu atomları içerirken kaplama/elektrolit arayüzeyinde %10 at. Cu içerecek şekilde tasarlanmıştır. Cu atomlarının sahip oldukları yüksek elektrik iletkenliği ve süneklik çevrim testi boyunca kaplamada oluşan gerilimin dağılmasına yardımcı olmuş, yüksek performans elde edilmesi başarılmıştır. Bu sayede 100 çevrim sonunda 1500 mAsa g-1 deşarj kapasite sergileyen anot malzemesi elde edilmiştir. Son bölüm de ise kalınlık boyunca bileşimi değiştirme yaklaşımı eğik açılı elektron demeti buharlaştırma yöntemi kullanılarak denenmiştir. Kaplamanın ilk 5 dakikasında uygulanan iyon desteği sayesinde kaplamanın altlığa yapışmasının artması beklenmiştir. Bu deneylerde eğik açılı elektron demeti buharlaştırma yönteminin seçilmesinin temel sebebi prosesin farklı nanoşekilli yapıları düzenli dizilimli olarak elde edilmesine olanak sağlıyor olmasıdır. Bu yöntem sayesinde son başlıkta bileşimi kalınlık boyunca değişen helis şekilli SiCu ince filmleirn üretimi gerçekleştirilmiş, anot malzemesi olarak kullanımları değerlendirilmiştir. Bu tasarımla helis şekli sayesinde hem mekanik mukavemetin gelişmesi, hem de Cu atomlarının kalınlık boyunca oranlarının değişmesi sonucu oluşan hacimsel değişimin neden olduğu gerilimin dağılması amaçlanmıştır. Galvanostatik test sonuçları kalınlık boyunca değişen Cu miktarı sayesinde (elektrot/akım toplayıcı ara yüzeyinde %30 at. Cu bulunurken, elektrot/elektrolit ara yüzeyinde %10 at. Cu bulunmaktadır) elektrot üzerinde oluşan stres yayılımının değiştiğini ve bu sayede 100 çevrim testi sonunda 1200 mAsa g-1 deşarj kapasitesi sergileyebildiğini göstermiştir. Bu tezde uygun malzeme seçimi ve proses dizaynı ile fiziksel buharlaştırma yöntemleri kullanılarak (manyetik sıçratma ve iyon destekli eğik açılı elektron demeti buharlaştırma) Si bazlı filmlerin lityum iyon bataryalarda anot malzemesi olarak kullanımları için üretilebileceği gösterilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalara ait sonuçlar elektrot malzemesinin bileşiminin ve elektrottaki boşluk miktarının/dağılımının yüksek elektrokimyasal performans sergileyen anot malzemesi eldesinde oldukça önemli olduğunu göstermiştir. Elektrottan elde edilen yüksek performans yüksek adezyon kuvvetiyle altlığa bağlı olan ince filmin yapısal, bileşimsel ve morfolojik özellikleriyle, elektrot yüzeyinde oluşan SEI filminin kararlılığıyla ve uygulanan galvanostatik test koşullarıyla ilişkilendirilmektedir. İçinde bulunduğumuz hızla değişen düzende ilerleyen teknolojiyi yakalamak açısından LİB teknolojisini geliştirmek için yapılacak araştırma-geliştirme faliyeteleri oldukça önemlidir. Bu amaç dikkate alındığında yapılan bu tezin LİB teknolojileri için anot geliştirilmesi yönünde araştırma-geliştirme faaliyetlerini destekleyici nitelikte sonuçlar içerdiği düşünülmektedir.