FBE- Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.
Gözat
Konu ": Ultra High Temperature Ceramics" ile FBE- Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeSilisyum Karbür Ve Grafen Nano Plaka (gnp) Takviyeli Titanyum Diborür Seramiklerin Spark Plazma Sinterleme Yöntemi İle Üretimi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-06-24) Kaya, Öznur ; Karadayı, İpek Akın ; 10113295 ; Metalurji ve Malzeme Mühendisliği ; Metallurgical and Materials EngineeringUltra yüksek sıcaklık seramikleri (UHTC) ergime sıcaklığı 3000°C’nin üzerinde olan, yüksek sıcaklık koşullarında özelliklerini kaybetmeden kullanılabilen ve oksitli olmayan seramiklerdir. Yüksek sertlik, yüksek ısıl iletkenlik ve iyi ısıl şok dayanımı ultra yüksek sıcaklık seramiklerinin sahip olduğu temel özelliklerdir. Bu gruptaki seramiklerin kullanım alanlarını atmosfere giriş araçları ve hipersonik sistemlerde burun ucu ve hücum kenarı uygulamaları, yüksek sıcaklık dayanımı gerektiren uygulamalar, fırınlarda korozyona dirençli malzemeler, çeşitli metal üretimlerinde katot malzemesi, nozül ve zırh malzemesi ve hipersonik sistemlerde koruyucu kaplama olarak özetlemek mümkündür. Tez konusunu da oluşturan havacılık ve uzay uygulamalarında ultra yüksek sıcaklık seramiklerinin kullanımının araştırılmasına yönelik çalışmalar 1960’lı yıllarda ManLabs-Air Force Materials Research Laboratory’de (AFML) başlamıştır. 1990’lı yılların başında basınçlı sinterleme yöntemlerindeki gelişmelere bağlı olarak, intermetalik borürlerin hipersonik ve atmosfere giriş sistemlerinin hücum kenarlarında ve burun ucunda kullanımları araştırılmıştır. Bu uygulamalar için üzerinde en çok çalışılan borür sistemleri hafniyum diborür (HfB2) ve zirkonyum diborür (ZrB2)’dür. Bu sistemlere yönelik pek çok çalışma literatürde mevcuttur. Bunların yanı sıra titanyum diborür (TiB2) ve niyobyum diborür (NbB2) gibi metalik borür sistemleri de yüksek ergime sıcaklığı, yüksek sertlik, iyi kimyasal kararlılık, düşük yoğunluk gibi özelliklere sahiptir ve şimdiye kadar adı geçen uygulamalarda kullanımları araştırılmamıştır. Borürlerin sahip olduğu üstün özelliklerine rağmen, düşük kırılma tokluğu değerleri ve zayıf oksidasyon dirençleri nedeniyle tek başlarına kullanımları sınırlıdır. Bu durum pek çok uygulamada borürlerin kompozit yapılar halinde kullanılmalarını gerektirmektedir. Kırılma tokluğunu ve oksidasyon direncini arttırmak için borür yapıları ile uyumlu olan silisyum karbür (SiC) ve ilave toklaştırma mekanizmaları sağlamaları sebebiyle son yıllarda giderek önem kazanan karbon nanotüp (CNT) ve grafen nano partikül (GNP) gibi nano boyutlu karbon formları tercih edilen malzemelerdir. Güçlü kovalent bağlanma ve yüksek ergime sıcaklığı nedeniyle yoğun yapı elde edilebilmesi için yüksek sıcaklıklara ve uzun sinterleme sürelerine ihtiyaç duyulması borür esaslı malzemelerin üretimini zorlaştırmaktadır. Yoğunlaşma problemi, spark plazma sinterleme (SPS) gibi gelişmiş sinterleme tekniklerinin kullanılması ile iyileştirilebilir. SPS tekniğinin, sıcak pres, sıcak izostatik pres ve basınçsız sinterleme sistemlerine göre düşük sinterleme sıcaklığı ve kısa sinterleme süresi gibi önemli avantajları vardır. Sistemin sahip olduğu bu özellikler, yüksek ergime sıcaklığına sahip karbür, borür ve nitrürlerin, tane büyümesi oluşmadan dakikalar ile ifade edilen sürelerde, yüksek yoğunluklarda üretimine olanak sağlamaktadır. Deneysel çalışmalar kapsamında monolitik TiB2, TiB2-SiC ve TiB2-SiC-GNP kompozitleri spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretilmiştir. TiB2 esaslı numuneler 50 mm çapında ve 4 mm kalınlığında olacak şekilde sinterlenmiştir. Monolitik TiB2 ve TiB2-SiC ikili kompozitleri 1700°C’de, TiB2-SiC-GNP üçlü kompozitleri ise 1800°C’de 5 dk süreyle, 40 MPa basınç altında üretilmiştir. Karakterizasyon faaliyetleri kapsamında, üretilen numunelerin yoğunluk ölçümleri yapılmış ve densifikasyon davranışları incelenmiştir. Faz analizleri ve mikroyapı karakterizasyonları yapılan numunelerin mekanik özelliklerinin değerlendirmesi, oksidasyon davranışlarının incelenmesi ve termal iletkenlik ölçümleri yapılmıştır. SiC ve GNP ilavelerinin oluşturduğu toklaşma mekanizmaları incelenmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında TiB2 esaslı kompozitlerin oksidasyon davranışları incelenmiş ve termal iletkenlik değerleri ölçülmüştür. Sinterlenen numunelerin yoğunluklarının %97-99.9 arasında olduğu belirlenmiştir. Artan GNP miktarı ile yoğunluk değerinde artış gözlenlenmiş ancak hacimce %7’den fazla eklenen GNP yoğunluk değerini düşürmüştür. Elde edilen en yüksek sertlik (~28 GPa) ve kırılma tokluğu (~6,5 MPa·m1/2) değerlerinin 1800°C’de sinterlenen ve hacimce %5 GNP ile % 15 SiC içeren TiB2-SiC-GNP kompozitine ait olduğu belirlenmiştir. 1000, 1100, 1200, 1300 ve 1400°C’de farklı sürelerde uygulanan oksidasyon çalışmaları sonucunda, 1700°C’de sinterlenen TiB2-SiC ikili ve 1800°C de sinterlenen TiB2-SiC-GNP üçlü kompozitlerinin oksidasyon davranışlarının, monolitik TiB2 seramiklerine oranla daha iyi olduğu belirlenmiştir. SiC ilavesi sonucu oluşan koruyucu oksit tabakaları oksidasyon direncini arttırıcı etki yapmaktadır. Ayrıca GNP’lerin matris tanelerini sarması ile oksijenin matriste ilerlemesi engellenebilir ve bu durum da oksidasyon direncinin iyileştirici etki gösterebilir. En yüksek termal iletkenlik değerleri TiB2 ile elde edilmiştir, artan SiC miktarı ile birlikte termal iletkenlik değerlerinde azalma gözlenmiştir. Grafen çok yüksek termal iletkenlik değerine (25°C’de 5000 W/mK) sahip olmasına rağmen termal iletkenlik değerlerinde GNP ilavesi ile azalma görülmüştür. Arayüzeyde boşluk oluşumu, GNP içeren kompozitlerin termal iletkenlik değerlerinin beklenenden çok daha düşük değerlere sahip olmasına neden olmuştur.