LEE- Malzeme Mühendisliği-Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 8
  • Öge
    Toz metalurjisi ile üretilen takım çeliklerinin sıcak daldırma yöntemiyle alüminyum kaplama sonrası yüzey karakterizasyonu
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-09-20) Çalışkan, Anıl ; Baydoğan, Murat ; 506181404 ; Malzeme Mühendisliği
    Teknolojinin gelişmesi, üretim adetlerindeki artış, kimyasal bileşimlerine çeşitli alaşım elementleri eklenerek daha mukavemetli hale gelmesi ile çeliklerden de beklenen özellikler artmaktadır. Bu sebeple, imalat ve kalıpçılık sektöründe kullanılan modern takım çeliklerinin yerini toz metalurjisi ile üretilmiş takım çelikleri almaktadır. Geleneksel çelik üretim yöntemi ile kıyaslandığında, toz metalurjisi ile üretilen çeliklerin daha homojen bir mikroyapıya sahip olduğu görülmektedir. Bu avantajın yanı sıra daha yüksek karbür yapıcı elementlerin varlığı da üretilen çeliğin mekanik özelliklerinde çok ciddi bir artışa neden olmaktadır. Isıl işlem sonrası yüksek sertleşebilme özelliği, özellikle sürtünmeli bölgelerde kullanılan geleneksel takım çeliklerine göre toz metalurjisi ile üretilen takım çeliklerinden yapılan parça ve kalıp ömürlerinin ciddi bir şekilde arttırılmasında da yardımcı bir rol oynamaktadır. Toz metalurjisi ile üretilen ASP 2012 kalite soğuk iş takım çeliği, yapısında bulunan güçlü karbür yapıcı elementler ve üretim teknolojisi sayesinde homojen bir mikroyapıya sahiptir. Diğer toz metalurjisi ile üretilmiş çeliklere göre daha yüksek tokluğa sahip olan ASP 2012, özellikle darbe ve yük altında çalışan parçalarda, kesme ve sıvama kalıplarında kullanılmaktadır. ASP 2012 takım çeliğinin diğer modern takım çeliklerine göre bir diğer avantajı ise yüksek sertleşebilme kabiliyetidir. Isıl işlem sonrası sertliği 60 HRC'ye kadar artabilmektedir. Endüstride kullanılan nitrasyon, karbürleme ve borlama gibi diğer yüzey işlemlerine de uygundur. Kimyasal bileşiminde bulunan yüksek karbon ve güçlü karbür yapıcı elementler sayesinde, yüksek aşınma direncine sahip bir diğer toz metalurjisi ile üretilmiş soğuk iş takım çeliği ise ASP 2053'tür. İnce taneli ve homojen bir mikroyapıya sahip olan ASP 2053, yüksek sertliklere ulaşabilmesi sayesinde, özellikle kesici takımlarda kullanılmaktadır. İmalat ve kalıpçılık sektöründe kullanılan bu çeliklerde parça ömründeki iyileşmenin yanı sıra uygulanan kaplama işlemlerinin yeterliliğinin geliştirilmesi ve ekonomik olarak malzemelerden alınan performansın da arttırılması hedeflenmektedir. Bu çalışmada ASP 2012 ve ASP 2053 takım çeliklerine uygulanan sıcak daldırma alüminyum kaplama işlemi sonrasında elde edilen yüzeyin yapısal karakterizasyonu yapılmış ve kaplama tabakasının sertliği ölçülmüştür. Bu tez çalışmasında; toz metalurjisi ile üretilmiş ASP 2012 ve ASP 2053 takım çelikleri kullanılmıştır. Bu takım çelikleri, sıcak daldırma yöntemi ile saf alüminyum ve Al-ağ. %12Si alaşımı ile kaplanarak, iki farklı kimyasal bileşime sahip takım çeliğinin kaplama tabakasının karakterizasyonu yapılmıştır. Diğer alüminyum kaplama işlemleri, termal sprey yöntemi, giydirme yöntemi, elektroliz ile kaplama yöntemi, vakum yöntemi, buhar biriktirme yöntemi ve elektroforez yöntemidir. Bu çalışma kullanılan sıcak daldırma yönteminin seçilmesindeki en önemli kriter ise nispeten kısa işlem sürelerinde kalın ve altlık malzemeye iyi yapışan bir kaplama tabakası elde edilebilmesidir. Sıcak daldırma yöntemi ile kaplama işlemi, sade karbonlu ve alaşımlı çelikler, titanyum alaşımları ve süperalaşımlara uygulanmakta ve bu konudaki akademik çalışmalar halen devam etmektedir. Kaplama işleminde kullanılan kaplama malzemesi, sıcaklık, süre ve altlık malzeme gibi parametreler değiştirilerek geliştirme çalışmaları yapılmaktadır. Endüstride kullanılan diğer kaplama işlemleri ile kıyaslandığında ise alüminyum kaplama işlemi yüksek sertlik ve sürekliliği yüksek bir kaplama bölgesi imkânı sunmaktadır. Özellikle borlama gibi yüksek sıcaklık ihtiyacı bulunan bir kaplamaya göre daha ekonomiktir. Bu tez çalışmasında yapılan kaplama işlemleri, her iki malzeme için de 700 oC sıcaklıkta ergimiş saf alüminyum ya da Al-ağ. %12Si alaşımının bulunduğu grafit pota içerisinde gerçekleştirilmiştir. Kaplama işlemi 3 dakika süreyle yapılmıştır. Bu çalışmada her iki çelik kalitesi için de çeliklerin östenitlenme sıcaklığının altında bir difüzyon tavlaması sıcaklığı belirlenmiştir. ASP 2012 kalite soğuk iş takım çeliği için östenitlenme sıcaklığı 1100 oC iken, ASP 2053 kalite soğuk iş takım çeliği için ise bu değer 1180 oC'dir. Kaplama sıcaklığının bu değerlerden düşük seçilmesinin nedeni, alüminid fazlarındaki Fe ve Al oranlarındaki değişimin belirlenmesidir. Kaplama işlem sonrasında 800 oC'de 1 saat difüzyon tavlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha sonrasında, tavlama fırınından çıkarılan numuneler oda sıcaklığında soğumaya bırakılmıştır. Kaplama ve difüzyon tavlaması işlemleri tamamlandıktan sonra XRD analizi ile her iki kalite soğuk iş takım çeliğinin yapısal karakterizasyonu yapılmıştır. Numunelerden alınan kesitler incelenerek difüzyon öncesi ve sonrası kaplama tabakasında gözlemlenen faz ve arayüzey değişimleri noktasal ve elementel haritalama EDS analizleriyle değerlendirilmiştir. Optik mikroskop altında kaplanmış̧ ve kaplama işleminden sonra difüzyon tavlaması yapılmış takım çeliklerinde farklı fazlarda yapılar gözlemlenmiş ve bu bölgelerin sertlik deneyleri yapılarak kaplama tabakasının farklı bölgelerinin sertlik değerleri elde edilmiştir.
  • Öge
    H-BN ilavesinin zirkonya ile toklaştırılmış alumina seramiklerinin mekanik ve biyouyumluluk özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-03-25) Büyüker Ata, Gökçe ; Karadayı Akın, İpek ; 506191414 ; Malzeme Mühendisliği
    Biyoseramikler kimyasal ve mekanik özellikleri sebebi ile kas ve iskelet sistemini etkileyen bozuklukların tedavisinde kullanılmaktadırlar. Seramik ve cam malzemeler tıpta uzun zamandır kullanılmasına rağmen implantasyon uygulamaları için mekanik özellikleri yetersiz kalmıştır. Bu yetersizliğin ana sebebi seramik malzemelerin sahip olduğu düşük kırılma tokluğu değeridir. Düşük kırılma tokluğu uzun vadede yavaş ilerleyen çatlak oluşumunu ve nihai olarak implantın görevini yerine getirememesine, hatta deforme olmuş implantın vücuda zarar vermesine yol açar. Bu sebeple, kompozit yapıların oluşturulması ile bu negatif özelliklerin üstesinden gelinmeye çalışılmaktadır. Alüminyum oksit (Al2O3), yüksek korozyon direnci, yüksek sertlik, kimyasal inertlik, düşük elektriksel ve termal iletkenlik, iyi biyouyumluluk gibi özellikleri sebebiyle çeşitli mühendislik uygulamalarında ve biyomalzeme olarak vücut içinde kullanılmaktadır. Ancak düşük kırılma tokluğu kullanım alanlarını sınırlamaktadır. Bu sorunun giderilmesi amacıyla alüminaya MgO, SiC, ZrB2, ZrO2 gibi mikron altı boyutlardaki ikincil faz partikülleri ilave edilmektedir. Bu ilaveler matrisin tane sınırlarına yerleşerek aşırı tane büyümesini önleyip alüminanın dayanımını arttırırlar. Zirkonyum oksit (ZrO2) esaslı seramikler uzun yıllardır biyomedikal endüstrisinde kullanılan malzemelerdir. Zirkonya seramikleri sıcaklığın etkisi ile allotropik değişim gösterir ve bu değişimler dönüşüm toklaşması mekanizması ile kırılma tokluğunu arttırır. Söz konusu faz dönüşümü sırasında %4-5'lik bir hacim değişimi gerçekleşir ve bu %14-15'lik bir kayma gerilmesi ortaya çıkarır. Bu dönüşüm ilerleyen bir çatlağın çevresinde gerçekleşirse çatlağa karşıt kuvvet oluşturacağından istenen bir sonuç alınır; ancak vücut sıvıları ile temas eden yüzeylerde oluşan çatlak, mikro çatlak oluşumuna ve yüzey pürüzlülüğüne yol açabilir. Zirkonyanın faz dönüşüm mekanizmasını kontrol etmek için zirkonyaya stabilize edici oksitler (MgO, CaO, Y2O3) ilave edilir ve sinterleme sıcaklığı ile oda sıcaklığı arasındaki faz dönüşümü engellenir. Bu oksitler arasında en yaygın olarak kullanılan stabilizatör itriyum oksittir (Y2O3). Sahip oldukları üstün özellikleri bir araya getirilen alümina ve itriyum oksitle stabilize edilmiş zirkonya (YSZ) seramikleri pek çok yapısal uygulamada monolitik alümina ve zirkonya seramiklerine göre tercih edilmektedir. Grafenin bulunması ve bilim dünyasına getirdiği yeniliklerin ilgi görmesi ile iki boyutlu malzemeler üzerine teorik ve deneysel çalışmalar hızlanmıştır. Son zamanlarda değişik karbon kaynaklarının kompozitler için takviye malzemesi olarak kullanımı ile ilgili birçok çalışma yapılmaktadır. Yapılan bu çalışmalar karbon kaynaklarının, Al2O3-YSZ kompozitlerinin kırılma tokluğunu arttırdığını göstermiştir. İki boyutlu hegzagonal bor nitrür (hBN), mekanik ve kimyasal özellikleri açısından grafen ile benzerlik göstermektedir. Bu çalışmada hBN'nin grafene nazaran sahip olduğu daha iyi oksidasyon direnci, işlenebilirlik özellikleri ve matris tozları ile aynı renkte olması sebebi ile bu çalışmada Al2O3-YSZ matrisine farklı oranlarda ilave edilerek yoğunlaşma, mikroyapı, mekanik özellikler ve biyouyumluluk üzerine etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada, spark plazma sinterleme (SPS, 7.40 MK VII, SPS Syntex Inc.) tekniği kullanılarak öncelikle hacimce %20 ve 30 ZrO2 ve %30 YSZ içeren Al2O3-esaslı kompozitler 1350⁰C'de, 40 MPa basınç altında 5 dk bekleme süresi ile üretilmiştir. En iyi yoğunlaşma davranışına ve en yüksek mekanik özelliklere sahip bileşim (%30 YSZ içeren) matris olarak seçilmiştir. Daha sonra, hacimce %30 YSZ içeren bileşime farklı oranlarda hBN (hacimce, %1, 2, 3, 4 ve 5) ilavesi yapılarak bileşimler hazırlanmış ve SPS yöntemi ile 1350⁰C'de, 40 MPa basınç altında 5 dk bekleme süresi ile sinterlenmişlerdir. Sinterleme sonucunda 50 mm çapında, 4 mm yüksekliğinde silindirik numuneler elde edilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları kapsamında numunelerin relatif yoğunlukları ve mekanik özellikleri ölçülmüş, sinterleme davranışları belirlenmiş, faz analizleri, mikroyapı karakterizasyonu yapılmış ve biyouyumluluk testleri gerçekleştirilmiştir. İkili kompozitlerin faz analizleri sonucu yapılarında metastabil tetragonal zirkonya kristalleri olduğu gözlenmiştir. Üretilen üçlü kompozitlerde, relatif yoğunluk değerlerinde istatistiksel bir değişime rastlanmamıştır. Sistemde en yüksek relatif yoğunluk, %30 YSZ içeren ve hBN ilavesi olmayan numunede %99,9 olarak ölçülmüştür. Yapılan faz analizlerinde artan hBN oranı ile sinterleme sonrası yapıda görülen monoklinik zirkonya oranı artmaktadır. Vickers sertlik değerlerinde %4 BN katkısına kadar istatiksel bir değişime rastlanmamıştır ancak artan BN miktarı ile düşüş gözlenmiştir. En yüksek kırılma tokluğu %3 BN içeren numunede 7,5 MPa.m1/2 olarak ölçülmüştür. Biyouyumluluk testleri sonucunda hBN katkısının biyouyumluluk özellikleri üzerine olumsuz bir etkisinin olmadığı sonucuna ulaşılmıştır.
  • Öge
    Synthesis, characterization and biocompatibility tests of magnetic nanoparticles
    (Graduate School, 2023-08-10) Azmoudeh, Aysa ; Ağaoğulları, Duygu ; 506191434 ; Material Engineering
    Nanotechnology advancements have surged recently in numerous fields, particularly in energy, environmental, electronic, and biological applications. Magnetic nanoparticles (MNPs) are one of the improvements that nanotechnology has brought to these application fields. MNPs are employed in biological, electrical, soil, or water filtration and catalytic applications. MNPs are one of them and are essential for the diagnosis and treatment of cancer. In research such as magnetic resonance imaging (MRI) for cancer diagnosis, like hyperthermia, magnetic nanoparticles are used as contrast agents. Particle sizes, shape, surface characteristics, biocompatibility, magnetic properties, and thermal and chemical stabilities are crucial for using nanomaterials in biomedical applications. Using magnetic nanoparticles will improve the surface area on which the medicine is carried and released because surface area increases as particle size decreases. Additionally, unless encased in protective layers, several iron oxide nanoparticles lose their chemical stability in bodily fluids. The efficiency of imaging applications could suffer from them becoming oxidized and having lower magnetization values. The concept of coating nanoparticles with protective layers has arisen to stop the degradation of magnetic nanoparticles in body fluids and to stop them from losing their magnetic capabilities. These types of materials are referred to as core/shell materials. Different inert materials are coated on the magnetic core to ensure its stability in biological settings. There have been studies on how to surround a metal with its noble metal or oxide to form a passivation layer. Silica and carbon-based (graphene, graphene oxide, etc.) shell materials are frequently chosen coating materials. MNPs and their encapsulations have been created using a variety of production techniques. Solvothermal synthesis could be used to create magnetic nanoparticles like Fe3O4. On the other hand, biocompatible surfaces can be created by encapsulating magnetic nanoparticles in various substances, including graphene. Although too many techniques were explored to encapsulate MNPs in graphene, chemical vapor deposition is one of the more effective ones. In this research, Fe3O4 and Fe3O4@rGO nanoparticles are synthesized by the solvothermal method, and for having high crystallinity and removal of organic compounds, the calcination process is applied by argon gases. Furthermore, encapsulation studies were carried out by feeding these substrates to the chemical vapor deposition (CVD) system and using methane (CH4) and hydrogen (H2) gases. The temperature (950°C), holding times (1 h), system pressures (50 mbar), and gas flow rates (100 mL/min) were investigated as variables. Leaching steps using HF and HCl acid solutions ensure the synthesis of pure powders free of uncoated Fe3O4 and demonstrate the chemical stability of synthesized nanoparticles. According to the magnetic saturation and coercivity values obtained from VSM tests, synthesized Fe3O4@rGO@graphene nanoparticles have soft ferromagnetic properties that demonstrate potential for biomedical and environmental applications. Magnetic saturation and coercivity values of Fe3O4@rGO@graphene were determined as approximately 139 emu/g and 402 Oe. Second, they are functionalized by coating Fe3O4@rGO@graphene core-shell nanoparticles with PMA-POEGMA polymer via Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP). Cytotoxicity tests were carried out to demonstrate the usage of these nanoparticles in biomedicine. These nanoparticles were tested for biocompatibility (biocompatibility on MCF7 cancer cells for up to 48 h). In conclusion, Fe3O4 and Fe3O4@rGO nanoparticles were made via solvothermal synthesis. The calcination procedure is carried out using argon gases to achieve high crystallinity and the elimination of organic contaminants. These substrates were fed into the chemical vapor deposition (CVD) system together with methane (CH4) and hydrogen (H2) gases to conduct encapsulation tests. After leaching by HF and HCl acid solutions, Fe3O4@rGO@graphene nanoparticles are coated with PMA-POEGMA polymer. Then biocompatibilities were carried out to evaluate the materials' potential for biomedical applications (biocompatible up to 48 h on MCF7 cancer cells). The graphene encapsulation investigations are another thesis goal that optimization experiments on multilayer graphene-encapsulated magnetic nanoparticles (Fe3O4@rGO) in the CVD system. This work offers a novel contribution to the literature in terms of analyzing the biocompatibility of the encapsulated products made possible by optimizing the chemical vapor deposition technique. These magnetic nanomaterials, created in core/shell structures under optimal conditions and whose biocompatibility has been demonstrated by cytotoxicity testing, are candidates for biomedical applications.
  • Öge
    Yüksek entropi (HfTiZrTa/Cr)B2 esaslı seramiklerin farklı yöntemler kullanılarak sinterlenmesi ve karakterizasyonu
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-01) Aysel, Esin ; Ağaoğulları, Duygu ; 506191411 ; Malzeme Mühendisliği
    Son on yıldır, yüksek entropi alaşımları (YEA) adı verilen yeni malzemeler yaratmak üzere, yüksek konsantrasyonlarda çoklu ana elementlerin kombinasyonunu içeren yeni bir alaşım stratejisi ortaya çıkmıştır. Yapılan bazı çalışmalarda, yüksek entropi alaşımlarının, geleneksel alaşımlara göre daha üstün özelliklere sahip olduğu görülmüştür. Yüksek sertlik, yüksek mukavemet ve yüksek aşınma direnci gibi bazı özellikler, YEA'ları bazı kullanım alanları için (termoelektrik, manyetokalorik, süper iletken ve kataliz malzemeleri) çekici kılmaktadır. Ayrıca, YEA'lar, özel ekipmanlara ihtiyaç duyulmadan üç farklı konvansiyonel yol ile üretilebilmektedir. Birincil yöntem, ark ergitme, elektrik dirençli eriyik katılaştırma ve lazerle tasarlanmış net şekillendirmeyi içeren sıvı hal sentezi; İkincil yöntem, mekanik alaşımlama, yüksek enerjili bilyalı öğütme ve spark plazma sinterleme dahil olmak üzere katı hal sentezi; son olarak da plazma püskürtme işlemi, termal püskürtme ve magnetron püskürtme dahil olmak üzere gaz fazdan sentezdir. Yüksek entropi alaşımlarını sentezlemek popüler olmasına rağmen, çok yüksek işlem sıcaklığı gerektirir. Ayrıca, bu üretim esas olarak homojen hale getirmek için kapsamlı ısıl işlem gerektiren dendrit mikroyapısına yol açar. Yüksek entropi alaşımlar, bulk halinde oksitler, borürler, karbürler, nitrürler, silisitler ve florürler olarak sentezlenebilmektedir. Yüksek entropi metal borürleri, seramiklerin düşük yoğunluk, mükemmel yüksek sıcaklık mukavemeti, yüksek aşınma ve korozyon direnci ve spesifik fiziksel (optik, elektriksel ve manyetik) özellikler gibi üstün özelliklerinin kombinasyonuna sahip olabilmektedir ve bu özellikler yüksek entropi borürlerine geniş bir yelpazede kullanım potansiyeli (havacılık, güneş enerjisi sektörü, nükleer reaktörler, kesici uçlar, metalurji sektörü, mikroelektronik, vs.) sağlamaktadır. Yayınlanmış literatürde, yüksek entropi borür tozları, çoğunlukla parçacık boyutunu düşürmek ve yüksek entropi borürlü seramiklerin düşük sıcaklıkta yoğunlaşmasını hedeflemek için yüksek enerjili bilyalı öğütme (HEBM) yoluyla mekanik olarak alaşımlandırılarak elde edilmiştir. Bu çalışmada, (HfTiZrTa/Cr)B2 bazlı yüksek entropi borür seramiklerinin elde edilmesi için, ilk olarak hibritleştilecek olan borür tozları ucuz oksit hammaddelerinden hareketle yerli bor oksit ve magnezyum redüktan varlığında, oda sıcaklığında mekanokimyasal sentezleme ve takibindeki liç işlemi ile saflaştırma yöntemleri kullanılarak HfB2, ZrB2, TiB2, TaB-TaB2, CrB-CrB2-Cr3B4 tozlarının sentezi gerçekleştirilmiştir. Bu temel kompozisyona ilaveten, W-B, Mo-B, Mn-B tozları da optimum koşullarda aynı metot kullanılarak üretilmiştir. Tozların sentezlenmesinde çelik kap ve bilyalar kullanılmış, bilya/toz ağırlık oranı 10/1 oranı olarak seçilmiştir. Liç sonrası elde edilen tozların faz ve morfoloji karakterizasyonu X-ışınları difraktometresi (XRD) ve partikül boyut analizi ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sentezlenen tozların yoğunluk ölçümleri de piknometre ile yapılmıştır. Elde edilen bu tozlar daha sonra eş molar olacak şekilde harmanlanıp tungsten karbür kap ve bilyalar kullanılarak yine bilya-toz ağırlık oranı 10:1 seçilip, 6 sa bouyunca öğütülerek hibrit hale getirilmiş, basınçsız sinterleme ve spark plazma sinterleme (SPS) yöntemleri ile sinterlenerek bulk hale getirilmiştir. Elde edilen sinter bünyelerde, faz karakterizasyonu için X-ışınları difraktometresi, taramalı elektron mikroskobu/enerji dağılımlı spektroskobu (SEM/EDS) kullanılmıştır. İlaveten Vickers sertlik testi, aşınma testi ile profilometre ölçümleri, ve Arşimet yöntemi kullanılarak yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Mekanokimyasal yöntemle hibrit hale getirilen (HfTiZrTa/Cr)B2 esaslı tozların partikül boyutları lazer kırınım teknikleri ile analiz edilmiş ve öğütme işlemi nedeniyle tozların partikül boyutunun azaldığı görülmüştür. Toz morfolojisi, elementel kompozisyon ve dağılım, taramalı elektron mikroskobu / enerji dağılımlı spektrometre (SEM / EDS) ile karakterize edilmiştir. Son olarak, öğütülmüş tozların yoğunluğu He gaz piknometresi ile ölçülmüştür. Bu hibrit tozlar daha sonra 1650 ̊C de atmosfer kontrollü fırınında basınçsız olarak sinterlenmiş, X-ışınları difraktometresi karakterizasyonu yapıldığında tek faz olacak şekilde elde edilemediği görülmüştür. Farklı bir yöntem kullanılarak tek faz olacak şekilde sentezlenmek istenen yüksek entropi borürleri, SPS yöntemi ile 2000 ̊C'de sinterlenerek bulk halde elde edilebilmiştir. Bu bulk numunelere taramalı elektron mikroskobu / enerji dağılımlı spektrometre (SEM / EDS) analizi yapılmıştır. Daha sonra Arşimet prensibi ile yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiş, SPS ile üretilmiş numunelerde yoğunluğu en yüksek numunenin 8,4788 g/cm3 yoğunluk değerine sahip olduğu görülmüştür. Bu numunelere Vickers sertlik analizi yapılmıştır ve en yüksek sertlik değerine sahip olan SPS numunesinin 22,25 ± 1,31 GPa değerinde olduğu bulunmuştur. Bu değerlerin literatür ile karşılaştırıldığında uyumlu olduğu görülmüştür. En son olarak da sinter numunelerin aşınma karakterlerini incelemek için WC bilyalar ile bilya-disk tipi aşınma testi uygulanmıştır. Aşınma testi sonucunda aşınma özellikleri yüzey profilometresi yardımıyla ölçülen aşınma hacmi kaybından hesaplanmıştır ve aşınma izi optik mikroskop cihazı ile incelenmiştir.
  • Öge
    Silisyum altlık üzerine lazer ile aktifleştirilmiş akımsız bakır biriktirme
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-09-23) Ayhan, Sergen Halim ; Kazmanlı, Kürşat ; 506201427 ; Malzeme Mühendisliği
    Kaplamalar yüzeyleri korumak, işlevselliği arttırmak veya estetik bir görünüm elde etmek amacıyla kullanılan malzemeleri ve bu malzemelerin üretimini mümkün kılan yöntemler olarak adlandırılır. Otomotiv, havacılık, elektronik gibi birçok endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılan kaplamalar, malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi açısından birçok avantaj sağlamakta ve birçok amaç için kullanılabilmektedir. Kaplamaların temel işlevlerinden biri yüzeylerin korunmasıdır. Kaplama, korozyona ve aşınmaya karşı direnç göstererek malzemenin ömrünü uzatabilir. Servis ömrünü uzatabileceği gibi bakım maliyetlerini de azaltabilir. Bu faydalardan sadece biri amaçlanarak kaplama yapılabilir ancak çoğunlukla birbiriyle kombinasyon halinde uygulanır. Örneğin ısı iletimini önlemek için termal bariyer kaplamalar uygulanabileceği gibi, aynı zamanda altlık malzemenin korozyon direnci de artmaktadır. Ayrıca çevresel bariyer kaplamalar malzemenin yaptığı radyasyonu gölgeleyerek askeri uygulamalarda düşük görünürlük elde edilmesini sağlar. Bu da malzemenin işlevsel hale gelmesinin ve yeni bir ürün ortaya çıkmasının önünü açmaktadır. Yarı iletken endüstrisinin, silikon yüzeylerde bakır biriktirmek üzerine yoğun bir ilgisi bulunmaktadır. Elektronik cihazların üretimi, bakırın silikon yüzeylere doğru ve hassas bir şekilde biriktirilme yeteneğine bağlıdır. Fiziksel buhar biriktirme (PVD) ve kimyasal buhar biriktirme (CVD) gibi kullanılan mevcut prosedürler ve maliyet, tekdüzelik ve karmaşıklık açısından farklı avantajlara sahip iki yaklaşımdır. Silisyum yüzeyinde lazerle aktive edilen akımsız bakır biriktirme, silisyum yüzeylerde bakırın kontrollü olarak biriktirilmesine izin veren yeni bir tekniktir. Gelişmiş özelliklere sahip malzemelerin imalatı için de alternatif bir yoldur. Bu işlem, silisyum yüzey üzerinde bir çözeltiden bakır iyonlarının indirgenmesini indükleyen, silisyum altlık üzerinde lokalize bir sıcaklık artışı oluşturmak için bir lazerin kullanılmasını içerir. Ortaya çıkan bakır biriktirme, yüksek hassasiyet ve doğrulukla modellenebilir, bu da onu mikroelektronik cihazların üretimi için umut verici bir teknik haline getirir. Bu teknik, silikon altlığın yüzeyini seçici olarak değiştirmek için lazer ışınının kullanılmasını içerir. Lazer kaynaklı kimyasal sıvı faz biriktirme, mikrometre ve nanometre ölçeklerinde karmaşık yapıların üretimi için yenilikçi bir yöntemdir. Mikroelektronik ve mikroelektromekanik alanında büyük potansiyele sahip bir teknolojiye sahiptir, yarı iletkenlerin yüzeyindeki metalik yapıların maskesiz üretimini sağlar. İşlem, bir katı malzemenin birikmesine yol açan bir altlık ile öncü çözelti arasında kimyasal bir reaksiyon başlatmak için bir lazer ışınının kullanılmasını içerir. Lazer kaynaklı kimyasal sıvı biriktirme kullanılarak incelenen çeşitli malzemeler arasında yer alan silisyum plaka üzerinde bakır, mikroelektronik uygulamalarının önemi nedeniyle öne çıkar. Silikon altlık üzerine bakır biriktirme tekniği, maskeli litografi tekniği uygulanmadan karmaşık şekilli desenler için iletken bakırın biriktirilmesini sağlar. Paladyum (Pd) gibi yüzey aktivatörleri kullanılmadan otokatalitik akımsız metal biriktirme olan yeni bir olasılık yaratır. Bu çalışmada, bakır desenler açık atmosferde sıvı bir çözelti içerisinde lazer destekli biriktirme yoluyla biriktirilmiştir. Biriktirme deneylerinde Nd:YAG (λ = 1064 nm, darbe/sürekli dalga) lazer kullanılmıştır. Lazer darbe çıkışının davranışını incelemek için lazer modülasyon frekansı, eşdeğer Q-anahtar periyoduyla 2 KHz ila 8 KHz arasında değişmektedir. Q-switch genişlikleri, yüksek tepe gücü elde etmek için Q-switch periyotlarının %80'ine, minimum tepe gücünü elde etmek için %100'e ayarlanmıştır. Sürekli dalga da uygulanmıştır. Temel olarak lazer parametrelerine göre 10 farklı kombinasyon oluşturulmuştur. 10 parametrenin ilk 5'i yüksek tepe gücü-düşük ortalama güç kombinasyonuna sahiptir. 10 parametrenin ikinci 5'i düşük tepe gücü-yüksek ortalama güç kombinasyonuna sahiptir. Birim zamanda yapılan atımların sayısı her 5 parametre içerisinde orantılı olarak artar. Bu parametreler lazer gücünün ve atım sayısının etkilerini incelemek için oluşturulmuştur. Lazer ışınlarının deseni tarama tekrarı 5, 10 ve 20'ye ayarlanmıştır. Silikon altlıklar her 10 lazer parametresi için 5, 10 ve 20 atışa maruz bırakılmıştır. Böylece 30 adet numune elde edilmiştir. Biriktirme işlemi CuSO4 bazlı temel akımsız bakır kaplama çözeltisi ile gerçekleştirilmiştir. 3 farklı atış tekrarından elde edilen 30 farklı numune banyoda 30 ve 60 dakika bekletilmiştir. Tüm bu parametrelerden toplamda 60 adet numune üretilmiştir. Biriken bakır desenleri, biriken bakır desenlerinin kimyasal bileşimi açısından enerji dağılımlı spektrometre (EDS) ile analiz edilmiştir. Süreksizlikler ve morfolojiler gibi mikroyapısal özellikleri analiz etmek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Bakır yüzeyde %98'e kadar birikmiştir. Kaplama kalınlıkları 0,5 mikrometreden 15 mikrometreye kadar geniş bir aralıkta elde edilmiştir. Kaplamalara daha geniş bir bakış açısı sağlamak için optik mikroskop analizi yapılmıştır. 60 numunenin tamamı için elektriksel özdirenç ölçülmüştür. Yüzey pürüzlülüğü ve kaplama kalınlığı hakkında bilgi edinmek için iğneli profilometre analizi yapılmıştır. Bu analizler en iyi sonuçları veren setteki 10 numuneye uygulanmıştır.