LEE- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 18
-
ÖgeImproving electrolyte performance of PEO by addition of LLZTO nanofillers in solid state battery applications(Graduate School, 2024-07-14)With the increasing demand for energy storage technologies, traditional lithium-ion batteries becoming inadequate and require enhancement. The rising trend of electric cars constitutes a significant portion of battery usage of today. Considering the needs of electric vehicles, higher energy density, higher power density and improved safety have become key areas for improvement in lithium-ion batteries. Extensive research has been conducted on various approaches to enhancing lithium-ion batteries, and studies on electrolyte have led to the discovery of solid state batteries. Solid-state batteries differ from traditional batteries by using a solid electrolyte instead of a liquid one. This solid material also acts as a separator to prevent electrode contact. Inorganic crystalline ceramics, glassy materials, and organic polymers can be considered as solid electrolyte materials, with high ionic conductivity being the most crucial requirement. While traditional liquid electrolytes have an ionic conductivity of 10-2 S cm-1, solid electrolytes are expected to have conductivities above 10-4 S cm-1 at room temperature to be suitable for commerc fillial battery applications. Ceramics like LLTO, LLZTO, and Li7P3S11 meet this requirement at room temperature however their application as solid electrolyte is limited due to their brittle nature. On the other hand polymers can be a good candidate considering their flexible structure. However, they typically have low ionic conductivities around 10-10 to 10-7 S cm-1 at room temperature, which considered as the drawback of polymer materials for to be utilized as solid electrolytes. Composite electrolytes emerge as a solution to this problem by combining a polymer matrix with ceramic fillers to create a conductive pathway. This structure retains the mechanical flexibility of polymers while benefiting from the high ionic conductivity of ceramics. This method also can solve, if not reduce the effects of, dendrite formation, a significant issue in lithium-ion batteries, by ensuring uniform current distribution and preventing lithium ion accumulation. In this study a composite solid electrolyte with a polymer matrix and ceramic nanoparticles is formulated and fabricated. Polyethylene oxide (PEO) served as the polymer, and Lithium Lanthanum Tantalum Zirconate (LLZTO) nanoparticles were used as the ceramic additive, with Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) as the lithium salt. Various LLZTO concentrations, 40%, 45%, and 50%, were tested for their effects on ionic conductivity and transfer numbers. For the production of the composite electrolyte samples, solution casting method has been employed Characterization of the produced electrolytes involved techniques like Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), X-ray Diffraction (XRD), Linear Sweep Voltammetry (LSV), Chronoamperometry (CA), and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). These tests are used for obtaining xxii the data that is necessary for calculation of parameters such as ionic conductivity, transfer numbers and examining the electrochemical and thermal stability of the samples. Results showed that LLZTO addition improved the ionic conductivity of the PEO with 10% (wt) up to 1.76×10-5 S cm-1 and transfer number up to 92%. Although it is observed that these values are retreat with increasing LLZTO contents. This effect is believed to be related with several factors. Surface roughness of composite electrolyte increases with LLZTO content. This is expected to be related with the declined surface contact of electrolyte with the stainless steel plates that used in the measurements. Also, with the increasing nanofiller content, fillers are tend to agglomerate and this resulted with lower surface area of polymer/ceramic interface. The electrochemical stability window for all samples exceeded 5V and nanofiller addition results with increasing ESW. FTIR and XRD analyzes indicated that LLZTO reduced crystallinity of PEO, enhancing amorphous characteristics, which likely contributed to improved ionic conductivity. Additionally, TGA results demonstrated that LLZTO increased the thermal stability of PEO from 357 °C to above 380 °C.
-
ÖgeEffects of pressure and bias voltage on the morphology and properties of refractory WNbMoV high entropy thin films coated via magnetron sputtering(Graduate School, 2024-07-09)The synthesis and characterization of thin film materials have garnered significant attention in advanced technological field nowadays. Development of advanced thin film materials with superior properties is crucial for progress in various technological fields. Among these, refractory high entropy thin films have emerged as innovative materials due to their exceptional properties. The deposition of HEAs as thin films has garnered significant attention as it enables the fabrication of advanced functional coatings with tailored properties. Recent research has focused on understanding the influence of deposition parameters on microstructure and properties, exploring various HEA compositions, and developing innovative applications in fields like electronics, energy, and biomedical engineering. High-entropy thin films offer exceptional properties, making them suitable for various applications. These include protective coatings, electronics, biomedical implants, energy technologies, and components for the aerospace and automotive industries. In this study, by using magnetron sputtering technique, equimolar WNbMoV refractory high entropy thin film coatings were deposited on the silicon wafer substrate which had been coated with chromium metal as an intermediate layer between the substrate and the thin film. The effects of bias voltage and pressure of the chamber on the physical and mechanical properties of coated films during the magnetron sputtering process were investigated. X-Ray diffraction experiments were carried out for phase analysis, determining the experimental components and grain sizes were calculated by using the Williamson-Hall method, ORIGINPro and CALPHAD softwares. Scanning electron microscopy (SEM) and EDS mapping analyses were used to evaluate the microstructural properties and XRF analyses were used to investigate elemental distribution, respectively. In addition, we studied the Surface morphology by AFM (Atomic Force Microscopy). Hardness and Electrical Resistance of the samples was measured using nanoindentation and relative equipment. X-ray diffraction (XRD) analysis confirmed a dominant body-centered cubic (BCC) solid solution phase, aligning with expectations for WNbMoV HEAs, but also revealed minor oxide phases due to oxygen contamination. Scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) showed a dense columnar microstructure with varying surface roughness depending on deposition conditions. Notably, applying a -80V bias voltage resulted in smoother and denser coatings due to increased energy and directionality of sputtered particles. Nanoindentation tests revealed an inverse relationship between film hardness and working pressure, with -80V bias voltage enhancing hardness due to grain refinement. Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) confirmed uniform elemental distribution within the film. Electrical conductivity was influenced by phase composition and microstructure, with oxide phases decreasing conductivity and denser microstructures improving it. UV-Vis spectroscopy showed tunable optical properties, with increased working pressure decreasing transmittance. The sample produced at 1.5 Pa pressure and 0V bias exhibited complete transparency, likely due to excessive oxidation or stoichiometry deviations. The results show that by applying bias and pressure, there are alterations in the produced thin films thickness. This suggests a direct correlation between the applied parameters and hardness values. By applying the -80 V bias, the grain size of samples decreased from 10 to 5.2 nm and the hardness of the films increased from 350 to 301 HVs, respectively. Furthermore, when the pressure increased from 0.5 Pa to 1.5 Pa, the thickness of films decreased approximately from 1.26 to 1.11 m. This project offers unique insights into experimental studies. We've gained groundbreaking knowledge about WNbMoV high-entropy alloy thin films, understanding how processing, structure, and properties are interconnected. This allows us to tailor these films for applications like wear-resistant coatings. Future research should focus on optimizing deposition to improve film quality.
-
ÖgeCoCrFeNiAlx (x=0.2; 0.6; 1.0; 1.5) yüksek entropili alaşım sistemlerin mekanik alaşımlamasının optimizasyonu ve B4C takviyesinin spark plazma sinterleme prosesine etkisinin araştırılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-01-29)Yüksek entropili alaşımlar (YEA), en az beş farklı elementin yapıya dahil olmasıyla elde edilen malzeme grubudur. Alaşım sisteminde bulunan, veya eklenecek olan her bir elementin, malzemenin belirli özelliklerini geliştirmesi beklenir. Mevcut alaşıma, çeşitli takviye malzemeleri (bor karbür, silisyum karbür vb.) veya oranı %5'ten daha az olacak şekilde minör olarak adlandırılan alaşım elementleri de eklenerek, yüksek mukavemet, yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci, iyi seviyede korozyon ve oksidasyon direncine sahip bir malzeme elde edilebilmektedir. Bu sayede, yüksek entropili alaşım sistemlerinin, üstün performans gerektiren çeşitli alanlara yönelik (havacılık, otomotiv vb.) geliştirilmesine devam edilmektedir. YEA sistemlerinin kendine has bazı özellikleri bulunmaktadır. Bu özellikler, dört temel etki olarak adlandırılmakta olup, yüksek entropi etkisi, yüksek latis distorsiyonu, yavaş difüzyon etkisi ve kokteyl etkileridir. İlgili parametreler sayesinde, malzemelerin temel özellikleri ve davranışları hakkında bilgi edinilebilmektedir. YEA sistemlerinde en çok kullanılan üretim yöntemleri, genellikle üç başlık altında değerlendirilmektedir. Bu yöntemler; katı hal, sıvı hal ve gaz hal olmak üzere sınıflandırılmaktadır. Sıvı hal yöntemlerinde en çok kullanılan vakum ark ergitme prosesidir. Bu yöntemin temel sınırlaması, homojenliğin elde edilmesinin uzun vakitler gerektirmesidir. Homojenliğin sağlanması için, yöntemin birden fazla kez tekrarlanması gerekebilmektedir. Gaz hal üretim yöntemleri, genellikle YEA film kaplamaları üretiminde tercih edilmektedir. Katı hal üretim yöntemlerinde ise mekanik alaşımlama (MA) prosesi yer almaktadır. Mekanik alaşımlama prosesinde, toz, bilye ve proses kontrol maddesinin içerisinde olduğu, genellikle paslanmaz çelikten oluşan bir kap sistemi kullanılır. Yüksek enerjili değirmenlerde gerçekleştirilen proseste, çarpışmanın kuvvetiyle, toz parçacıkları plastik olarak deforme olur ve deformasyon sertleşmesine uğrayıp ile parçacıkların kırılması sağlanır. MA sayesinde, vakum ark ergitme yönteminin sınırlamalarından olan homojen mikroyapı iyi bir şekilde elde edilebilmektedir. Malzemede istenen yoğunluğun elde edilebilmesi için, MA işlemini takiben spark plazma sinterleme ile malzemeler şekillendirilerek, yüksek yoğunluk değerleri elde edilebilmektedir. SPS işlemi, düşük voltajlı, doğru akımlı, darbeli akımla aktive edilen bir basınçlı sinterleme tekniği olarak da bilinir ve yüksek sıcaklıklarda bile malzemelerin çok kısa sürelerde sinterlenip, yoğunlaştırılması sağlanır. YEA sistemlerine takviye malzemesi olarak eklenebilen, bor karbür (B4C), elmas ve kübik bor nitrürün ardından bilinen en sert üçüncü malzemedir. Bor karbür, düşük yoğunluğu (2,52 g/cm3), yüksek sertliği (29.1 GPa), yüksek ergime sıcaklığı (2450°C), yüksek elastik modülü (448 GPa), yüksek nötron emilim kesiti (600 barns) ve mükemmel termoelektrik gibi birçok çekici kombinasyonu sebebiyle yüksek performans uygulamaları için uygun bir malzemedir. Bu kapsamda, bor karbür, nükleer endüstride, personel ve araç güvenliği için zırh, roket yakıtı vb. uygulamalarda kullanılmaktadır. Çalışma kapsamında CoCrFeNiAlx (x=0,2 0,6 1,0 1,5) yüksek entropili alaşım sistemleri, mekanik alaşımlama yöntemi ile farklı sürelerde (2, 4, 6 ve 8 saat), sabit rpm dönüş hızında (800) üretilmiştir. Üretilen toz alaşımının partikül boyut dağılımları belirlenmiş ve X-ışını difraktormetre analizi (XRD) ile faz analizleri gerçekleştirilmiştir. Sinterleme işleminden önce, ThermoCalc yazılım programında yapıda hangi fazların oluşabileceğine ilişkin faz tahmin analizi gerçekleştirilmiştir. MA yöntemiyle üretilen toz alaşımlarının şekillendirilmesi için spark plazma sinterleme (SPS) prosesi gerçekleştirilmiştir. Sinterleme işleminde başlangıç tozu olarak 20 saat 300 rpm hızında öğütülmüş CoCrFeNiAl0,2 ve CoCrFeNiAl1 alaşım sistemleri kullanılmıştır. Bor karbür takviyeli alaşım sistemlerinde, sinterleme işleminden önce, öğütülmüş YEA tozları ve bor karbürün daha iyi homojen dağılımı için turbulada 6 saat süreyle karıştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, hem takviyesiz hem de değişen oranlarda (hacimce %2 ve %4) bor karbür takviyeli CoCrFeNiAl0,2 ve CoCrFeNiAl1 alaşım sistemleri değişen sıcaklıklarda (845, 900, 1000°C), sabit basınçta (40 MPa) ve sabit sinterleme sıcaklığında (3 dakika) SPS yöntemiyle şekillendirilmiştir. SPS işlemlerinden sonra, malzemelerin yoğunluk ölçümleri, XRD yöntemiyle faz analizleri, taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılım spektrometresi ile mikroyapı karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Mekanik testler kapsamında, malzemelerin Vickers mikrosertlik ölçümleri, aşınma ve basma testleri yapılmıştır. Malzemelerin termal davranışları hakkında bilgi sahibi olabilmek için termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel termal analiz (DTA) işlemleri gerçekleştirilmiştir. Partikül boyut analizlerinde, genellikle 2-4 saat aralığında partikül boyutlarında bir azalma görülmüştür. Burada mekanik alaşımlama mekanizmalarından kırılma, soğuk kaynağa göre daha baskındır. 4-6 saat aralığında ise partikül boyutlarında bir artış görülmüştür. Burada ise soğuk kaynağın kırılmaya göre baskın olduğu gözlemlenmiştir. En yüksek yoğunluk değeri (7,87 ± 0,012), 1000°C sıcaklık, 40 MPA basınç ve 3 dakika sinterleme süresinde sinterlenen CoCrFeNiAl0,2 sisteminde elde edilmiştir. Yoğunluk artışının temel sebebinin, sinterleme sıcaklığındaki artışa bağlı olarak por miktarının azalması ve alüminyum oranının düşük olmasından kaynaklandığı görülmüştür. Mekanik alaşımlanmış CoCrFeNiAlx sistemlerinin faz analizlerine bakıldığında tüm alüminyum içeriğinde, YMK ve HMK katı çözeltilerinin bir arada bulunduğu görülmüştür. Elde edilen bu sonuçların termodinamik hesaplamalarla da uyumlu olduğu görülmüştür. Sinterlenmiş numunelerin faz analizlerine bakıldığında ise, eşmolar alaşım sistemlerinin hepsinde YMK ve HMK fazları bir arada bulunurken, ek olarak alüminyum esaslı intermetalik bileşiğin ve işlemler sırasında karbon difüzyonuna bağlı olarak karbürlü yapılarının da bulunduğu görülmüştür. Eşmolar olmayan CoCrFeNiAl0,2 alaşım sistemlerinde ise ağırlıklı olarak YMK katı çözelti fazı ve karbürlü yapılar mevcuttur. Alüminyum oranının arttıkça, tek fazlı bir HMK yapısının oluşacağı bilinmektedir. Dolayısıyla eşmolar olmayan CoCrFeNiAl0,2 sisteminde alüminyum oranının düşük olmasına bağlı olarak ağırlıklı olarak YMK fazının bulunması beklenen bir durumdur. Taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılım spektrometresi ile yapılan mikroyapı karakterizasyonlarıyla, X-ışını difraktormetre analizi sonuçlarının birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür. En yüksek sertlik değeri (4,76 ± 0,17 GPa), 900°C sıcaklıkta – 40 MPa basınçta – 3 dakika sinterleme süresinde sinterlenen takviyesiz CoCrFeNiAl alaşımında elde edilmiştir. Genel olarak, yoğunlaşmanın daha iyi olduğu sıcaklıklarda bor karbür takviyesiyle birlikte sertlik değerleri, takviyesiz sisteme göre eşdeğerdir. En yüksek sinterleme sıcaklığında (1000°C) ise, B4C takviyesiyle birlikte, sertlik değerinde belirgin bir artış görülmüştür. Bunun sebebinin, yüksek yoğunlaşmaya ek olarak, takviyesiz sisteme göre farklı pik açılarında oluşan Fe,Cr esaslı karbür yapılarından kaynakladığı düşünülmektedir. Aşınma testi sonuçlarına göre, 845 ve 900°C'de B4C ilavesiyle, daha düşük aşınma derinliği ve genişliğiyle birlikte ortalama sürtünme katsayısı, hacimsel aşınma kaybı ve spesifik aşınma hızı değerleri azalarak aşınma direncinde iyileşme elde edilmiştir. 1000°C sıcaklıkta ise, B4C ilavesiyle birlikte daha yüksek sürtünme katsayısı, hacimsel aşınma kaybı ve aşınma hızı elde edilmiştir. Bunun sebebinin malzeme yüzeyinde oksit tabakasının meydana geldiği düşünülmektedir. Elde edilen verilerin, profilometre sonuçlarıyla ve optik mikroskop görüntüleriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Basma testleri, en yüksek sertlik değerine sahip 900°C sıcaklıkta sinterlenen takviyesiz CoCrFeNiAl alaşımı ve en yüksek yoğunluk değerine sahip 1000°C sıcaklıkta sinterlenen eşmolar olmayan takviyesiz CoCrFeNiAl0,2 alaşım sisteminde gerçekleştirilmiştir. Eşmolar olmayan alaşım sisteminin basma mukavemeti 1388,19 MPa bulunurken, eşmolar alaşım sisteminin ise 395,62 MPa bulunmuştur. Sinterleme sıcaklığının artışıyla beraber basma mukavemeti değerinde de artış görülmüştür. Basma mukavemetindeki artışın, azalan gözenek miktarı ve gözenek boyutuna bağlı olarak gerçekleştiği düşünülmektedir. Termal testler kapsamında, en yüksek sertlik değerine sahip 900°C sıcaklıkta sinterlenen takviyesiz CoCrFeNiAl alaşımı ve %2 bor karbür takviyeli sistemleri için termogravimetri (TG) ve diferansiyel termal analizleri (DTA) gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda her iki alaşım için parabolik hız sabitleri hesaplanmıştır. Takviyesiz alaşımın parabolik hız sabiti, kp=1.21×10−8 (mg²/cm⁴/s), bor karbür takviyeli alaşımın parabolik hız sabiti değeri ise kp≈1.71×10−9 (mg²/cm⁴/s) olarak bulunmuştur. Her iki sistemde de ağırlık artışının az olduğu (takviyesiz sistemde %0,7 takviyeli sistemde ise %0,3) ve parabolik hız sabiti değerlerinin düşük olması sebebiyle oksidasyona karşı iyi bir dirence sahip oldukları söylenebilir. B4C ilavesinin, daha az ağırlık artışına ve hız sabiti değerinin daha düşük olmasına sebep olarak, oksidasyon direncini iyileştirmiştir.
-
ÖgeBor karbür katkılı PMMA (polimetil metakrilat) polimerkompozitlerin ATRP metodu ile sentezi ve karakterizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023)Günümüzde ivmelenen bir hızla gelişen uzay teknolojisi beraberinde zorlu koşullara daha dayanıklı malzeme ihtiyacının doğmasına sebep olmaktadır. Bu durum uzaydaki çevre koşulları ile yakından ilgili olup yoğunluğu ve maliyeti düşük ancak mekanik, sıcaklık ve kimyasal dayanımı ayrıca kozmik radyasyonu sönümleme özellikleri yüksek alternatif malzemeleri endüstriyel ölçekte üretme hedefini zorunlu hale getirmektedir. Bu bağlamda seramik katkılı polimer matriksli kompozitler önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmada seramik malzeme sınıfına dahil B4C tozu ile yaygın endüstriyel uygulama alanı bulunan Poli (metil metakrilat) (PMMA) kompozit olarak sentezlenmiştir. Çalışmanın amacı yeni nesil bu malzemenin uygulanabilirliğini karakterizasyon sonuçları ile açıklanabilen malzeme özellikleri ile desteklemektir. Bor karbür kovalent bağlı, seramik malzeme grubuna dahil mekanik dayanımı oldukça yüksek bir bileşiktir. Poli (metil metakrilat) (PMMA) ise polimer malzeme grubundan termoplastik polimerler sınıfına dahil olan yüksek mukavemet ve ısı direnci özellikleri gösteren bir malzemedir. B4C 4 adet bor ve 1 adet karbon atomundan oluşması nedeniyle kimyasal bağları hayli güçlüdür. Bor ve Karbon atomlarının yarıçapları birbirine çok yakın olduğundan elektronegativite değerleri de birbirine oldukça benzer olup bu iki atomun bir araya gelerek bileşik yapması çok yüksek enerji ve sıcaklık ihtiyacının karşılanmasını gerektirmektedir. Günümüz koşullarında B4C üretimi esnasındaki yüksek enerji ve sıcaklık ihtiyacı sebebiyle B4C tozu yüksek maliyetli ürün sınıfına girmektedir. B4C yüksek mukavemeti ve düşük yoğunluğu sayesinde personel zırhlarında, zırhlı taktik araçlarda, yüksek sıcaklık dayanımı ve yüksek sıcaklıkta artan elektrik iletkenliği sayesinde elektronik cihazlardaki kaplamalarda, Bor elementinin doğal nötron absorblama özelliği sebebiyle nükleer alanda radyasyon zırhlama ve tıp alanında bor nötron yakalama terapisinde kullanılmaktadır. Bu çalışmada farklı partikül boyutuna sahip 3 çeşit B4C tozu sentez parametrelerine ve kompozit içerisine katkılanma miktarlarına göre incelenmiş ve farklı partikül boyutuna sahip B4C tozu ailesinin ürün sentezine etkileri farklı karakterizasyon yöntemleri ile kıyaslanmıştır. PMMA ise yüksek optik geçirgenlik özelliği sebebiyle camsı akrilat olarak da adlandırılmaktadır. PMMA, mor ötesi ışınlara ve atmosfer koşullarına karşı duyarlılık göstermesi sebebiyle esnek cam üretimi, gıda sanayi, sağlık uygulamaları, otomotiv ve uçak sanayinde, mor ötesi ışın ve radyasyon zırhlama uygulamalarında kullanılmakta olup kullanım alanları yaygınlaştırılmaya çalışılmaktadır. Bu amaç ile PMMA içerisine farklı metal, nanomalzeme veya seramiklerin eklenmesi sonrası PMMA matriksli kompozitler üretilmeye çalışılmaktadır. Bu tez çalışması boyunca B4C, PMMA polimer yapısına katkı malzemesi olarak farklı oranlarda eklenmiş ve kompozit sentezlenmeye çalışılmıştır. PMMA ise üretilen kompozitlerin matriksi olup, B4C katkısı sonrası kompozit yapının değişen özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla kompozitlerin mekanik, yüzey ve sıcaklık dayanımı özellikleri çeşitli karakterizasyon yöntemleri ile incelenip B4C katkısının etkileri analiz edilmiştir. Atom Transfer Radikal Polimerizasyon (ATRP) yöntemi kullanılarak sentezlenen kompozitlerin iç yapılarının, bağlarının ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesi amacıyla X-ışınları Difraksiyon (XRD) analizi, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrometresi (FTIR), Raman, Termal Gravimetri (TGA) ve Pozitron Yokolma Ömrü Spektrometresi (PALS) analizleri yapılmıştır. Üretilen kompozitlerin yüzey özelliklerinin tespit edilmesi amacıyla Stereomikroskop ve SEM görüntüleri alınmış ve temas açısı ölçümü ile kompozit yüzeylerinin hidrofilik veya hidrofobik özellikte olup olmadığı incelenmiştir. Sertlik ölçümü yapılarak kompozitlerin mekanik dayanım değerleri kıyaslanmıştır. Kütlece farklı miktarlarda B4C takviye edilen bu çalışmada, en büyük partikül boyutuna sahip B4C tozu B4C-1 olarak, en küçük partikül boyutuna sahip B4C tozu ise B4C-3 olarak isimlendirilmiştir. İkisi arasında kalan B4C tozu ise B4C-2 olarak adlandırılmıştır. PMMA matrisine B4C-1 katkısı kütlece %35, %38, %40, %50 ve %60 oranında B4C-2 katkısı %40 ve %50, B4C-3 katkısı ise %15, %18 ve %50 oranlarında eklenmiştir. Partikül boyutu küçüldükçe PMMA matrisine B4C katkısı eklemenin zorlaştığı ve katkı başarısının düştüğü görülmüştür. Partikül boyutu en büyük olan B4C-1 ise çeşitli oranlarda ve çok daha kısa sürelerde PMMA matrisine ilave edilebilmiştir. Karakterizasyon sonuçlarından sertlik sonuçu baz alındığında mekanik dayanımı en yüksek kompozitin %35 B4C-1 katkısı yapılarak sentezlendiği ve B4C-1 katkısı artırıldıkça mekanik dayanımın düştüğü görülmüştür. Bu duruma Stereomikroskop ve SEM ile alınan görüntülerden anlaşılan topaklanmanın sebep olduğu düşünülmektedir. B4C-1 katkısı artıkça topaklaşma artmıştır, buna ek olarak B4C-1'e göre daha düşük partikül boyutuna sahip B4C-2 tozundan kütlece aynı miktarda eklendiğinde, B4C-1 içeren yapının daha çok topaklandığı Stereomikroskop görüntülerinden anlaşılmaktadır. Benzer topaklaşma mikroyapısına sahip %35 B4C-1 katkılı kompozit ile %50 B4C-2'nin sertlik sonuçlarının çok yakın olmasının mikroyapı kaynaklı olduğu düşünülmektedir. Topaklaşma ile B4C etkisi azalmış ve daha heterojen bir mikroyapı elde edilmiştir. Daha büyük partikül boyutlu B4C-1'den B4C-2'ye göre daha az miktarda eklenerek aynı mekanik dayanımın elde edildiği anlaşılmaktadır. Temas açısı ölçümü yapılarak B4C-1 katkısı kompozit içerisinde artıkça kompozit yüzeyinde su damlacıklarının yayılmadığı daha da hidrofobik yüzeylerin oluştuğu fark edilmiştir. Ayrıca aynı katkı miktarına sahip %50 B4C-1 ve %50 B4C-2 tozlarından partikül boyutu daha büyük olan B4C-1'in stereomikroskop görüntülerinde görülen daha fazla topaklaşma gene numune yüzeyinin daha fazla hidrofobikleşmesine sebep olmuştur.Yapılan XRD, FTIR ve Raman analizlerinde ise B4C-1 ve B4C-2 katkılı kompozitlerde PMMA ve B4C pikleri B4C-3 katkılı kompozitlere göre daha yüksek şiddette ve belirgin olarak görülmekte olup bu sebeple partikül boyutu düştükçe zorlaşan kompozit sentezinin safsızlık veya reaksiyonun veriminden olumsuz etkilendiği tahmin edilmektedir. Yapılan TGA analizinde ise %50 B4C-1 içeren kompozit benzer katkı oranlarına sahip daha düşük partikül boyutlu B4C-2 ve B4C-3 katkılı kompozitlere göre daha fazla kütle kaybı yaşamış ve sıcaklık dayanımının daha düşük olduğu sonucuna varılmıştır. Dolayısıyla daha küçük partikül boyutuna sahip B4C çeşitlerinin sıcaklık dayanımını daha fazla geliştirdiği anlaşılmıştır. PALS (Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy) diğer adıyla pozitron yokolma ömrü spektroskopisi ölçümü ile B4C-1 katkılı B4C/PMMA kompozitlerinin sıcaklığa bağlı pozitronyumun ömrü artış göstermiş ve böylece serbest hacim büyümesinin sıcaklığa bağlı arttığı anlaşılmıştır. B4C-2 ve B4C-3 katkılı numunelerde ise tam tersi durum tespit edilmiştir. Bu yeni Bor Karbür- PMMA kompoziti radyasyondan korunma özelliği ile uzay çalışmalarında kullanılabilecek yeni bir malzeme adayı olma potansiyelini taşımaktadır. Nano boyutlu Bor Karbür tozlarının kullanıldığı farklı çalışmalar literatürde yer almakta olup, bu çalışmada üretim maliyetini düşürmek ve endüstriyel uygulama alanını genişletmek amacıyla ortalama partikül boyutu mikron metre olan Bor karbür tozu çeşitlerinin kullanımı çalışmanın endüstriyel ölçeğe geçebilmesini sağlayabilecek faktörlerden biridir. Sentezlenen bu kompozit uzay araçlarında ve uydu yapısal malzeme çeşitlerinde radyasyon kalkanı olarak da alternatif olarak kullanıma aday bir malzeme olabilecektir.
-
ÖgeMekanik alaşımlanmış Co18Cr10Fe10Ni47Al10Ti5 yüksek entropili alaşımının spark plazma sinterleme ile üretimi ve karakterizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-11)Yeni malzeme grubu olarak keşfedilen yüksek entropili alaşımlar en az beş farklı elementin yapıya katılmasıyla elde edilerek çok bileşenli alaşımlama ile üretilmektedirler. Yüksek entropi etkisi, yavaş difüzyon etkisi, şiddetli kafes distorsiyonu ve kokteyl etkisi olarak adlandırılan dört temel etki sayesinde yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemet, yüksek korozyon direnci, yüksek aşınma direnci ve yüksek termal direnç gibi özellikleri sayesinde birçok alanda kullanılmaktadır. Jeotermal alanlarda, nükleer uygulamalarda, otomotiv ve motor malzemelerinde üstün özellikleri sayesinde kullanılmaktadır. Yüksek entropili alaşımların üretilmesinde üretim yöntemi olarak döküm ve toz metalurjisi dikkat çekmektedir. Ancak katılaşma prosesi kontrolünün zorluğu, döküm kusurları, denge fazlarının bastırılması, artık gerilmeler, çatlaklar ve segregasyon nedeniyle istenilen malzeme özelliklerine döküm ile kolaylıkla ulaşılamamaktadır. Bu sınırlamalar, mekanik alaşımlamanın (MA) toz halinde daha iyi kimyasal homojenliğe sahip stabil bir mikroyapı geliştirme ve ardından konsolidasyon yeteneği sayesinde toz metalürjisi yöntemi kullanılarak aşılabilmektedir. Spark plazma sinterleme (SPS) ile daha düşük sıcaklıklarda, kısa sürede, teorik yoğunluğa sahip YEA'lar elde edilen ve mekanik alaşımlama sonrası yapıya karışmayan elementel yapının SPS sonrası tamamen alaşımlanmaya katılmasını sağlaması sebebiyle son zamanlarda ön plana çıkan bir yöntemdir. Ni bazlı yüksek entropili alaşımlar; yüksek sıcaklıkta yüksek dayanım, yüksek mukavemet, yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci ve metal alaşımlarından daha hafif olmaları gibi özellikleri sayesinde günümüzdeki en önemli malzeme grupları olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışma kapsamında daha önce çalışılmamış olan Ni bazlı Co18Cr10Fe10Ni47Al10Ti5 yüksek entropili alaşım Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü'nde bulunan SpexTM 8000D Mixer/Mill mekanik alaşımlama cihazı ve 20.000 A kapasiteli SPS 7.40 MK VII, SPS Syntex Inc. model spark plazma sinterleme (SPS) cihazı ile üretilmiştir ve konsolide edilmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında Co18Cr10Fe10Ni47Al10Ti5 YEA mekanik alaşımlama parametreleri optimize edilerek üretilmiştir. Optimize edilen mekanik alaşımlanmış YEA'ın faz analizi ve mikroyapı karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonrasında farklı sinterleme sıcaklıklarında (1000°C, 1100°C ve 1200°C) sabit basınç altında (40 MPa) ve sabit ısıtma hızında (100°C/dak) YEA konsolide edilmiştir. Farklı sinterleme sıcaklıklarında konsolide edilen numunelerin karakterizasyonunu yapmak için yoğunluk ve Vickers mikrosertlik değerleri ölçülmüştür ve faz analizi ve mikroyapı karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda artan sinterleme sıcaklığının relatif yoğunlukta artış (96.13%, 97.01%, 97.32%) meydana getirdiği gözlenmiştir. Relatif yoğunluktaki artış, porozite miktarının artan sıcaklıkla birlikte azalması ile meydana gelmiştir. Artan sinter sıcaklığıyla birlikte yapılan sertlik ölçümlerinde; oluşan intermetalikler ve tane büyümesi (0.123 mm, 0.147 mm, 0.573 mm) ile ilişkili olarak sırasıyla 724.05HV, 691.3HV ve 657.26HV değerleri elde edilmiştir. Yapılan mikroyapı incelemelerinde intermetalik yapı, gözenekli yapı ve tane büyümesinin mikrosertlik ve yoğunluk değerlerindeki artış ve azalışa neden oldukları belirlenmiştir.