Theses supervised by Prof. Dr. Semra Kurama
11 theses · Anadolu University, Eskişehir Technical Üniversity
Sol-jel tekniği ile hazırlanan Ga3+ ve Eu2+ katkılı Sno2/ZnO ince filmlerin optik özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışma, iki aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada SnO2/ZnO filmini kararlı bir yapıda oluşturduktan sonra, öncelikli olarak optik ve yapısal özelliklerini daha sonra elektriksel özelliklerini incelemek hedeflenmiştir. İkinci aşamada ise, SnO2/ZnO tasarlanan filminden elde edilen veriler ile çift dopant (Al-Ga, Al-Eu, Al-Sn) katkılı çinko oksit ince filmini oluşturmaktır. Ayrıca filmlerin üretimi sırasında farklı katkılama konsantrasyonları ve farklı monoetilenamin (MEA) oranları kullanılarak dopant ve stabilizör miktarının etkisi de incelenmiştir. Çinko asetat bileşiği, çözücü içinde çözüldükten sonra birinci aşamada istenilen katkılamayı elde edebilmek için farklı oranlarda Sn katkısı ve çözeltinin stabilizasyonu için MEA stabilizör eklenmiştir. İkinci aşamada çift dopant katkısı için farklı oranlarda Al-Ga, Al-Eu, Al-Sn katkıları ve çözeltinin stabilizasyonu için farklı oranlarda MEA stabilizörü eklenmiştir Hazırlanan çözeltiler manyetik karıştırıcı yardımı ile karıştırılıp 24 saat oda sıcaklığında bekletilmiştir. Döndürmeli kaplama yöntemi yardımı ile daha önceden yüzey temizliği yapılmış camlar üzerine 6 ve 10 kat kaplama yapılmıştır. Kaplama esnasında her döndürme işleminden sonra filmlere 300°C'de 10 dakika kurutma işlemi uygulanmıştır. Elde edilen filmler 500°C'de 2 saat ısıl işleme tabi tutulmuştur. Filmlerin optik, elektriksel ve mikro yapısal özelliklerini incelemek amacıyla X-ışını kırınımı (XRD), spektrofotometre, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elektrometre cihazları kullanılarak ölçümler yapılmıştır.
Endüstriyel uygulamalar için sialon/cam kompozit sistemlerinin mekanik ve ısıl şok özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmanın temel amacı, endüstriyel ve mühendislik amaçlı uygulamalarda yaygın olarak kullanılan α-SiAlON seramiklerin yüksek sıcaklık mekanik özelliklerini koruyarak ısıl şok dayanımının iyileştirilmesidir. Bu amaçla, mikroyapısal özellikleri iyi olan Y-αlfa SiAlON sistemine farklı miktarlarda (ağırlıkça %0-10 oranında) ve farklı kompozisyon içeriklerine sahip baryum aluminasilikat (BAS) cam tozları eklenmiştir. Gaz basınçlı sinterleme yöntemiyle üretilen Y-αlfa SiAlON/BAS numuneler, X-ışınları kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Mekanik özelliklerinin belirlenmesi için Vickers sertlik testi ve indentasyon metodu kullanılmış olup ısıl şok dayanımı ise Anstis metodu kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca, numunelere basınçsız sinterleme metodu kullanılarak ısıl işlem uygulanmış ve ısıl işlemin ısıl şok dayanımı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Sonuç olarak, Y-α-SiAlON'ların tokluk ve ısıl şok dayanımının BAS camının kompozisyonu ve miktarına bağlı değişim gösterdiği tespit edilmiştir. Alınan sonuçlara göre, en fazla iyileşmenin BaO-CaO-Al2O3-B2O3 kompozisyonuna sahip BAS cam-seramiğinde olduğu görülmüştür. Ayrıca cam katkı miktarının artmasıyla mekanik özellik ve ısıl özelliklerde de artış olduğu tespit edilmiştir.
İndüksiyon ocağı astar malzemesinin farklı katkı malzemeleri ile kullanım performansının arttırılması
Demir çelik üretiminde maliyet optimizasyonu çalışmaları gereği refrakter malzemelerin performanslarında sürekli iyileştirme faaliyetleri zorunlu olmaktadır. Aynı zamanda kendiliğinden dökülebilen, dövme harçları ve yapıştırıcı karışımlar gibi monolitik refrakterlerin demir & çelik üretiminde kullanımı artmıştır. İndüksiyon ocaklarında kullanılan monolitik refrakterlerin termomekanik özelliklerini, sinterleme parametrelerini ve bozunumunu bilmek, kullanım koşullarına uygunluğunu saptamak açısından önemlidir. Bu tez kapsamında, farklı oranlarda kalsine alümina ve tabular alümina ilavesi yapılarak indüksiyon ocağı astar malzemesi olarak kullanılacak olan spinel içerikli alümina bazlı monolitik nötr astar malzemesi üretilmiştir. Kalsine ve tabular alümina ilaveli numunelerin fiziksel ve termomekaniksel özellikleri, gözenek içeriği, asidik ve bazik cüruflara karşı direnci, spinel yapı oluşumu, çevrim sayısına bağlı ısıl şok direnci ve bulk yoğunluk - sinterleme sıcaklığı arasındaki ilişki incelenmiştir.
Demir çelik sektöründe kullanılan mgo-c pota tuğlalarının proses hazırlık evresinde mekanik ve korozyon dayanım davranışlarının incelenmesi
Refrakterler, demir çelik sektöründe çelik üretim prosesi boyunca kullanılan sıvı çelik transfer potalarının ve ergitme ocaklarının en önemli kaplama malzemelerindendir. Demir çelik üretiminde maliyet optimizasyonu çalışmaları gereği refrakter malzemelerin performanslarında sürekli iyileştirme faaliyetleri zorunlu olmaktadır. İndüksiyon ocaklarında kullanılan sıvı çelik transfer potalarının termomekanik özelliklerini, sinterleme parametrelerini ve bozunumunu bilmek, kullanım koşullarına uygunluğunu saptamak açısından önemlidir. Bu tez kapsamında, demir çelik sektöründe kullanılan, sıvı çelik transfer potalarında kullanılan farklı karbon içeriklerine sahip MgO esaslı refrakter tuğlaların, mekanik özellikleri ve korozyon dayanımları incelenerek, meydana gelen değişiklikler tespit edilmiştir. "12C – 15C – Taban" tuğla adı verilen MgO – C bazlı bazik refrakterler, eşit ölçülerde kesilerek, 800°C ve 1000°C'de 8, 16 ve 20 saat sıcak havaya maruz bırakılmıştır. Ardından bu refrakterler, öğütülerek XRD ile faz değişimi olup olmadığı incelenmiştir. Grafitte kül olarak bulunan yabancı maddelerin MgO – C tuğlalarının cüruf direnç özelliklerini düşürdüğü görülmüştür. %99 saflıkta magnezya içeren ancak daha düşük kristal boyutuna sahip MgO – C tuğlaların cüruf direncinin daha yüksek kristal boyutuna sahip %97 saflıkta magnezya içeren MgO – C tuğlalara göre daha iyi olduğu görülmüştür.
Kalın kesit yer karolarında yaşanan siyah çekirdek probleminin ince kesit yer karolarında simüle edilerek oluşum kinetiğinin araştırılması
Seramik malzemelerinin sahip olduğu yüksek aşınma direnci, kimyasallara karşı dayanım, uzun ömür, yüksek mukavemet gibi üstün özelliklerinin yanı sıra dekoratif ve yapısal özellikleri seramiklere olan talebi artırmaktadır. Kapasitelerin artırılması, ürünlerin daha hızlı bir şekilde üretilmeye çalışılması ve sürekli artan enerji maliyetleri, pişirim sürelerinin kısaltılması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Pişirim sürelerinin kısaltılması ve porselen karoların daha çabuk sinterlenebilmesi için uygulanan yüksek sıcaklıklar, porselen yer karolarında siyah çekirdek (black core) problemi ortaya çıkmakta ve güncelliğini korumaktadır. Porselen karo üretim prosesleri, black core problemini daha karmaşık bir hale getirmektedir. Farklı dekoratif amaçlarla üretilen porselen karoların boyutsal farklılıkları da bu hatanın oluşması için bir parametre olarak görülmüştür. Tez çalışmasında, kalın kesit yer karolarında oluşan black core problemi ince kesit yer karolarında simüle edilerek, black core oluşma olasılığını etkileyen üretim parametreleri irdelenmiştir. Çalışmada, black core hatasının oluşmasında etkili olduğu bilinen pişirim süreleri ve sıcaklıklarında değişiklik yapılmadan, özellikle kalınlık ve organik madde miktarının etkisi araştırılmıştır. Çalışmalar, Veli Akgün Seramik San. Tic. A.Ş Karo Fabrikası'nda gerçekleştirilmiştir. Porselen karo kalınlıklarının etkisinin araştırılması için farklı kalınlıklarda (6,1, 10,4, 12,6 mm), organik hammadde miktarı etkisinin araştırılması için ağırlıkça farklı oranlarda karbon ilaveleri (0,01 – 0,06 g) ile hazırlanarak standart rejimde pişirim yapılmıştır. Black core oluşan bölgelerin mikroyapısında ve kimyasal fazlarında, black core oluşmayan bölgelere kıyasla farklılıklar ortaya çıktığı görülmüştür. Black core oluşan porselen karolarda gözenek miktarı ve boyutlarının arttığı, kalınlık ve hammaddeden gelen organik miktarı arttıkça da sinterlenen numunelerde black core görünümünün arttığı tespit edilmiştir.
Mat siyah sırlarda hammadde - pigment etkisinin incelenmesi
Seramik sağlık gereçleri üretiminde kaplama malzemesi olarak kullanılan cam seramik sırları yüksek aşınma direnci, mukavemet, kimyasallara dayanım ve hijyen özellikleri gibi özelliklerinin yanı sıra estetik görünüm yönüyle tasarım alanında önem kazanmaktadır. Seramik sağlık gereçleri ürünlerinde parlak opak yüzeye sahip sırların üretimi her zaman yüksektir. Son yıllarda tasarıma olan ilginin artması ile mat renkli ürünlere olan ilginin arttığı görülmektedir. Özellikle mat renkli ürün grubuna dahil olan mat siyah üretiminin artışı dikkat çekicidir. Kapasitelerin artırılması ile sürekli artan hammadde maliyetleri, enerji maliyetleri ile üretilen mat siyah sırların proses değişkenliklerine karşı istikrarlı davranış sergilememesi reçete çalışmalarına olan önemi artırmıştır. Bu tez çalışmasında, mat siyah renkli ürünlerde kullanılan pigmentlerin hammadde ile olan etkileşimleri ve ürün özellikleri üretim koşullarında incelenmiştir. Bu amaçla, ticari olarak halen kullanılmakta olan farklı pigmentlerin mevcut proses parametrelerindeki kararlılıkları mat baz sır reçetesi ile yapılan çalışmalar sonucunda belirlenerek tez çalışmaları tamamlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, reçetelerdeki hammaddelerin oransal farklılıklarının ürün özelliklerine etkilerinin anlaşılması ve mevcutta yaşanan üretim sıkıntılarında reçete revizyonlarında yol göstererek hızlı aksiyon alınmasına katkı sağlamaktır.
13-8 MO PH paslanmaz çeliklerin lazer metal biriktirme (LMD) metodu ile üretiminde tarama yönünün mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi
Son yıllarda sağladığı avantajlardan dolayı eklemeli imalat, endüstride ve akademide oldukça ilgi çekmektedir. Eklemeli imalat, uygulanabildiği malzeme sayısı her geçen gün artan, tasarım ve üretim kolaylığı sağlayan bir üretim yöntemidir. Lazer metal biriktirme ise eklemeli imalat teknolojisinin yönlendirilmiş enerji koluna ait bir üretim tekniğidir. Bu çalışmada, LMD metoduyla üretilen PH 13-8 Mo paslanmaz çeliğinin tarama stratejisi, toz akış hızı, tarama hızı ve örtüşme oranı parametrelerinin mikroyapı ve mikrosertlik üzerindeki etkisi incelenmiştir. Biriktirme ve altlık malzemesi olarak sırasıyla PH 13-8 Mo ve AISI 1050 malzemeleri kullanılmıştır. Üretim parametreleri arasından tarama stratejisi; alternatif tek yönlü, kafes tarama stratejisi ve tek yönlü olmak üzere 3 farklı teknik olarak değişmektedir. Toz akış hızı 2,5-4,5 dev/dk aralığında, tarama hızı 7-9 mm/s aralığında ve örtüşme oranı %35-45 aralığında değişim göstermektedir. Değişen üretim parametreleri ile mikroyapıda farklılıklar gözlemlenmiştir. Mikroyapıdaki faz değişimlerine ve oluşan hatalara bağlı olarak mikro sertlik değerlerinde artış ve azalışlar olduğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, lazer metal biriktirme üretim metodunda lazer tarama stratejisinin, mikroyapıda faz oluşumlarını önemli ölçüde etkilediği ve bu etkiyle mekanik özelliklerin değiştiği gözlemlenmiştir. Aynı zamanda toz akış hızı, tarama hızı ve örtüşme oranının, füzyon oluşumunda önemli bir etkisinin olduğu ve bununla beraber numunelerin mekanik ve mikroyapısal özelliklerinin etkilendiği görülmüştür.
Farklı kaplama teknikleri kullanılarak cam malzemelere termokromik özellik kazandırılması
Bu çalışma fiziksel yorgunluğun izlenmesinde, yüksek ateşle ilişkili hastalıkların tespitinde, sıcaklık algılama uygulamalarında ve enerji tasarrufu sağlayan camlarda kullanılmak üzere fonksiyonel kaplamaların sentezine dayanmaktadır. Literatürdeki VO2 içeren çalışmalardan farklı olarak düşük maliyetli sol-jel yöntemiyle farklı kompozisyonlardaki termokromik pigmentlerle hazırlanan termokromik kaplamaların özellikleri değerlendirilmiştir. Yeşil termokromik pigment ile değişen sıcaklığa bağlı olarak optik özelliklerini değiştirerek binaların enerji tasarrufuna katkı sağlayan yeni nesil termokromik akıllı cam kaplamaların üretilmesi hedeflenmiştir. Aktivasyon sıcaklığı 33°C, 45°C ve 65°C olan termokromik pigmentlerin karakterizasyonundan sonra sol-jel yöntemiyle hazırlanan termokromik kaplamalar, kuvars lamel, cam ve kumaş altlıklar üzerine rakle, fırça, daldırma ve püskürtme gibi çeşitli kaplama teknikleriyle kaplanmıştır. Çeşitli sıcaklıklarda ısıl işlem görmüş termokromik kaplamaların yüzey sıcaklığı belirli bir seviyeye geldiğinde renk değiştirmiş ve soğutulduğunda geri dönüşümlü olarak orijinal rengine dönmüştür. Oluşturulan termokromik kaplamaların renk, tane boyut ölçümü yapılmış ve kızılötesi termal kamera, XRD, TGA, DSC, FTIR, SEM, TEM, UV-VIS ve UV-VIS-NIR spektrofotometre cihazlarıyla karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, yeşil termokromik pigmentle yapılan kaplamaların enerji tasarruflu camlarda ve yüksek ateşi tespit edebilen kumaşlarda kullanılma potansiyeline sahip olduğunu, siyah ve mavi pigmentlerle yapılan kaplamaların ise sıcaklık algılayıcı kaplamalar olarak kullanılabileceğini göstermiştir.
Demir çelik tesisinde metalurjik dijital ikiz uygulamasının üretimdeki etkisinin incelenmesi
Hammadde ve enerji kullanımı ve atık üretimi yüksek olan demir çelik sektöründe, sürdürülebilir çelik üretimi için gerekli tüm önlemlerin alınması, enerji ve malzeme tasarrufu çalışmalarının yapılması ve çevresel etkilerin en aza indirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu süreçleri başarıyla yerine getirebilmek için dijitalleşmeye, döngüsel ekonomiye geçişe, yeşil dönüşüme ve değer zincirine dönüştürülmüş üretim süreçlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Endüstri 4.0'ın getirdiği gelişim alanları sayesinde bu dört maddeyi gerçekleştirmek artık eskisinden daha kolay hale gelmiştir. Bilecik Demir Çelik A.Ş. üretim sürecinde indüksiyon ocakları ve sürekli döküm makinesi arasında bir köprü olan pota ocağı süreçlerindeki süreksizlikler, üretim süreci içerisinde ciddi aksamalara ve dar boğaza neden olmaktadır. Bu dar boğazı ortadan kaldırmak ve değişkenliklerden arındırılmış daha verimli daha sürdürülebilir bir pota ocağı süreci oluşturmak amacıyla pota ocağı süreçlerini tamamen kapsayan metalurjik dijital ikiz oluşturulmuş ve pota ocağının enerji verimliliği, sıcaklık yönetimi, hammadde tüketimleri, ürün fire oranları, İş Sağlığı ve Güvenliği (İSG) kültürü, bakım-onarım faaliyetleri ve çevresel boyut üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu çalışmanın sonucunda, enerji verimliliğinde %22,6, sıcaklık yönetiminde 7°C, İSG başarısında %86, arıza tamir süresinde %69 ve iki arıza arası sürede %84,6 iyileşme elde edilmiştir. Bunlara ek olarak çevresel boyutta kapsam 3 emisyonu 4 milyon kg CO2/yıl azalırken su ayak izi 5,8 milyon l/yıl azaltılmıştır.
Metal organik framework (MOF)'ten türetilmiş nano karbon katkılı sialon seramik malzemelerin elektriksel iletkenlik ve mekanik davranışlarının incelenmesi
SiAlON'lar, mekanik mukavemet, termal stabilite ve kimyasal direncin üstün kombinasyonu sayesinde çok yönlü uygulamalara sahip gelişmiş bir malzeme sınıfıdır. Bu üstün özelliklerine rağmen, elektriksel iletkenlikleri çeşitli alanlardaki potansiyel uygulamalarını sınırlayan bir zorluk olarak görülmektedir. Araştırmacılar bu sınırlamaların üstesinden gelerek SiAlON'ların elektriksel özelliklerini geliştirmek için yenilikçi stratejiler geliştirmişlerdir. Gelecek vadeden uygulamalardan biri de seramik malzemelere metal-organik çerçevelerin (MOF'lar) katkısı ile özelliklerinin geliştirilmesidir. MOF'lar, olağanüstü yüzey alanlarıyla bilinen gözenekli malzemelerdir ve bu da onları çok çeşitli uygulamalar için umut verici adaylar haline getirmektedir. Bildiği kadarıyla, zeolitik imidazolat çerçeve (ZIF-8) içeren α/β-SiAlON matrisli seramik kompozitler hakkında raporlanmış bir çalışma bulunmamaktadır. Bu nedenle bu çalışmada, ZIF-8 ilavesinin α/β-SiAlON kompozitlerinin özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu kapsamda α/β-SiAlON öncü tozunda farklı oranlarda 4 adet (%0, %5, %10 ve %20) in-situ ZIF-8 sentezlenmiş numune hazırlanmıştır. Bu numuneler 50 MPa altında 10 dakika boyunca 1650C sıcaklıkta SPS ile sinterlenmiştir. Sonrasında numunelerin mekanik, mikroyapısal ve elektriksel özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, ağırlıkça %10 ve ağırlıkça %20 ZIF-8 içeren α/β-SiAlON kompozitlerinin mekanik özellikleri aynı kalmasına rağmen elektriksel direncinin yaklaşık 1010 kat azaldığını göstermektedir. Bu sonuçlar, α/β-SiAlON seramiklerinin elektriksel özelliklerinin ZIF-8 ilavesi ile arttırılabildiğine yönelik raporlanan ilk çalışmadır.
CD4MCuN ve 1.4468 kalite dubleks paslanmaz çeliklerin mikroyapısal değişimlerinin mekanik özellikleri, korozyon ve aşınma dayanımlarına etkisinin incelenmesi
Dubleks paslanmaz çelikler, içeriğinde östenit ve ferrit fazını aynı anda bulundurduğu için yüksek mekanik ve korozyon dayanımı gibi özellikleri sağlamaktadır. Bu özelliği sayesinde denizcilik, maden endüstrisi ve petrol gibi alanlarda tercih edilmektedir. Östenit ve ferrit fazının neredeyse birbirine yakın olması optimum özellikler için tercih edilirken, temel fazlarının yanında beliren sigma (σ), chi (χ), Cr2N ve CrN gibi çökelen ikincil fazlar mekanik özellikleri genellikle düşürdüğü için dubleks paslanmaz çeliklerin üretimindeki en büyük problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışma, CD4MCuN ve 1.4468 kalite dubleks paslanmaz çeliklerin döküm yöntemiyle üretilmesini ve bu süreçte meydana gelen mikro yapısal değişimlerin mekanik özellikler, korozyon direnci ve aşınma dayanımı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Dökülen parçalara 1050-1150°C'de çözeltiye alma ısıl işlemi uygulandıktan sonra mikro yapısal analizleri optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve XRD kullanılarak yapılmış olup, faz oranları ve ikincil fazların belirlenmesi bu sayede gerçekleştirilmiştir. Sertlik, çekme dayanımı, çentik darbe ve aşınma direnci test edilerek değişen ısıl işlem sıcaklığının mikroyapı ve dolayısıyla mekanik özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ayrıca, klorlu ortamdaki (%3,5 NaCl) potansiyodinamik testleri ile dubleks paslanmaz çeliklerin korozyon dirençlerinde faz oranlarının etkisi değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, mikroyapı ile mekanik özelliklerin doğrudan ilişkili olduğu, özellikle ferrit östenit oranı neredeyse 1:1 olan numunelerde çoğunlukla optimum değerler elde edilirken, ikincil fazların varlığı nedeniyle korozyon gibi özelliklerde düşüş gözlemlenmiştir.