Yapısal amaçlı uygulamalar için zirkonya-zirkonyum diborür (ZrO2-ZrB2) kompozitlerinin üretimi ve karakterizasyonu
The production and characterization of zirconia-zirconium diboride (ZrO2-ZrB2) composites for structural applications
Yazar: CEYHUN ÜŞÜMEZEL
Danışman: DOÇ. DR. HİLMİ YURDAKUL
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Ülkemizin 2023 vizyonu arasında yer alan yerli otomobil üretimi konusunda yapılan çalışmalar son zamanlarda hız kazanmıştır. Ancak ülkemizde bu uygulama alanlarında kullanılan seramik esaslı parçalar yurtdışından ithal edilmektedir. Bu tezde, Otomotiv İmalat Sektörü ve Yan Sanayisinin farklı uygulama alanlarında metal levha ile somunların birleştirilmesinde kullanılan ve ithal edilen seramik esaslı merkezleme somun pimlerinin, literatürde ilk kez seramik-kompozit üretim yaklaşımı ile ZrO2-ZrB2 sisteminde geliştirilmesi ve üretilmesi amaçlanmıştır. 
Bu tez, günümüz otomotiv sektöründe en yaygın kullanılan ithal seramik esaslı merkezleme somun piminin fiziksel, kimyasal, mekanik ve mikroyapısal özelliklerinin karakterizasyon çalışmalarıyla başlamıştır. Buradan elde edilen kazanımlar dâhilinde, kompozit olarak üretilecek merkezleme somun pimlerinde, %3 mol itriya ile stabilize edilmiş tetragonal polikristalin zirkonya (Y-TZP) ve ZrB2 tozları kullanılmıştır. ZrO2-ZrB2 toz karışımına eklenen şekillendirme katkılarının (bağlayıcı, plastikleştirici ve yağlayıcı) etkileri araştırılmıştır. Katkılar ile birlikte oluşturulan ZrO2-ZrB2 toz karışımlarının soğuk izostatik presleme (CIP) için uygun şekillendirme basınçları belirlenmiştir. Burada, CIP ile silindir bloklar şeklinde basılan numunelerin içerdiği bağlayıcıların sistemden uzaklaşma sıcaklıkları ve CNC (bilgisayar sayımlı yönetim) ile işleme esnasında blokların belli bir mukavemet kazanabilmeleri amacıyla ön-sinterleme sıcaklıkları detaylı çalışmayla belirlenmiştir. Şekillendirilen numunelerin teorik yığınsal yoğunluklarına ulaşabilmeleri için uygun sinterleme sıcaklığının belirleme çalışmaları yapılmıştır. Sinterlenen yığınsal siyah renkli merkezleme somun pimlerinin fiziksel, kimyasal, mekanik ve mikroyapısal özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlarda, ZrO2-ZrB2 seramik-kompozit merkezleme somun pimleri hedeflenen özelliklerde başarıyla üretilmiştir. Üretilen pimler gerçek işletme koşullarında bir Otomotiv Sanayi Şirketi'nde kaynaklama testlerine tabi tutulmuştur ve her bir somun piminin 35000'in üzerinde kaynaklama gerçekleştirdiği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Recently, the studies related with domestic car manufacturing at vision 2023 of our country has gained acceleration. Unfortunately, the most of ceramic parts used in this industry imported from abroad. For the first time in the literature, this project aims to develop and produce imported ceramic based locater nut pins that join between ring nuts and metal plate in the automotive parts from ZrO2-ZrB2 system via ceramic-composite production approach.
The project was initially launched with the physical, chemical, mechanical and microstructural characterization of imported ceramic based locater nut pins from well-known pins manufactures of the Europa. In conjunction with these characterization results, targeted domestic locater nut pins were produced by using commercially available 3 mole yttria stabilized tetragonal polycrystalline zirconia (Y-TZP) and ZrB2 powders. The effect of processing additives to ZrO2-ZrB2 powder mixture such as binders, plasticizers and lubricants was investigated. The optimum pressure for cold isostatic press (CIP) was determined for the ZrO2-ZrB2 powder mixtures. The binding and presintering temperature of samples were obtained to gain strength during the CNC (Computer Numerical Control) machining. Sintering temperature was obtained to reach full density or theoretically density. The physical, chemical, mechanical and microstructural characterization of sintered black-colored locater nut pins were also investigated. After evaluating results, the ZrO2-ZrB2 ceramic-composite locater nut pins were successfully produced. These nut pins were carried out at the welding lines of an Automotive Industry Corporation and were effectively welded over 35000 rings nuts on the metal plate at continuous welding lines of company.