Avgamasya asfaltitinden karbon köpük üretimi
Carbon foam production from avgamasya asphaltite
Yazar: DENİZ BARAN
Danışman: PROF. DR. EKREM EKİNCİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Asfaltit = Asphaltite ; Karbon = Carbon

Özet:
Gelişen endüstri ve teknoloji ile birlikte yüksek dayanımlı, hafif, düşük yoğunluklu ve ekonomik malzeme gereksinimi ileri teknoloji ürünü malzemelerin oluşumuna sebep olmuştur. Yapılan araştırmalarda karbon tabanlı malzemelerin kullanılan diğer malzemelere göre bazı özel avantajlar da sunduğu görülmüştür.Önemli bir karbon malzemesi olan karbon köpüğün ısıl iletkenliği, hafifliği, dayanım ve gerilim kuvvetinin yüksek olması ve karbon malzemelerin yüksek sıcaklıklarda ısıl işlemlere tabi tutulması sonucunda çok iyi mekanik özellikler kazanması da onu diğer malzeme gruplarına göre daha avantajlı hale getirmektedir. Karbon köpük sahip olduğu bu özelliklerle birçok endüstriyel uygulama alanına sahiptir.Karbon köpüğün uygulama alanları başlıca iki ana başlık altında toplanılabilir; savunma ve uzay endüstrisinde karbon köpüğün kullanım alanları haberleşme araçları, radar önleme sistemleri, hafif aynalar, optik araçlar, yalıtım panelleri, roket başlıkları, ısı yalıtımı ve ses yalıtımı olarak sıranabilir. Ticari endüstrilerde ise karbon köpüğün kullanım alanları fren diskleri, yakıt pili elektrotları, katalitik konvertörler, yüksek sıcaklık yalıtımı, diş implantı, kemik protezi, birçok makinenin bileşeni, engelleyici bariyerler ve otomotiv sektörü olarak verilebilir.Bu çalışmada, karbon köpük üretiminde Güneydoğu Anadolu'dan getirilen Avgamasya asfaltiti ile çalışılmıştır. Bu amaçla, toz asfaltit maddesi yüksek basınç ve sıcaklık reaktörüne silindirik bir alüminyum kap içerisinde konulur. Reaktöre önceden belirlenen değerde basınç verildikten sonra sıcaklık belirlenmiş bir değere çıkarılır ve bu sıcaklıkta belirli bir süre bekletildikten sonra reaktördeki basıncın hızlı bir şekilde boşaltılmasıyla karbon köpük elde edilmiş olur. Bu çalışmada basınç, sıcaklık, basınç boşaltma süresi ve son sıcaklıkta bekleme süresi temel parametreler olarak seçilmiştir. Bunun yanı sıra, sınırlı şekilde karbonizasyonun köpük özelliklerine etkisi değerlendirilmiştir.Üretilen karbon köpüklerin yorumlanabilmesi ve literatürdeki karbon köpüklerle kıyaslanabilmesi için taramalı elektron mikroskobunda görüntüleri çekilmiş, yoğunluğu ölçülüp dayanım testi sonucu sıkışma dayanımları bulunmuştur.Yapılan deneylerin sonucunda, artan basınç ve sıcaklıkla daha homojen, yoğun ve dayanıklı karbon köpüğü elde edildiği görülmüştür. Basınç boşaltma süresinin artışı yoğunluğu önemli ölçüde etkilemezken, dayanımında artış meydana getirmiştir. Son sıcaklıkta bekleme süresinin artışı ile köpüğün yapısı daha da homojen olmuş, dayanım ve yoğunluğu az bir miktar olsa da artmıştır. Karbonizasyon işlemi üretilen köpüklerin yoğunluk ve dayanımını artırmıştır.

Abstract:
In the fast developing industry and technology, requirements of high resistance, light, low density and economic materials resulted in development of advanced technology products. Research conducted showed carbon based materials possess some special advantages compared to other materials.An important form of carbon is carbon foam due to its high thermal conductivity, light weight, high compressive and tensile strengths and excellent material characteristics attributed after high temperature graphitization treatment are the main reason for its unique position. These characteristics consequently attribute a lot of application areas for carbon foam.Carbon foams have mainly to application areas in industry. The first one being defence and military include communication devices, radar preventing systems, light mirrors, optical devices, isolation panels, rocket caps, thermal isolation and sound isolation. The second application are being commercial industry which include mainly brake discs, fuel cell electrodes, catalytic converters, high thermal isolation, dental implants, bone prosthesis, component of machineries, preventive barrier, and automotive industries.In this study production of carbon foams from South eastern Anatolian, Avgamasya asphaltite is studied. For this purpose powdered asphaltite sample is placed in an autoclave using specialy shaped aluminum mold. Reactor is then pressurised to a defined value and the reactor is raised to specified temperature. The system is hold for a certain period of time, afterwhich the system is subject to sharp pressure release to obtain carbon foam. In this study pressure, temperature, pressure release time and hold time at the highest temperature were taken as the main parameters for investigation. Also affect of carbonisation on foaming characteristic is evaluated.In order characterise and make comparison with literature results SEM micrographs were taken, densities and compressive strengths of the foams are measured.Experimental results revieled that increasing pressure resulted in more homogeneous, denser and more strong foam products. Pressure release time had insignificant effect on the density but had considerably influenced the strength of the foams. While hold time at the highest temperature increased, the structure of foam is more homogeneous and also, endurance and density of the foam is increased. Carbonisation subsequently increased the density and strength of the foam.