Karbon nanotüp ilavesinin alümina esaslı seramiklerin yapı ve özelliklerine etkisi
The effect of carbon nanotube addition on the structure and properties of alumina based cer5amics
Yazar: ALİ CAN ZAMAN
Danışman: DOÇ. DR. CENGİZ KAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Alümina = Alumina ; Seramikler = Ceramics

Özet:
Mikro dişlilerin MEMS (microelectromechanical systems) uygulamalarında kullanımı birçok avantajlar sağlamaktadır. Bunlardan bazıları uzun kullanım ömrü, kompakt tasarım ve yüksek verimliliktir. MEMS araştırmalarında çoğunlukla silisyum kullanılmaktadır; bu nedenle mikro dişlilerde karşılaşılan önemli sorunlardan bazıları silikon temelli parçaların yüksek sıcaklığa dayanıksız, ısı iletim kabiliyetinin düşük ve çatlama eğiliminin yüksek olmasıdır. Bu hususta, karbon nanotüp (CNT) takviyeli alümina seramik kompozitleri MEMS cihazlarında kullanım konusunda uygun bir adaylık teşkil etmektedir. Bu duruma ek olarak LIGA, FIB (focus ion beam), lazer ile mikro işleme (laser micro machining), micro-elektro deşarj işleme gibi MEMS üretim teknikleri pahalı ve yavaş olan silikon temelli bütünleşmiş devre teknolojisinden uyarlanmıştır. Bu nedenle elektrokinetik biriktirme tekniği (EKB) düşük maliyetli ve hızlı olarak mikro parça üretimi için uygundur.Alümina seramikleri yüksek sertlik ve aşınma dayanımı sergilemektedir ancak; düşük eğme dayanımı ve tokluk özelliklerine sahiptirler. Karbon nanotüplerin üstün esneklikleri alüminanın kırılma tokluğunun artırılmasında etkin olabilir. Bu duruma ek olarak alüminanın elektriksel ve termal iletkenliği karbon nanotüplerin ilavesi ile belirgin bir biçimde artırılabilir; ancak karbon nanotüplerin ana faz içinde homojen dağılımının sağlanması ve kuvvetli ara yüzey bağlanmasının gerçekleşmesi için fonksiyonelleştirilmeleri gerekmektedir. Geleneksel fonksiyonelleştirme yöntemleri ile nanotüplerin üzerinde hatalar oluşmakta ve bu nedenle mekanik ve diğer özelliklerinde kaçınılmaz azalma gerçekleşmedir. Bu nedenle yeni bir yaklaşım olarak hidrotermal sentezleme yöntemi kullanılıp arzu edilen özelliklere sahip CNT/alümina kompozitleri üretilmiş; akabinde EKB yöntemi kullanılarak seramik mikro parçalar imal edilmiştir.

Abstract:
The use of micro gears in MEMS devices has numerous adavantages. Some of which are long operating life, compact design, high efficiency. Silicon dominates microelectromechanical systems (MEMS) research. some of the major problems with the micro-gears is that silicon-based components cannot withstand the high temperatures, have low heat transfer capability and prone to crack. In this regard, CNT-alumina ceramic composites can be a good candidate for use in MEMS devices. In addition to this the processing of MEMS is the same as that used for the production of silicon based integrated circuits such as LIGA, Focus ion beam, laser micro-machining and micro electro-discharge machining which are expensive and slow processes. Therefore, Electrophoretic deposition (EPD) can be a feasible technique for fabrication of micro components in low cost and fast.Alumina ceramics exhibit high hardness and good wear resistance, but possess poor flexural strength and fracture toughness. The superior flexibility of CNTs can be very effective in improving the fracture toughness of alumina. Moreover the electrical and thermal conductivities of alumina can be improved markedly by adding nanotubes; but in order to diperse CNTs in the matrix and to obtain a strong bonds between CNT-alumina interface, CNTs have to be functionalized. Conventional functionalization method: acid treatment causes structural damage and loss of structure which result in the degradation of mechanical and physical properties of CNTs. Therefore a new approach, hydrothermal synthesis was used to obtain CNT-alumina composites having desired properties. Subsequently electrophoretic deposition was used to make ceramic micro components.