Ucuz yöntemle üretilen grafen'in SiAlON esaslı seramik kesici uçların performansına etkisinin belirlenmesi
Determination of the effect of graphene produced by cheap method on the performance of SiAlON based ceramic cutting tools
Yazar: EMRE KELEŞ
Danışman: PROF. DR. SERVET TURAN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
SiAlON seramikleri sahip oldukları üstün özellikleri sayesinde özellikle havacılık ve otomotiv sanayiinde kullanılan malzemelerin kesilmesi ve şekillendirilmesi için kullanılan seramik kesici uçların üretiminde tercih edilmektedir. Ancak, SiAlON seramiklerinin sahip olduğu düşük ısıl iletkenlik, uçların kesme uygulamaları sırasında yüksek sıcaklıklara ulaşarak mikro hataların oluşmasına ve servis ömürlerinin kısalmasına sebep olmaktadır. Yüksek ısıl iletkenliğe sahip olan grafen ikincil faz olarak SiAlON seramiklerine eklenerek bu sorun çözülebilmektedir. Ancak, mevcut üretim yöntemleriyle elde edilen grafenler yüksek maliyetlerinden dolayı endüstriyel uygulamalar için uygun değildir. Bu çalışmanın amacı ucuz yöntemle üretilen grafenin SiAlON seramiklarinin özelliklerine etkilerinin belirlenerek seramik kesici uç üretimi için uygunluğunun araştırılmasıdır. Üniversite-sanayi iş birliği ile üretilen ve ağırlıkça   % 0.75, 1, 1.25 grafen içeren dispersiyonların içerisine SiAlON tozları eklenerek üç farklı karıştırma yöntemi ile karıştırılmıştır. Elde edilen grafen-SiAlON kompozisyonları SPS fırınında sinterlenmiştir. Üretilen grafen-SiAlON kompozitlerinin mikroyapıları, sertlik, kırılma tokluğu ve ısıl difüzivite özellikleri ölçülerek karşılaştırılmıştır. Grafen miktarına bağlı olarak sertlik ve ısıl iletkenlik değerleri düşerken kırılma tokluğunun ise arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, çalışma boyunca kullanılan karıştırma tekniklerine bağlı olarak malzeme özellikleri değişmektedir ve bu durum grafen tabakalarının SiAlON matrisi içerisindeki dağılımlarına bağlı olarak açıklanmıştır.

Abstract:
Thanks to superior properties, SiAlON ceramics are typically prefered to produce cutting tools which are used to cut and shape the hard materials especially used at aviation and automotive industry. However, due to the low thermal conductivity of SiAlON ceramics, high temperatures are reached and cause to occur micro faults and shorten the service life. This problem can be solved by adding graphene which has high thermal conductivity, to SiAlON ceramics as the secondary phase. However, graphenes obtained by current production methods are not suitable for industrial applications due to their high costs. The aim of this study is to determine the effects of graphene produced by cheap method on the properties of SiAlON ceramics and to investigate its suitability for ceramic cutting tool. SiAlON powders were added to the graphene dispersion which was produced by university-industry cooperation to obtain graphene-SiAlON compositions contain             % 0.75, 1 and 1.25 by weight and they mixed with three different techniques. The obtained graphene-SiAlON compositions were sintered in the SPS furnace. Microstructure, hardness, fracture toughness and thermal diffusivity properties of the produced graphene-SiAlON composites were measured and compared. It was observed that the hardness and thermal conductivity values decreased depending on the amount of graphene, while the fracture toughness increased. In addition, material properties change depending on the mixing techniques used throughout the study, and this is explained by the distribution of graphene layers in the SiAlON matrix.