Tufal atığındaki hematit kullanılarak stronsiyum hekzaferrit bazlı ferritik mıknatıs tozunun üretilmesi
Production of strontium hexaferrite based ferritic magnet powder using hematite from domestic scale
Yazar: ORHAN URAS KURTULUŞ
Danışman: PROF. DR. RUKİYE ERTAN
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Mıknatıslar günümüz elektrikli araçların elektrik motorlarında, manyetik rezonans
görüntüleme (MR) cihazlarında, hoparlör ve kulaklıklar gibi bir çok sistemlerin en önemli
bileşenleridir. Ülkemizde yerli olarak mıknatıs üretiminin olmaması ve yukarıda
bahsedilen sektörlerde mıknatıs kullanımının yaygınlaşması nedeniyle hem ülkemizde
hem de küresel pazarda mıknatıs ihtiyacı önemli derecede artmıştır. Dolayısıyla, yerli
hammaddelerimizi kullanarak mıknatıs tozunun üretimi konusunda çalışma ihtiyacı
doğmuştur. Bu çalışma kapsamında tufal olarak adlandırılan yerli demir oksit malzemesi
Türkiye'de demir çelik endüstrisinde faaliyet gösteren firmalardan alınıp, stronsiyum
karbonat ile sentezlenerek stronsiyum hekzaferrit bazlı mıknatıs tozunun üretilmesi
üzerinde çalışılmıştır. Tufal numuneleri ısıl işlem ve mekanik öğütme işlemlerine tabi
tutularak, hematit fazına dönüştürülmeye çalışılmıştır. 10 farklı tufal numunesinin kristal
fazları ve elemental muhtevası XRD cihazı vasıtasıyla yarı kantitatif olarak analiz
edilmiştir ve en yüksek hematit oranına sahip numuneler belirlenmiştir. Bu numuneler ve
Çin'den hazır olarak alınan ticari demir oksit numuneleri stronsiyum karbonat malzemesi
ile 1,5 – 1,6 stokiyometrik oranları aralığında 12 farklı şekilde sentezlenmiştir.
Sentezleme işlemlerinde yüksek enerjili bilyeli değirmen kullanılmıştır ve mekanik
olarak alaşımlandırılan sentezler sinterleme kül fırınında ısıl işleme tabi tutulmuştur.
Nihai sentezlerin ısıl işlem sırasında aglomere olmasından dolayı yaş öğütme prosesi
gerçekleştirilmiştir ve mikron mertebesinde stronsiyum hekzaferrit çamuru elde edilmeye
çalışılmıştır. Bu sentez çamurları çeker ocak içerisinde ısıtıcı vasıtasıyla kurutularak
kristal yapı analizine uygun hale getirilmiştir. Elde edilen kuru sentezlerin kristal yapıları
XRD cihazı vasıtasıyla gözlemlenerek en yüksek orana sahip stronsiyum hekzaferrit
sentezi K21 olarak belirlenmiştir. K21 numunesinin manyetik performansı, Çin'den hazır
olarak alınan ticari Y30 derecesindeki mıknatıs tozunun manyetik performansı ile VSM -
Titreşimli Numune Manyetometre cihazı vasıtasıyla kıyaslanmıştır. Analiz sonucuna
istinaden yerli demir oksit ile elde edilen stronsiyum hekzaferrit tozunun ticari mıknatıs
tozuna göre 15 kat daha düşük Hc (koersivite) değerine ulaştığı gözlemlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Stronsiyum hekzaferrit, kalıcı mıknatıslar, mekanokimyasal sentez

Abstract:
Magnets are the most important components of many systems such as electric motors of
today's electric vehicles, magnetic resonance imaging (MR) devices, speakers and
headphones. Due to the lack of magnet production in our country and the widespread use
of magnets in the above-mentioned sectors, the need for magnets has increased
significantly both in our country and in the global market. Therefore, there was a need to
work on the production of magnet powder using our domestic raw materials. Within the
scope of this study, domestic iron oxide material, called scale, was purchased from
companies operating in the iron and steel industry in Turkey and synthesized with
strontium carbonate to produce strontium hexaferrite-based magnet powder. The scale
samples were tried to be converted into hematite phase by subjecting them to heat
treatment and mechanical grinding processes. The crystal phases and elemental content
of 10 different scale samples were analyzed semi-quantitatively by the XRD device and
the samples with the highest hematite content were determined. These samples and readymade commercial iron oxide samples from China were synthesized with strontium
carbonate material in 12 different ways in the range of 1.5 – 1.6 stoichiometric ratios. A
high-energy ball mill was used in the synthesis processes, and the mechanically alloyed
synths were heat treated in a sintering kiln furnace.
Due to the agglomeration of the final syntheses during the heat treatment, wet grinding
process was carried out and strontium hexaferrite slurry was tried to be obtained at the
micron level. These synthesis slurries were dried in a fume hood by means of a heater and
made suitable for crystal structure analysis. The crystal structures of the obtained dry
syntheses were observed by the XRD device and the strontium hexaferrite synthesis with
the highest ratio was determined as K21. The magnetic performance of the K21 sample
was compared with the magnetic performance of commercial magnet powder of grade
Y30, ready-made from China, by means of the VSM - Vibrating Sample Magnetometer
device. Based on the results of the analysis, it was observed that the strontium hexaferrite
powder obtained with domestic iron oxide reached 15 times lower Hc (coercivity) value
than commercial magnet powder.
Key words: Strontium hexaferrite, permanent magnets, mechanochemical synthesis