Genleşme katsayısı düşük camların işleme parametrelerinin ve yüzeyaltı hasarlarının incelenmesi
Investigation of grinding process and subsurface damages of low expansion glasses
Yazar: CEYDA ÖZDEMİR ÖZEN
Danışman: PROF. DR. YUSUF ÖZÇATALBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Silika ve titanyumdioksit veya lityum, alüminyum ve silika gibi farklı elementlerin kombinasyonu ile elde edilen düşük termal genleşme katsayılı cam ve cam/seramik yapılı malzemeler, yüksek performanslı mekanik ve optik özellikler sergilerler. İleri üretim teknolojilerinin gelişmesiyle, optik litografi sistemleri, hassas jiroskop sistemleri, uydu kameraları, astronomi aletleri, atalet füzyon çalışmaları gibi önemli bilimsel ve yüksek teknoloji mühendislik projelerinde düşük genleşme katsayılı camlara ve cam/seramiklerine olan talep artmıştır. Camlar ve cam seramikler torna ve freze tezgahları, bilgisayar sayımlı yönetim (CNC) sistemleri, konvansiyonel lepleme tezgahları gibi farklı teknolojiler kullanılarak işlenir ve şekillendirilir. Bu üretim sürecinde de kullanılan sisteme, işleme parametrelerine, taşlama takımına, kullanılan cam ve cam / seramik malzemenin mekanik özelliklerine bağlı olarak işlenen yüzeyin altında farklı derinliğe sahip yatay, radyal, orta ve Hertz çatlakları meydana gelir. Optik malzeme işlendikten sonra bu çatlakların giderilmesi özellikle malzemenin mekanik dayanımı açısından kritiktir. Bu yüzden malzeme işlendikten sonra parlatma tekniği gibi yeni çatlak meydana getirmeyen tekniklerle malzemenin yüzeyinden en az çatlakların derinliği kadar malzeme kaldırmak önemlidir. Bu tezde Zerodur®, ULE®, Clearceram®, AstroSitall® adı verilen genleşme katsayısı düşük camlara ait özellikler ve sınıflandırılması ile ilgili bilgi verilmiştir. Zerodur® malzeme 5 eksenli dikey CNC tezgahı ile farklı işleme parametreleri kullanılarak taşlanarak yüzey pürüzlülüğü ve yüzeyaltı hasarları incelenmiştir. İlave olarak, ULE® malzemesinin manuel olarak ve otomatik sistemde zımparalanıp taşlanması ve farklı parçacık büyüklüğünde parlatma solüsyonu ve keçesiyle parlatılmasıyla oluşturulan yüzey pürüzlülüğü ve malzeme kaldırma mekanizmaları incelenmiştir. Yüzey pürüzlülüğü taşlama / zımparalama işlemi parametrelerine ve malzemeye, yüzeyaltı hasarları ise kesici parçacık büyüklüğüne doğrudan bağlıdır. Aynı işlemde hem sünek mod hem de kırılgan mod malzeme kaldırma mekanizması gözlenir.

Abstract:
Glass and glass/ceramic materials with very low thermal expansion coefficient derived by the combination of different elements such as silica and titanium dioxide or lithium, aluminum and silica present high performance mechanical and optical properties. With the development of advanced manufacturing technologies, the demand for glasses and glass/ceramics with low thermal expansion coefficient has greatly increased in significant scientific and high-tech engineering projects. Optical lithography systems, sensitive gyroscope systems, satellite cameras, astronomical instruments, inertial fusion works may be considered as leading areas for these materials. The materials are grinded and shaped using different technologies such as turning and milling machines, computer numerical control (CNC) systems, conventional lapping machines etc. Lateral, radial, median and Hertzian cracks with different depths under the grinding surface occur depending on the system used in manufacturing process, the process parameters, the grinding tool and the mechanical properties of the glass and glass / ceramic materials used. The removal of these cracks after the grinding of the optical material is particularly critical in terms of mechanical strength of the material. Therefore, it is important to remove the material from the surface at least as the depth of the cracks by means of techniques which do not create new cracks, such as polishing technique, after the material has been grinded. In this thesis, the properties and classification of glass and glass/ceramic with low thermal expansion coefficient called Zerodur®, ULE®, Clearceram®, AstroSitall® are described. Zerodur® material was grinded with 5 axis vertical CNC machine by using different machining parameters and surface roughness and also subsurface damage were investigated. In addition, after ULE® material was grinded by manually and in the automatic system with different sanding discs and then polished with polishing slurry that different particle sizes and pads, the surface roughness and the material removal mechanisms of finished ULE® were investigated. The surface roughness is directly related to the grinding / sanding process parameters and the material, and also subsurface damage directly depends on the grit size. In the same process, both ductile mode and brittle mode material removal mechanism is observed.