Dizel partikül filtre uygulamaları için poroz SiC esaslı kompozitlerin üretimi
Production of porous SiC based composites for diesel particle filter applications
Yazar: ŞAHABETTİN KIRCALI
Danışman: PROF. DR. ŞEREF SOYLU ; PROF. DR. NURCAN ÇALIŞ AÇIKBAŞ
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Motorlu taşıtlar, hava kirliliğinde önemli bir paya sahiptir. Bu handikap, emisyon kontrol teknolojilerinin geliştirilmesini zorunlu hale getirmektedir. İçten yanmalı dizel motorlarda, yanma sonucu oluşan egzoz gazındaki kirleticilerin en önemlileri; Partikül Madde (PM), Azot Oksitler, Hidrokarbonlar ve Karbon Monoksit'tir. Dizel Partikül Filtre (DPF); PM emisyonunun azaltılmasında kullanılan, teknik olarak en uygun çözümlerden biridir.
	Gerçekleştirilen Yüksek Lisans çalışmasında; ticari alanda kullanılan DPF'lere göre malzeme çeşitliliği anlamında alternatif olabilecek, gerek filtreleme performansının iyileştirilmesi, gerekse motor performansını artırmaya yönelik SiC (Silisyum Karbür) Esaslı Kompozit üretimi; mikroyapı – özellik – basınç farklılığı üçgeni baz alınarak araştırılmış, laboratuvar ölçeğinde DPF'nin birim ögesi sayılabilecek duvar yapısının üretimi gerçekleştirilmiştir. Ticari SiC DPF'lerin performansının artırılmasına yönelik iğnemsi tanelerin geliştirilmesiyle ilgili bir çalışma literatürde daha önce yapılmamıştır. Bu noktadan hareketle, çalışmanın özgün ve innovatif yön kazanabilmesi açısından, DPF'nin duvar gözenek yapısı içinde iğnemsi taneler meydana getirecek özgün komposizyonlar geliştirilmiştir. Çalışma sonrasında üretilen SiC esaslı kompozit yapılı DPF duvarının, basınç farklılığı testleri yapılmış ve mevcut ticari SiC DPF'lerin geçirgenlik özellikleri ile teknik olarak karşılaştırılmıştır. Bununla beraber; açık porozite oranı tayini, bulk yoğunluğu ölçümü, sinterleme sonrası ağırlık değişimi tayini, SEM'le mikroyapı analizi, EDX'le elementel analiz, XRD'yle faz analizi ve civa porozimetresiyle gözenek boyutu ve boyut dağılımı analizi yapılarak özellikler karakterize edilmiştir.
	Çalışmaların sonucunda gözenekler içerisinde ~1,4 m uzunluğunda, ~0,2 m çapında Si3N4 iğnemsi taneler içeren, %49,37 açık porozite ortalamasına, 5,03 m ortalama gözenek boyutuna, ortalama 6,57.10-14 m2 darcy geçirgenliğine sahip kimyasal kompozit malzeme geliştirilmiştir. Karşılaştırma yapıldığında; ticari SiC DPF'nin karakteristikleri ise sırasıyla %50-60 açık poroziteye, ~11-12 m ortalama gözenek boyutuna ve 3,91.10-12 m2 darcy geçirgenliğine sahiptir.
Anahtar Kelimeler: Dizel Partikül Filtre, Gözenekli Seramik, Silisyum Karbür, Kompozit, Geçirgenlik

Abstract:
Motor vehicles have a significant share in air pollution. This handicap necessitates the development of emission control technologies. The most important of the pollutants in the exhaust gas resulting from combustion in internal combustion diesel engines; Particulate Matter (PM), Nitrogen Oxides, Hydrocarbons and Carbon Monoxide. Diesel particulate filters (DPF); particulate is one of the most technically feasible solutions used to reduce emissions.
	In the Master of Science study; SiC (Silicon Carbide) Based Composite production, which can be an alternative to existing Diesel Particulate Filters (DPF) used in the commercial area, to improve the performance of the filter and to improve the engine performance; microstructure - property - pressure difference triangle was investigated and production of the wall structure which could be considered as the unit element of DPF in laboratory scale was realized. There is no previous study in the literature on the development of acicular grains to improve the performance of commercial SiC DPFs. From this point of view, in order to gain original and innovative direction of the study, original chemical compositions are developed in the wall pore structure of DPF to form needle-like grains. The SiC based composite structure DPF wall, which was produced after the study, was tested for pressure differences and compared with the permeability properties of current commercial SiC DPFs. However; open porosity ratio determination, bulk density measurement, post-baking weight change determination, SEM microstructure analysis, EDX elemental analysis, phase analysis with XRD and pore size and size distribution with mercury porosimetry were analyzed.
	As a result of the studies, composite material with ~1.4 m length, ~0.2 m diameter Si3N4 spindle grains, %49,37 open porosity mean, 5,03 m average pore size, mean 6.57.10-14 m2 darcy permeability developed. In comparison; the characteristics of commercial SiC DPF have %50-60 open porosity, ~11-12 m average pore size and 3,91,10-12 m2 darcy permeability respectively.
Keywords: Diesel Particulate Filter, Porous Ceramic, Silicon Carbide, Composite, Permeability