Mekanokimyasal yöntemle radar absorplayıcı madde sentezlenmesi için reaktör tasarımı ve katkılarla absorplayıcı malzemenin geliştirilmesi
Design reactor for synthesis of radar absorption material by mechanochemical method and development of absorbing material by additives
Yazar: ALİ RIZA AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. METİN GÜRÜ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
İleri teknolojik malzeme üretiminde; geleneksel metotlarla üretilemeyen ve birbiri içerisinde karışmayan malzemelerin üretilebilmesi için boyut küçültme, katı faz reaksiyonları ve mekanik alaşımlama gibi üretim yöntemleri kullanılabilmektedir. Bu üretim yöntemleri için değişik değirmen tipleri geliştirilmiştir. Bu değirmenlerden enerji çarpanı en yüksek olanı salınımlı tip değirmenlerdir. Salınımlı tip değirmenlerin reaktörlerinin çok küçük olması nedeniyle üretilebilen malzeme miktarı 10-20 g mertebesindedir. Bu miktarın artırılabilmesi için daha büyük hacimli reaktör tasarımları ve imalatları yapılmış olup deneysel çalışmalarda kullanılarak performansları test edilmiştir.
Tasarlanan reaktör çapları 59 mm ve 90 mm'dir. Pilot ölçekli üretimler için tasarlanan 90 mm çapında reaktörün bağlanabileceği salınımlı tipte cihaz bulunmaması nedeniyle bu reaktörün bağlanabileceği 12 tutuculu yüksek enerji çarpımlı öğütücü tasarlanarak imalatı yapılmıştır. Tasarlanan cihazın sonlu elemanlar metoduyla analizleri yapılarak cihazın enerji çarpanları bulunarak kullanılmakta olan salınımlı tipteki cihazla (SPEX 8000) karşılaştırılmıştır.

Serbest ticareti yapılmayan ve uluslar arası ilişkilerde dostluk temeline dayalı olarak temin edilebilen oldukça pahalı ve stratejik bir malzeme olan Radar absorpsiyon malzemelerini ülkemizde daha yüksek performans özelliklerine sahip olarak üretebilmek için çalışmalar yapılmıştır. Bu kapsamda hali hazırda RAM olarak kullanılan demir silisyum içerisine ferromanyetik malzemeler olan nikel ve kobalt ile ferromanyetik olmayan krom ve bor katkıları eklenerek XRD, TGA analizleri ve absorpsiyon kapasitesi ölçümleri yapılarak optimum katkı miktarları belirlenmiştir.

Yapılan çalışmalar sonucunda tasarımı ve imalatı yapılan 12 tutuculu yüksek enerji çarpımlı öğütücünün patent başvurusu yapılmıştır. Ayrıca bu cihaz kullanılarak üretilen katkılı demir silisyumların yapılan analiz ve ölçümler sonucunda Curie sıcaklıkları ve absorpsiyon kapasiteleri tespit edilmiştir. Yapılan analizler neticesinde absorpsiyon kapasiteleri -10 dB mertebesinde olan krom ve bor katkılı demir silisyumun RAM olarak kullanılabileceğine karar verilmiştir. Ayrıca Curie sıcaklığı demir silisyuma göre daha yüksek olan kobalt katkılı demir silisyumun da yüksek sıcaklık (6000C) uygulamalarında RAM olarak kullanılabileceği değerlendirilmiştir. Ancak; nikel katkılı demir silisyumun düşük absorpsiyon kapasitesi ve Curie sıcaklığından dolayı RAM olarak kullanılamayacağı tespit edilmiştir.

Abstract:
The advanced technology materials, which cannot be produced by conventional methods, manufacture by using methods such as; size reduction, solid state reactions and mechanical alloying. For these production methods different mill types may be used. Energy factor is highest in the shaker mills compared to other mills. On the other hand, reactors of the shaker mills are small and at a time 10-20 grams powder can be produced. To increase milling amount per time big volume reactors were designed and manufactured. These reactors were used in RAM production experiments to test their performance.Design reactors diameters are 59 mm and 90 mm. For pilot scale productions 90 mm diameter reactor was designed but this reactor cannot be used in the shaker mills found in market. Therefore; to fix this reactor 12 holder high energy mill was designed and manufactured. Finite element analyze was used to investigate energy factor of the designed mill and it was compared to the shaker mill found in the market (SPEX 8000).

Radar absorption materials are quite expensive and strategic materials, therefore these materials can buy without free trade and only by international friendship relations. Because of these reasons; the aim of this thesis is to produce radar absorption material with better performance in our country. Nickel and cobalt ferromagnetic materials and chromium and boron non-ferromagnetic materials were used as additive to iron silicide which is used as RAM. XRD, TGA analyzes and absorption capacity measurements were done to optimize additive amounts.

Application of a patent was also done for designed 12 holder high energy mill. In addition to this, by using this mill iron silicides were produced with additives and Curie temperature and absorption capacities were determined. According to these results; chromium and boron additive iron silicides were reached to - 10 dB absorption capacity so they can be used as RAM. In addition to this, cobalt additive iron silicides' Curie temperature is higher than pure iron silicide so it can be used as RAM for high temperature (6000C) applications. On the other hand, nickel additive iron silicide cannot be used as RAM because of its low absorption capacity and Curie temperature.