Silisyum karbür seramik tozlarının katkı sistemleri ile granülizasyon ve sinterleme proses parametrelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of granulation and sintering process parameters with additive systems of silicon carbide ceramic powder
Yazar: MELİS YAĞMUR AKGÜNLÜ
Danışman: PROF. DR. ÜLKÜ MEHMETOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Amorf silisyum karbür = Amorphous silicon carbide ; Reaksiyon sinterlemesi = Reaction sintering ; Yüksek sıcaklık malzemeleri = High temperature materials

Özet:
Silisyum karbür (SiC) esaslı seramikler, sahip oldukları üstün mekanik özellikleri, düşük kütle yoğunluğu, mükemmel termal şok ve korozyon direnci gibi üstün özellikleri sebebiyle mühendislik uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. İleri teknoloji seramiklerden olan silisyum karbür birçok seramik malzeme gibi ticari olarak toz formunda bulunur ve toz metalurjisi yöntemi ile üretimi yapılmaktadır. Granülizasyon prosesi, ince partiküllerden oluşan ham tozların içerisine bağlayıcı ve plastikleştirici katkılar ile çekirdeklenmesini ve tozların şekillendirilmesini sağlamak amacıyla yapılmaktadır. Bu çalışma kapsamında; silisyum karbür seramik tozlarının granülizasyon prosesinde en uygun parametrelerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Granülizasyon prosesinde kullanılan yüksek devirli mikser ile karıştırma süresi ve karıştırma devri farklı değerlerde çalıştırılarak toz karışım koşulları hazırlanmış ve seramik formuna getirilip, fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri değerlendirilmiştir. Bağlayıcı katkı denemeleri (polietilenglikol 6000S, PVP K-90, fenolik reçine, PVA, modifiye nişasta) kullanılarak en homojen toz dağılımının elde edildiği bağlayıcı türü polietilenglikol 6000S, homojenite değeri 1.98, kap dolum yoğunluğu 0.91 olarak hesaplanmıştır. En uygun bulunan bağlayıcı katkısı ile farklı oran çalışmaları (%1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) yapılmış ve toz analizleri değerlendirmesi ile %6 bağlayıcı katkı oranının en homojen toz dağılımına sahip olduğu görülmüştür. Granülizasyon cihaz parametresi incelemelerinde karıştırma süreleri (30, 60, 90, 120 s) ve karıştırma hızları (1100, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 rpm) çalışmaları sonrasında en uygun toz dağılımının 90 s karıştırma süresi ile 1500 rpm karıştırma hızında olduğu bulunmuştur. Bu üç parametre ile Cevap Yüzey Yöntemi uygulanarak homojenitenin 1'e en yakın olduğu ve kap dolum yoğunluğunun maksimum olduğu koşullar; %6.3 polietilenglikol bağlayıcı katkısı, karıştırma hızı 1550 rpm ve karıştırma süresi 88.5 s olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda; homojenite değeri 1.88 ve kap dolum yoğunluğu 1.12 g/cm3 olarak elde edilmiştir.

Abstract:
Silicon carbide (SiC) based ceramics have an important place in engineering applications due to their superior mechanical properties, low bulk density, excellent thermal shock and corrosion resistance. Silicon carbide, which is one of the advanced technology ceramics, is commercially available in powder form like many ceramic materials and is produced by powder metallurgy method. The granulation process is carried out in order to nucleate the fine particles into the raw powders with binder and plasticizer additives and to shape the powders. This scope of work; It is aimed to optimize the granulation process of silicon carbide ceramic powders. Powder recipes were prepared by operating the mixing time and mixing speed at different values with the high-speed mixer used in the granulation process, and their physical, chemical and mechanical properties were evaluated. By using binder additive trials (polyethyleneglycol 6000S, PVP K-90, phenolic resin, PVA, modified starch) the binder type, polyethyleneglycol 6000S, in which the most homogeneous powder distribution was obtained, homogeneity value was calculated as 1.98 and container filling density as 0.91. Different ratio studies (%1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) were carried out with the binder additive found to be the most suitable, and it was seen that the 6% binder additive ratio had the most homogeneous powder distribution according to the powder analysis evaluation. After the mixing times (30, 60, 90, 120 sec) and stirring speeds (1100, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 rpm) in the optimization of the granulation parameter, the optimum powder dispersion was achieved with 90 sec. It was found to be at a stirring speed of 1500 rpm. The conditions where the homogeneity is closest to 1 and the container filling density is maximum by applying the Response Surface Method with these three parameters; 6.3% polyethyleneglycol binder additive, mixing speed was determined as 1550 rpm and mixing time was 88.5 s. n this conditions; homogeneity value was obtained as 1.88 and cup filling density as 1.12 g/cm3.