Karbon fiber takviyeli seramik matris kompozitlerin geliştirilmesi
Development of carbon fiber reinforced ceramic matrix composites
Yazar: ASLI ASİYE AĞIL
Danışman: DOÇ. DR. ERHAN AYAS
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Lifli kompozitler = Fiber composites ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Seramik kompozitler = Ceramic composites ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
3000 °C veya daha yüksek sıcaklıkta ergiyen seramik malzemeler ultra yüksek sıcaklık seramikleri (UHTC) olarak adlandırılırlar. En sık kullanılan UHTC kompozisyonlarından biri ZrB2-SiC'dir. ZrB2-SiC materyali geliştirilse de günümüzde hala birçok engelle karşı karşıyadır. UHTC'lerin hasar toleransını arttırmak için takviye fazı olarak karbon fiberler kullanılmaktadır. Karbon fiber, yaklaşık 3000 °C'nin altında ZrB2-SiC ile termodinamik uyumluluğu, yüksek spesifik mukavemeti ve sertliği nedeniyle bu rol için ilgi çekici bir adaydır. Bu tez, farklı karbon fiber türleri takviyelenmiş UHTC'lerin geliştirilmesi ile ilgilidir. Bu kapsamda üretilen kompozitlerin Arşimet prensibi ile yoğunluk; SEM, EDX ve XRD teknikleri ile faz ve mikroyapısal analizleri gerçekleştirilmiştir ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Öncelikle katkısız ve karbon fiber kumaş takviyeli ZrB2-SiC kompozitleri farklı yöntemlerle üretilmiştir.  Bu numunelerde en iyi yoğunluk ve mekanik özelliklerin daldırma yöntemi ile üretilen ve 2100 oC'de çift aşamada sinterlenen malzemeye ait olduğu tespit edilmiştir. Ardından farklı türden karbon fiberlerle takviyelenmiş malzemeler üretilmiş ve bu takviyelerin kompozitlerin kritik parametrelerine etkileri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Hem kırpılmış hem de kısa karbon fiber takviyeli numunelerde bağıl yoğunluk ve kırılma tokluğu açısından en iyi sonuçların %10 fiber takviyeli numuneye, elastik modül ve sertlik açısından en iyi sonuçların ise %2,5 fiber takviyeli numuneye ait olduğu tespit edilmiştir. Tezin son bölümünde ise sinterleme yardımcısı olarak nadir toprak oksitleri kullanılarak kompozit malzemeler üretilmiştir. Bu oksitlerin, malzemelerin yoğunluk ve bazı mekanik özelliklerini iyileştirmesine rağmen oksidasyon direncini azalttığı sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Ceramic materials that melt at 3000 °C or higher are called ultra-high temperature ceramics (UHTC). One of the most commonly used UHTC composition is ZrB2-SiC. ZrB2-SiC still faces many obstacles today. Carbon fibers (Cf) are used as the reinforcement phase to increase the damage tolerance of UHTCs. Cf is an attractive candidate for this role due to its thermodynamic compatibility with ZrB2-SiC below ~3000 °C, high specific strength and stiffness. This thesis is about the development of UHTCs which reinforced with different types of carbon fibers. The density of the composites produced according to Archimedes' principle; phase and microstructural analyzes were carried out using SEM, EDX and XRD techniques and mechanical properties were examined. Pure and fabric carbon fiber reinforced ZrB2-SiC composites were produced by different methods. It was determined that the best mechanical properties belonged to the material produced by the dipping method and sintered in two stages at 2100 oC. Then, different types of Cf reinforced materials were produced and the effects of reinforcements on the critical parameters were examined. Best results in terms of relative density and fracture toughness in both chopped and short carbon fiber reinforced samples belonged to the 10% fiber reinforced sample, and the best results in terms of elastic modulus and hardness belonged to the 2.5% fiber reinforced sample. In the last part, composite materials were produced using rare earth oxides as sintering aids. These oxides improve the density and some mechanical properties of the materials but reduce the oxidation resistance.