İndirgen yanma sentezi yöntemi ile Ti-Al-B esaslı kompozit üretimi

Abstract

Malzeme bilimi ve teknolojisinde en önemli gelişmeler ``İleri Teknoloji Malzemeleri'' olarak tanımlanan ve genellikle savunma sanayi ve uzay endüstrisinde kullanılan malzemeler görülmektedir. Bu malzemeler arasında TiB2-Al2O3 kompoziti de bulunmaktadır. Yanma sentezi bazı seramik, kompozit ve intermetalik malzemelerin üretimi için basit ekonomik ve hızlı bir yöntemdir. Yanma sentezi yönteminde iki veya çok bileşenli reaktan toz karışımından ekzotermik reaksiyon sonucu kendi kendini besleyerek ürün elde edilmektedir. Bu sentezleme yöntemi, sağladığı boyutsal hassasiyet sayesinde intermetalik, seramik, kompozit ve fonksiyonel kademeli malzemelerin üretimine imkân sağlamaktadır. İndirgen yanma sentezi tekniğinde geleneksel yanma sentezi ile termit esaslı reaksiyonun birleştirilmesi ile üretim gerçekleşmekte ve maliyet düşmektedir.Bu çalışmada indirgen yanma sentezi yöntemi ile TiB2-Al2O3 kompoziti üretilmesi hedeflenmiştir. Proses girdi maddesi olarak TiO2, B2O3, Al2O3 ve Al kullanılmıştır. Alüminatermik redüksiyon yöntemi ile TiB2-Al2O3 kompoziti üretilmiştir.TiB2-Al2O3 kompoziti üretiminde kullanılan toz karışımları, sırasıyla 1050oC, 1100oC, 1200oC'de açık atmosferli fırında 150 MPa basınç altında 2 ve 4 saat süre ile tutulmuştur. 1200oC'de 150 MPa basınç altında tutularak üretimi yapılan malzemelerin, 600oC, 800oC ve 1000oC'de 4, 16, 32 ve 64 saat zaman periyotlarında açık atmosferli fırında oksidasyon özellikleri incelenmiştir.Basınç destekli hacim yanma sentezi yöntemi ile üretimi yapılan ve oksidasyon özellikleri incelenen malzemelerin yapısal değişimleri optik, taramalı elektron mikroskobu (SEM-EDS) ve x-ışınları difraksiyon (XRD) analizi yardımıyla incelenmiştir. Belirlenen üretim şartlarında üretimi yapılan katkılı (%10Al2O3) ve katkısız olarak adlandırılan malzemelerin yoğunlukları Archimed prensibi esas alınarak belirlenmiş ve sırasıyla %93.1, %94.2 nispi yoğunluk olarak tespit edilmiştir. Sertlik değeri ise 1832.25 ± 496 HV0.1 olarak ölçülmüştür. Oksidasyon çalışmaları sonucunda, oksidasyona karşı en kararlı malzeme 800oC'de katkılı olarak adlandırılan malzeme olduğu tespit edilmiştir.

Materials used in the defense industry and aerospace industry is generally defined as the Advanced Technology Materials, there are composite TiB2-Al2O3 among these materials. Combustion synthesis is a simple, economical and rapid method fort he producing of some ceramics, composites, intermetalic and functionally graded materials. Combustion synthesis process is syntehesising technology for inorganic materials using the exothermic reaction heat between reactant powders and becomes self-sustaining to yield the final product. By utilizing the process, it is expected that the near net shape compound can be obtained from the elemental powder. The cost of by production reduction combustion synthesis technique based on the conventional combustion synthesis by combining with the thermite is reduced.The aim of this study is to produce TiB2-Al2O3 composite by reduction combustion synthesis method. TiO2, B2O3, Al2O3, and Al as starting materials were used to produce TiB2-Al2O3 composite by Aluminothermic reduction. The production of the in-situ composite was carried out in a electrical resistance furnace in open air under 150 MPa uniaxial pressure at 1050 oC, 1100 oC and 1200 oC for 2 and 4 hour using mixture powder. Oxidation properties of the sample which were produced under 150 MPa uniaxial pressure at 1200 oC for 4 hour were invastigated at 600, 800 and 1000 oC for 4, 16, 32 and 64 hour.Optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction analysis were used to characterize the produced and oxidized samples. The XRD analysis shown that the produced samples consist of TiB2 and Al2O3 phases. The relative density of the produced samples (called doped (10 Al2O3 %) and undoped materials) measured by sensitive balance 0.001 g using the Archimedes? principle and the relative density of the samples were determined as %93.1 and %94.2 respectively. The microhardness of the samples was approximately 1832.25± 496 HV0.1. The oxidation studies at 800 oC shown that the materials doped 10 Al2O3 % are more stable against oxidation than others. The distribution of alloying elements within the samples was determined by energy-dispersive X-ray spectroscopy.