Yüksek sıcaklık uygulamalarına yönelik HfB2-SiC kompozitlerinin geliştirilmesi

Abstract

Bu tez kapsamında HfO2, B ve SiC tozlarının spark plazma sinterleme yöntemi ile tek bir ısıl işlem prosesi uygulanarak, yüksek yoğunluk ile yüksek ısıl, mekanik ve oksitlenme direnci özelliği sergileyen HfB2-SiC esaslı seramiklerin üretimi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında HfO2 ve B tozları kullanılarak SPS yöntemi ile HfB2 üretiminin optimum koşulları belirlenmiştir. Bu aşamada tek basamaklı ve iki basamaklı olmak üzere iki farklı ısıtma rejimi uygulanmış, ısıtma ve soğutma hızı, basınç, sinterleme süresi, hBN kaplama etkisi gibi parametrelerin etkisi incelenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında ise HfB2 üretim koşulları esas alınarak hacimce %30 ve %20 SiC içerikli HfB2-SiC kompozitleri üretilmiştir. Üretim esnasında SPS parametrelerinin yanı sıra SiC tane boyutunun mikroyapısal, mekanik ve oksitlenme direnci üzerine etkisi incelenmiştir. Üretim esnasında meydana gelmesi olası ara fazların oluşum koşulları incelemek ve elimine etmek adına FACTSAGE termodinamik yazılımı kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar göz önünde bulundurulduğunda ince tane boyutuna sahip SiC yapısının mikroyapısal gelişimi iyileştirdiği ve oksitlenme direncini arttırdığı gözlenmiştir. Kaba SiC kullanıldığında oluşan B4C üçüncül fazının mekanik özellikleri ve yoğunlaşmayı arttırdığı, oksitlenme üzerinde herhangi bir negatif etkisi olmadığı saptanmıştır. Yerinde sentezleme yöntemi ile üretilen HfB2-SiC kompozitlerinin konvensiyonel yöntemlerle hazırlanan HfB2-SiC kompozitleriyle benzer ısıl iletkenlik ve oksitlenme davranışı sergilediği ve bazı denemeler için daha yüksek mekanik özellik değerlerine ve oksitlenme direncine sahip olduğu gözlenmiştir.

The aim of this master thesis is production of HfB2-SiC based ceramics with high density and high thermal, mechanical and oxidation resistance were carried out by applying a single heat treatment using of HfO2, B and SiC starting powders via spark plasma sintering method. In the first stage of the study, the optimum conditions of HfB2 production were determined by the SPS method using HfO2 and B powders. At this stage, two different heating regimes, one step and two step, were applied and the effects of SPS parameters such as heating and cooling rate, pressure, sintering time, hBN coating effect were investigated. In the second stage of the work, HfB2-SiC composites with 30% and 20% SiC contents were produced on the basis of HfB2 production conditions. In addition to SPS parameters, the effect of initial SiC particle size on microstructural, mechanical and oxidation resistance was investigated. FACTSAGE thermodynamic software was used to investigate and eliminate the formation conditions of possible intermediate phases during production. Considering obtained results, it was observed that SiC with fine grain size improved the microstructure and increased the oxidation resistance. It was determined that the mechanical properties of the B4C ternary phase formed when coarse SiC was used and that it increased the densificaiton and had no negative effect on the oxidation. It has been observed that HfB2-SiC composites produced by in situ synthesis show similar thermal conductivity and oxidation behavior with HfB2-SiC composites prepared by conventional methods and have higher mechanical property values and oxidation resistance for some tested samples.