Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Hazırlayan: Ali Osman KURT (Doç.Dr.) SAKARYA ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Proje Tanıtımı Si 3 N 4, TiN,

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Hazırlayan: Ali Osman KURT (Doç.Dr.) SAKARYA ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Proje Tanıtımı Si 3 N 4, TiN,"— Sunum transkripti:

1 Hazırlayan: Ali Osman KURT (Doç.Dr.) SAKARYA ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Proje Tanıtımı Si 3 N 4, TiN, ZrN gibi teknolojik seramik tozlarının ekonomik olarak üretilmesi 6. AR-GE Proje Pazarı , Eskişehir

2 Teşekkür Kurumlara Manchester Üniversitesi Devlet Planlama Teşkilatı ( DPT-2003K120970) Sakarya Üniversitesi EGE Kimya A.Ş. KALEMADEN TÜBRAŞ-Körfez Petrokimya ve Rafineri Müd. Kişilere Adem Demir H. Özkan Toplan Nuray Karakuş Gencer Genç Yusuf Güzelvardar Fuat Kayış

3 Sunu Akışı 1. Projenin Amacı - Giriş 2. Proje Kapsamı Teknolojik Seramikler Silisyum Nitrür (Si 3 N 4 ) Titanyum Nitrür (TN) ve Zirkonyum Nitrür`ün (ZrN) Kullanım Alanları Si 3 N 4 Üretim Yöntemleri KTİN ve DKTİN Prosesleri 3. Kullanılan Metot-Yöntem Deneysel Çalışmalar - Hammaddeler Bulgular ve Tartışma Deneysel Sonuçlar 4. Genel Sonuçlar ve Beklentiler 5. Öneriler

4 1. Projenin Amacı Projenin amacı, ülkemiz yerli kaynakları kullanılarak teknolojik seramik hammaddelerinin (tozlarının) mikron altı boyutlarda ekonomik olarak üretilebilmelerine imkan sağlayan laboratuvar ölçeğinde başarı ile denenmiş bir termokimyasal toz üretim yönteminin endüstriyel boyuta taşınması suretiyle ileri teknoloji seramik hammaddelerinin yurdumuzda üretilmesine olanak sağlamaktır.

5 Karbotermal İndirgeme ve Nitrürleme (KTİN) prosesi ile silisyum nitrür (Si 3 N 4 ) üretimi, literatürde sıkça rastlanan en ekonomik toz üretim yöntemi olarak bilinmektedir. Ancak bugüne kadar ticari olarak kullanıldığı rapor edilmemiştir. Literatürde mevcut yayınların tümü laboratuvar ölçeğindeki çalışmalardan üretilmiştir. Bu sunumda genel hatları ile açıklanan yenilikçi yaklaşımla dinamik KTİN yöntemi “DKTİN” adı verilen bir yöntemle Si 3 N 4 `ün üretilebilme süresi %62 oranında kısaltılmıştır. Literatürde benzerine rastlanılmayan bu yöntemin nasıl uygulandığı, parametreleri ve alınan laboratuvar ölçekli sonuçlar bu sunuda genel hatları ile özetlenmiştir. 1. Projenin Amacı – Si 3 N 4 üretimi

6 Tasarlanan ve laboratuvar testleri yapılan bu sistem (DKTİN), silisyum nitrür (Si 3 N 4 ), silisyum alüminyum oksi-nitrür (SiAlON) veya benzer başkaca teknolojik seramik hammaddelerinin (TiN, ZrN gibi) toz formunda ve istenilen özelliklerde endüstriyel ölçekte, kolayca ve ekonomik olarak üretilmesi için uygundur. 1. Projenin Amacı – Si 3 N 4 üretimi

7 2. Projenin Kapsamı - Ön Bilgi Geleneksel Seramikler TuğlaMagnezya Magnezyum-KromDolomit Refrakterler OksitlerBorürler NitrürlerKarbürler YalıtkanlarManyetikler SiO 2 Si 3 N 4 SiCZrO 2 Al 2 O 3 TiN Teknolojik Seramikler Seramiklerin Sınıflandırılması

8 Proje Kapsamı - Ön Bilgi

9

10

11

12 Makine Sanayi: Kesici uçlar, rulmanlar, aşınmalı parçalar, sıcak gaz vanaları,.. Otomotiv: Isı motorları, yanma türbünleri, enjeksiyon parçaları, ateşleme sistemleri, yüksek ısıda çalışan contalar,.. Uzay Sanayi: Yakıt sistemleri ve vanalar, güç üniteleri, motor türbün parçaları, yakıt odaları, rulmanlar,.. Teknoloji Seramiklerinin Kullanım Alanları (Ref: Liang, Y & Dutta, S.P. (2001) Technovation, ) Proje Kapsamı

13 Savunma Sanayi: Zırh sistemlerinde, hareket ve güç aktarım sistemlerinde, askeri silah sistemlerinde, aşınmaya dirençli hasas rulmanlarda,.. Biyoloji ve Kimya Endüstrisi: Biyomalzeme uygulamaları, Isı dönüştürücüsü, filtreler, ısı pompası,.. Elektrik ve manyetik: Hafıza elemanları, gerilim sensörleri, entegre devre elemanları, kondensatörlerde, yakıt hücreleri.. Teknoloji Seramiklerinin Kullanım Alanları Proje Kapsamı (Ref: Liang, Y & Dutta, S.P. (2001) Technovation, )

14 Çeşitli seramik pompa parçaları. Ref. Osterwalder Teknoloji Seramiklerinin Kullanım Alanları Proje Kapsamı

15 Metal kesici aletler. Ref. BÖHLER Sert Kesici uçlar için TM marketinin Türkiye cirosu yaklaşık 30 milyon dolar (1999). Metal Powder Report (1999), 54, (9). Dünya kesici uç marketinin 2010 sonu itibariyle ~69 milyar dolar olması bekleniyor. Global Industry Analysts, Inc.,(www.strategyr.com) Proje Kapsamı – Teknolojik seramiklerin kullanım alanları

16 Silisyum-nitrür`den yapılmış çeşitli yapısal malzemeler; valf,turbo-rotor asamblesi, kavrama kolu asamblesi,kam makarası,ateşleme bujisi. Kyocera Industrial Ceramics Corporation. Teknoloji Seramiklerinin Kullanım Alanları Proje Kapsamı

17 Silisyum nitrürden (Si 3 N 4 ) yapılmış türbokompresör rotor sistemi. Materials World (1998) 6, (9) Teknoloji Seramiklerinin Kullanım Alanları Proje Kapsamı

18 Teknoloji seramiklerinin alışılmışın dışında kullanımı!

19 Kyocera America, Inc. Zirkonyum oksit (ZrO 2 ) ve zirkonyum karbür`den (ZrC) yapılmış seramik bıçaklar ve makaslar. Ref. The International Museum of Ceramic Art

20 Coors Ceramic Company Zirkonyum oksitten yapılmış çekiç. Ref. The International Museum of Ceramic Art

21 Si 3 N 4 son yıldır üzerinde en fazla araştırma yapılan teknoloji seramik malzemelerden biridir. Çalışmaların önemli bir kısmı, silisyum nitrür valfler, aşınma tamponları, piston pimleri, turbo-charger pervaneleri üzerinde yoğunlaşmıştır. Dizel motorlarda yoğun Si 3 N 4 esaslı seramik malzemeler fazla aşınmaya maruz kalan klasik çelik parçaların yerini almaya başlamıştır. Motorda düşük ısı kaybı için silindir gömleği ve piston başlığı gibi alanlarda denemeler ise aktif olarak devam etmektedir. Alfa Silisyum Nitrür (α-Si 3 N 4 ) Silisyum nitrür`ün 1400°C'ye kadar kararlı olan bu polimorfu düşük sıcaklıklarda kararlıdır. Beta Silisyum Nitrür (β-Si 3 N 4 ) β-Si 3 N 4 tüm sıcaklıklarda kararlı olan fazıdır. Proje Kapsamı – Si 3 N 4

22 (a) (b) Si 3 N 4 ’den üretilmiş rulman bilyeleri (a) 1, (b) 2. Si 3 N 4 seramik turboşarz rotorlar ve dizel motor tapet’leri (sübap iticileri) 1. 1: Kurt, A.O. (2008) Seramik Türkiye, 25, : Proje Kapsamı – Si 3 N 4

23 1: JONG, B.W., SLAVENS, G.J., TRAUT, D.E. “Synthesis of Silicon and Silicon Nitride Powders by Vapour-Phase Reaction” J. Mater. Sci. 27, 1992, Proje Kapsamı – Si 3 N 4 üretim yöntemleri 1.

24 Termal aktivasyon yardımı ile atmosfer kontrollü ortamda oksit(ler)in eşzamanlı olarak indirgenmesi ve kalan yapının aşağıdaki basit kimyasal reaksiyonlarda belirtildiği üzere azotla tepkimeye girerek toz formunda seramik yapıların oluşması prensibine dayanır. 3SiO 2(k) + 6C (k) + 2N 2(g)  Si 3 N 4(k) + 6CO (g) [6SiO 2 · 3Al 2 O 3 ] (s) + 15C (s) + 5N 2(g)  2Si 3 Al 3 O 3 N 5(s) + 15CO (g) Proje Kapsamı - KARBOTERMAL İNDİRGEME VE NİTRÜRLEME (KTİN) ile Si 3 N 4 üretimi

25  /  Miktarı (%) Partikül boyutu (µm) Üretici FirmaÜretim Metodu Fiyatı (€/kg) 98/ UBE Industries Ltd., Tokyo, Japonya Di-imide 60 96/04~3 Denka Denki Kagaku Kogyo, Japonya Direkt Nitridasyon 42 89/11~2SKW-Trostberg AG,Almanya Direkt Nitridasyon 19 95/05~1 Yantai Tomley Hi-Tech Ind. & Tra. Co., Ltd./Çin Direkt Nitridasyon 15 98/02~2 Yantai Tomley Hi-Tech Ind. & Tra. Co., Ltd./Çin Direkt Nitridasyon /010 Beijing Chanlian-Dacheng Trade Co., Ltd., Çin Yanma Sentezi 2 Alfa Aesar α-Si 3 N 4 tozu (Stock #42949) Katalog fiyatı 474 €/kg Tablo*: Ticari silisyum Nitrür birim fiyatları *: Tablo, Yrd.Doç.Dr. Nurcan ÇALIŞ AÇIKBAŞ`ın izni ile tez izleme raporundan alınarak yeniden düzenlenmiştir.

26 Sunu Akışı 1. Projenin Amacı - Giriş 2. Proje Kapsamı Teknolojik Seramikler Silisyum Nitrür (Si 3 N 4 ) ve Kullanım Alanları Si 3 N 4 Üretim Yöntemleri KTİN ve DKTİN Prosesleri 3. Kullanılan Metot-Yöntem Deneysel Çalışmalar - Hammaddeler Bulgular ve Tartışma Deneysel Sonuçlar 4. Genel Sonuçlar ve Beklentiler 5. Öneriler

27 SiO 2 : EGE Kimya A.Ş %99 (%1 Na 2 SO 4 ) C : MERCK (%98,4) 3. Kullanılan Metot - Yöntem

28 Silika ve karbon bilyeli değirmende kuru ortamda karıştırılır. Karışım içerisine reaksiyonu ve granüllenmeyi kolaylaştırıcı bazı ilavelerin de yapılması gerekmektedir. (a)(b)(c) Granülleme cihazı genel görünümü (a), granülleme tamburu (b) ve (c) granülleme sonrası oluşan granüller. 3. Kullanılan Metot - Yöntem

29 Hammaddeler Mineral Kompozisyonu Kuvars* Quvars-772 Kil* Clay-220 Kaolin* Kaolin-143 Sepiyolit Brown K-Feldspar* Feldspar-667 SiO 2 98,8266,8052,1247,1166,86 Al 2 O 3 0,2821,0033,830,9417,58 K2OK2O0,132,000,130,0811,56 TiO 2 0,050,600,450,050,03 Fe 2 O 3 0,051,800,550,440,05 CaO0,130,100,155,620,16 MgO0,030,600,0520,480,28 Na 2 O0,040,100,010,022,95 P2O5P2O5 -- 0,01-- SO 4 --0,200,13-- IoL # 0,196,7012,5825,250,53 Mineral Kompozisyonu (% ağ.) Kaolin0,1648,0383,85--1,43 Kuvars98,1936,2013,59--4,39 Feldspar1,1112,660,88--93,78 Sepiyolit-- 81,52-- Dolomit-- 18,48-- Diğer0,263,111,68--0,33 KaynakKalemaden TürktaciriKalemaden # Ignition of loss (1000 o C) * Üretici verileri Synthetic SiO 2 * (1% Na 2 SO 4 ) EGE Kimya A.Ş.

30 Deneysel Yöntem – KTİN ve DKTİN deney düzenekleri Mevcut sistemlerde yüksek α-fazında Si 3 N 4 seramik tozu üretimi için sistem optimizasyonu sonrası bugün gelinen en iyi nokta 1400 o C sıcaklıkta minimum 5 saatlik süreli reaksiyonlardır Yeni sistemle bu değer 1450 o C için 1,5 saatte indirilmiştir.

31 Bulgular ve Tartışma - Si 3 N 4 tozları Bu çalışmada üretilen Si 3 N 4 tozları ticari amaçla üretilen ve tüm dünyada kullanılan Japonya menşeili UBE markalı tozlarla karşılaştırılmıştır.

32 DKTİN prosesi ile 1450 o C’de 1,5 ve 2,5 saatlik sürede elde edilen ürünün UBE tozu ile karşılaştırılması. Grafikte işaretlenmemiş olan tüm XRD pikleri α-Si 3 N 4 `e aittir. Yukarıdaki şekilde ticari amaçla üretilmiş olan UBE markalı silisyum nitrürün (Si 3 N 4 ) bu çalışma ile 1,5 saatte üretilen tozlardan çok farklı olmadığı görülmektedir.

33 Bulgular ve Tartışma DKTİN (1450 o C). XRD, 2 theta açısında yaklaşık 0,24 o `lik bir kayma var. !!! Karbon (%98,4) (Al, Ca, Mg)

34 Alfa Aesar* markalı ticari α- Si 3 N 4 tozlarının 6000 büyütmede çekilmiş SEM fotoğrafı UBE markalı ticari α-Si 3 N 4 tozlarının 6000 büyütmede çekilmiş SEM fotoğrafı DKTİN yöntemiyle 1450 o C’de 1,5 saatte üretilen α-Si 3 N 4 tozlarının 6000 büyütmede çekilmiş SEM fotoğrafı DKTİN yöntemi ile 1,5 saatte üretilen α-Si 3 N 4 tozların SEM analizlerinden ortalama tane boyutunun karşılaştırılan ticari ürünlere kıyasla daha büyük olduğu izlenimi edinilmektedir. Ancak yapılan BET analizleri DKTİN sonrası elde edilen α-Si 3 N 4 tozlarının spesifik yüzey alanının UBE tozlarından daha yüksek olduğunu ortaya koymuştur. *: Alfa Aesar α-Si 3 N 4 tozu (Stock #42949) Katalog fiyatı 474 €/kg

35 Bulgular ve Tartışma - Si 3 N 4 tozları DKTİN işlemi sonrası 1450 o C`de 1,5 saatte elde edilen ürünün (a),ticari UBE-E10 kodlu α-Si 3 N 4 tozu ile karşılaştırılması (b). Ölçü çizgileri 5 µm`dir. Faz analizleri sonrasında yapının büyük çoğunlukla endüstriyel uygulamalarda tercih edilen α-Si 3 N 4 fazından oluştuğu ve yapıda yine tercih edilebilecek miktarlarda β- Si 3 N 4 fazı bulunduğu görülmüştür.

36 Her bir süreç değişkeni DKTİN öncesinde veya sonrasındaki herhangi bir aşamada seramik toz oluşum kalitesine kendine özgü etkisi bulunmaktadır. Örneğin belli bir değere kadar sıcaklık artışı hammaddeden ürüne dönüşüm yüzdesini arttırmakta ancak limit değerin üzerine çıkılması durumunda ise istenmeyen üçüncül faz oluşumlarına da sebep olmaktadır. N 2 – akış hızı düşük olması durumunda yetersiz dönüşüm olmakta fazlalığında ise reaksiyona giren karışım sistemden süpürülmektedir (SiO (g) formunda). Diğer tüm üretim değişkenleri sabit tutulması durumunda reaksiyona giren hammaddelerin spesifik yüzey alanı değişimi ürünün miktarı ve niteliği konusunda son derece etkili olmaktadır. Bilinmesi Gerekenler

37 Bu projeye konu çalışma ile literatürde ancak 4 saatte elde edilebilen silisyum nitrür tozu çok daha iyi niteliklerde ve 1450 o C’de sadece 1,5 saat gibi kısa bir sürede üretilebilmiştir. Sürenin kısalması üretim maliyetlerini oldukça düşürmekte ve ekonomi sağlamaktadır. Projenin teknolojik boyuta taşınarak endüstriyel boyutta toz üretiminin gerçekleştirilmesi ve böylece ülke ekonomisine katkı sağlanması amaçlanmaktadır. 4. Genel Sonuçlar ve Beklentiler

38 Bu sistemin, mikron altı boyutlarda nitrür ve karbür esaslı teknoloji seramiklerinin hammaddelerinin (tozlarının) diğer teknikler ile karşılaştırıldığında en kolay ve ucuz üretim yöntemi olduğu görülmektedir. Sürecin hassas kontrollü ile istenilen faz yapısında ürün(ler) elde edilebilir (  /  ). 4. Genel Sonuçlar ve Beklentiler

39 Şuan bu yöntemin fikri mülkiyetinin kazanımı (patent alma) süreci devam etmektedir (Patent numarası 2011/02804). Patent alma işlemleri süresince ve sonrasında bu sistemin endüstriyel boyutta uygulanabilmesi için potansiyel yatırımcılara tanıtımı/sunumu yapılmaktadır. Ayrıca, sistemin kesikli olan hammadde besleme ve ürün alma işlemlerinin sürekli beslemeli ve kesintisiz çalışabilecek şekilde geliştirilmesi bir sonraki üzerinde yoğunlaşılacak olan alandır. 5. Öneriler

40 Ali Osman KURT Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Esentepe Kampusu, / SAKARYA Tel: GSM: TEŞEKKÜRLER


"Hazırlayan: Ali Osman KURT (Doç.Dr.) SAKARYA ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Proje Tanıtımı Si 3 N 4, TiN," indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları