TY  - JOUR
T1  - WC İLAVESİNİN VE SICAK PRESLEMENİN B4C-TiB2 KOMPOZİTLERİNİN YÖNE BAĞLI MİKROYAPI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNE OLAN ETKİLERİ
TT  - EFFECTS OF WC ADDITION AND HOT PRESSING ON THE DIRECTIONAL MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF B4C-TiB2 COMPOSITES
AU  - Savacı, Umut
AU  - Turan, Servet
PY  - 2025
DA  - August
Y2  - 2025
DO  - 10.31796/ogummf.1664220
JF  - Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi
JO  - ESOGÜ Müh Mim Fak Derg
PB  - Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
WT  - DergiPark
SN  - 2630-5712
SP  - 1854
EP  - 1864
VL  - 33
IS  - 2
LA  - tr
AB  - Bor karbür (B4C), yüksek sertlik ve düşük yoğunluk gibi üstün özellikleri sayesinde kesici takımlar ve zırh gibi alanlarda kullanılan önemli bir seramik malzemedir. Ancak, basınçsız sinterleme ile saf B₄C'nin yoğunlaştırılması zor olup, ilave edilen katkı maddeleri ile bu süreç iyileştirilmektedir. Ayrıca, elektriksel iletkenliğin artırılmasıyla da tel erozyon gibi işleme yöntemleriyle daha kolay şekillendirilebilir hale getirilebilmesi mümkün olmaktadır. Böylelikle saf B4C’nin sahip olduğu dezavantajlar, katkı maddeleriyle elde edilen seramik kompozitlerin üretilmesiyle ortadan kaldırılmaya çalışılmaktadır. B₄C seramiklerinin yüksek yoğunlukta üretilmesi için ayrıca basınç destekli sinterleme yöntemleri tercih edilmektedir. Ancak bu yöntemler düşük sıcaklıklarda yüksek yoğunluk elde edilebilmesini mümkün kılsa da mikroyapıda basınç yönüne bağlı olarak kristalografik yönelime sebep olabilmektedir. Bu çalışmada farklı öğütme yöntemlerinin ve WC ilavesinin sıcak presleme yöntemiyle üretilmiş B4C-TiB2 seramik kompozitlerinin mikroyapısına ve mekanik özelliklerine olan etkileri üretim esnasında uygulanan basınç yönüne bağlı olarak araştırılmıştır. Bu amaçla geleneksel mikroyapı karakterizasyon araçlarının yanı sıra gelişmiş mikroskopi teknikleri de kullanılarak mikroyapısal incelemeler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca yapılan detaylı analizler ile sıcak presleme sırasında oluşan katı çözelti fazları araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, toz hazırlama yöntemine ve başlangıç kompozisyonuna bağlı olarak sıcak presleme sonrasında mikroyapıda % 6 ila % 10 arasında değişen oranlarda kristalografik yönlenme mevcut olduğunu ve (Ti0,9W0,1)B2 katı çözelti fazlarının meydana geldiğini göstermektedir. Mikroyapısal incelemelerin yanı sıra elde edilen örneklerin yöne bağlı mekanik özellikleri araştırılmış olup, meydana gelen yönlenme miktarının mekanik özelliklerde anizotropik bir davranışa yol açmadığı tespit edilmiştir.
KW  - Elektron Mikroskopisi
KW  - Devinimli elektron kırınımı
KW  - Oryantasyon haritalama
KW  - Seramik kompozit
KW  - Bor karbür
N2  - Boron carbide (B4C) is an important ceramic material used in applications such as cutting tools and armor due to its superior properties, including high hardness and low density. However, densification of pure B₄C through pressureless sintering is challenging, and this process is improved by adding dopants. Additionally, increasing electrical conductivity allows for easier shaping using machining methods such as EDM. Thus, the disadvantages of pure B4C are mitigated by producing ceramic composites with additive phases. To achieve high-density B4C ceramics, pressure-assisted sintering methods are preferred. Although these methods enable high density at lower temperatures, they can also cause crystallographic orientation in the microstructure depending on the direction of applied pressure. In this study, the effects of different milling methods and WC addition on the microstructure and mechanical properties of B4C - TiB2 ceramic composites produced via hot pressing were investigated based on the applied pressure direction during production. For this purpose, in addition to conventional microstructural characterization tools, advanced microscopy techniques were used for microstructural analyses. Furthermore, detailed analyses were conducted to examine the solid solution phases formed during hot pressing. The obtained results indicate that, depending on the powder preparation method and initial composition, crystallographic orientation varies between 6% and 10% in the microstructure after hot pressing, and (Ti0.9W0.1)B2 solid solution phases are formed. In addition to microstructural analyses, the direction-dependent mechanical properties of the obtained samples were examined, revealing that the degree of orientation did not lead to anisotropic behavior in mechanical properties.
CR  - Aygüzer Yaşar, Z., Celik, A. M. ve Haber, R. A. (2022). Improving fracture toughness of B4C – SiC composites by TiB2 addition. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 108. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2022.105930
CR  - Baharvandi, H. R. ve Hadian, A. M. (2008). Pressureless sintering of TiB2-B4C ceramic matrix composite. Journal of Materials Engineering and Performance, 17 (6), 838-841. doi: https://doi.org/10.1007/s11665-007-9182-4
CR  - Baskut, S., Ozer, S. C. ve Turan, S. (2022). The effects of in-situ formed phases on the microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of spark plasma sintered B4C containing Y2O3. Journal of the European Ceramic Society, 42 (4), 1272-1281. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.11.054
CR  - Cinar, A., Baskut, S., Seyhan, A. T. ve Turan, S. (2018). Tailoring the properties of spark plasma sintered sialon containing graphene nanoplatelets by using different exfoliation and size reduction techniques: Anisotropic mechanical and thermal properties. Journal of the European Ceramic Society, 38 (4), 1299-1310. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.10.004
CR  - Failla, S., Melandri, C., Zoli, L., Zucca, G. ve Sciti, D. (2018). Hard and easy sinterable B4C-TiB2-based composites doped with wc. Journal of the European Ceramic Society, 38 (9), 3089-3095. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.02.041
CR  - Gunjishima, I., Akashi, T. ve Goto, T. (2002). Characterization of directionally solidified B4C-TiB2 composites prepared by a floating zone method. MATERIALS TRANSACTIONS, 43 (4), 712-720. doi: https://doi.org/10.2320/matertrans.43.712
CR  - Hayun, S., Paris, V., Dariel, M. P., Frage, N. ve Zaretzky, E. (2009). Static and dynamic mechanical properties of boron carbide processed by spark plasma sintering. Journal of the European Ceramic Society, 29 (16), 3395-3400. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2009.07.007
CR  - He, P., Dong, S., Kan, Y., Zhang, X. ve Ding, Y. (2016). Microstructure and mechanical properties of B4C –TiB2 composites prepared by reaction hot pressing using Ti3SiC2 as additive. Ceramics International, 42 (1), 650-656. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.08.160
CR  - Hu, J., Gu, H., Chen, Z., Tan, S., Jiang, D. ve Rühle, M. (2007). Core–shell structure from the solution–reprecipitation process in hot-pressed aln-doped sic ceramics. Acta Materialia, 55 (16), 5666-5673. doi: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.06.037
CR  - Ji, W., Rehman, S. S., Wang, W., Wang, H., Wang, Y., Zhang, J., . . . Fu, Z. (2015). Sintering boron carbide ceramics without grain growth by plastic deformation as the dominant densification mechanism. Scientific Reports, 5, 15827. doi: https://doi.org/10.1038/srep15827
CR  - Lotgering, F. K. (1959). Topotactical reactions with ferrimagnetic oxides having hexagonal crystal structures—i. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 9 (2), 113-123. doi: https://doi.org/10.1016/0022-1902(59)80070-1
CR  - Rauch, E. F. ve Duft, A. (2005). Orientation maps derived from tem diffraction patterns collected with an external ccd camera. Materials Science Forum, 495-497, 197-202. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.495-497.197
CR  - Rubink, W. S., Ageh, V., Lide, H., Ley, N. A., Young, M. L., Casem, D. T., . . . Scharf, T. W. (2021). Spark plasma sintering of B4C and B4C-TiB2 composites: Deformation and failure mechanisms under quasistatic and dynamic loading. Journal of the European Ceramic Society, 41 (6), 3321-3332. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.01.044
CR  - Sahin, F. C., Apak, B., Akin, I., Kanbur, H. E., Genckan, D. H., Turan, A., . . . Yucel, O. (2012). Spark plasma sintering of B4C–SiC composites. Solid State Sciences, 14 (11-12), 1660-1663. doi: https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2012.05.037
CR  - Sigl, L. S. (1998). Processing and mechanical properties of boron carbide sintered with tic. Journal of the European Ceramic Society, 18 (11), 1521-1529. doi: https://doi.org/10.1016/S0955-2219(98)00071-5
CR  - Silvestroni, L., Failla, S., Gilli, N., Melandri, C., Savacı, U., Turan, S. ve Sciti, D. (2021). Disclosing small scale length properties in core-shell structured B4C-TiB2 composites. Materials & Design, 197. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109204
CR  - Skorokhod, V. ve Krstic, V. D. (2000). High strength-high toughness B4C-TiB2 composites. Journal of Materials Science Letters, 19 (3), 237-239. doi: https://doi.org/10.1023/a:1006766910536
CR  - Sun‐Yong, A. ve Shinhoo, K. (2000). Formation of core/rim structures in Ti(C,N)‐WC‐Ni cermets via a dissolution and precipitation process. Journal of the American Ceramic Society, 83 (6), 1489-1494. doi: https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01415.x
CR  - Wang, A., Hu, L., He, Q., Liu, C., Tian, T., Zhang, Z., . . . Fu, Z. (2022). Electrical discharge machining of boron carbide-graphene nanoplatelets composites. Journal of the European Ceramic Society, 42 (3), 850-859. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.11.018
CR  - Xue, J.-X., Liu, J.-X., Xie, B.-H. ve Zhang, G.-J. (2011). Pressure-induced preferential grain growth, texture development and anisotropic properties of hot pressed hexagonal boron nitride ceramics. Scripta Materialia, 65 (11), 966-969. doi: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.08.025
CR  - Yamada, S., Hirao, K., Yamauchi, Y. ve Kanzaki, S. (2003). High strength B4C–TiB2 composites fabricated by reaction hot-pressing. Journal of the European Ceramic Society, 23 (7), 1123-1130. doi: https://doi.org/10.1016/S0955-2219(02)00274-1
UR  - https://doi.org/10.31796/ogummf.1664220
L1  - https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/4719233
ER  -