Havacılık uygulamaları için grafen ve bor nitrür takviyeli karbon elyaf epoksi hibrit kompozitlerin geliştirilmesi

Basit Öğe Kaydı
dc.contributor.advisorBayrak, Osman
dc.contributor.advisorBedeloğlu, Ayşe
dc.contributor.authorYılmaz, Atakan
dc.date.accessioned2026-02-08T15:48:28Z
dc.date.available2026-02-08T15:48:28Z
dc.date.issued2025
dc.departmentBTÜ, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
dc.description.abstractHavacılık ve uzay uygulamalarında kullanılan malzemelerin hafif olması uçak ve roketlerin uçuş hızını, menzilini ve yakıt sarfiyatını önemli derecede etkilemektedir. Bu malzemelerin aynı zamanda mekanik özelliklerinin de yüksek olması istenmektedir. Hem hafif olmaları hem de yüksek dayanımları sayesinde elyaf takviyeli-polimer matrisli kompozitler bu alanlarda yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu kompozitlerde elyaflar tek başına takviye elemanı olarak kullanılabildiği gibi çeşitli nano katkılar (karbon nanotüp, grafen ve türevleri, seramik ve metal tabanlı malzemeler, bor nitrür vb.) da ilave edilerek daha iyi mekanik ve çeşitli işlevsel özellikler (ısıl, elektriksel iletkenlik vb.) kazandırılabilmektedir. Bu çalışmada farklı ağırlık yüzdelerinde (%0,25, %0,5 ve %1,0) bor nitrür ve grafen nano katkıların hem ayrı ayrı hem de hibrit kullanımının karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitlerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. İlk olarak nanomalzemeler epoksi matris içinde homojen olarak karıştırılmış ve ardından vakum infüzyon yöntemi kullanılarak karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozitler ASTM standartlarına uygun olarak kesilmiş ve ardından kompozitler üzerinde eğilme, çekme ve darbe testleri gerçekleştirilmiştir. Grafen ve bor nitrür takviyeli kompozitlerde en iyi eğilme ve çekme dayanımı, epoksiye %0,5 nanomalzeme katkı eklenerek üretilen kompozitlerde (G2 ve B2) görülmüştür. G2 kodlu numune, katkı içermeyen referans numuneden (N) sırasıyla %10,5 ve %7,76 daha yüksek eğilme ve çekme dayanımı gösterirken B2 kodlu numune, N'den sırasıyla %8,48 ve %10,41 daha fazla dayanım göstermiştir. Hibrit nanotakviyeli (grafen+bor nitrür) kompozitlerde ise %0,25 katkılı H1 kodlu numunede, referans numuneden %15,47 ve %7,17 daha yüksek eğilme ve çekme dayanımı elde edilmiştir. Ayrıca epoksiye yapılan nano takviyesinin kompozitlerin darbe dayanımlarını da geliştirdiği gözlemlenmiştir. G3, B2 ve H3 kodlu numuneler 72,89 kj/m2, 66,32 kj/m2 ve 70,15 kj/m2 darbe dayanımı değerleri göstermiş ve bu değerler referans numuneden sırasıyla %27,92, %16,39 ve %23,11 daha fazladır. Mekanik testlerden sonra kompozitlerin kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş ve kırık yüzeylerde genel olarak fiber kırılması, fiber sıyrılması ve matris çatlağı hasarlarına rastlanılmıştır.
dc.description.abstractMaterials used in aerospace applications must be lightweight, as their weight significantly affects the flight speed, range, and fuel consumption of aircraft and rockets. In addition to being lightweight, these materials are also required to exhibit advanced mechanical properties. Due to their low density and superior mechanical performance, fiber-reinforced polymer matrix composites are widely preferred in these fields. In such composites, fibers can be used alone as reinforcement elements, or various nanofillers (e.g., carbon nanotubes, graphene and its derivatives, ceramic and metal-based materials, boron nitride, etc.) can be incorporated to enhance mechanical and other functional properties (e.g., thermal and electrical conductivity). This study aims to investigate the effects of boron nitride and graphene nanofillers, used separately and in hybrid form at different weight fractions (0.25%, 0.5%, and 1.0%), on the mechanical properties of carbon fiber-reinforced epoxy matrix composites. First, the nanomaterials were homogeneously dispersed within the epoxy matrix, and composites were produced using a vacuum infusion method. The manufactured composites were then cut according to ASTM standards and subjected to flexural, tensile, and impact tests. The highest flexural and tensile strengths in graphene- and boron nitride-reinforced composites were observed in samples (G2 and B2) containing 0.5% nanofillers. Compared to unreinforced reference sample (N), the G2 sample exhibited 10.5% and 7.76% higher flexural and tensile strengths, respectively, while the B2 sample showed 8.48% and 10.41% higher values, respectively. In the hybrid nanofiller (graphene + boron nitride) composites, the H1 sample with 0.25% filler content demonstrated 15.47% and 7.17% higher flexural and tensile strengths than the reference sample. Furthermore, it was observed that the addition of nanofillers to the epoxy matrix improved the impact strength of the composites. The G3, B2, and H3 samples exhibited impact resistance values of 72.89 kJ/m², 66.32 kJ/m², and 70.15 kJ/m², respectively, which are 27.92%, 16.39%, and 23.11% higher than that of the reference sample. After mechanical testing, the fracture surfaces of the composites were examined using scanning electron microscopy (SEM), revealing failure mechanisms such as fiber breakage, fiber pull-out, and matrix cracking.
dc.identifier.endpage56
dc.identifier.startpage1
dc.identifier.urihttps://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/TezGoster?key=Xau5rw3KuCgEuy-FuJQtsPvxRr3r7pHgEN2jUech87PZykmmaAdK2ffWUYFtzl-Q
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.12885/6144
dc.identifier.yoktezid957118
dc.language.isotr
dc.publisherBursa Teknik Üniversitesi
dc.relation.publicationcategoryTez
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.snmzKA_TEZ_20260207
dc.subjectMakine Mühendisliği
dc.subjectMechanical Engineering
dc.titleHavacılık uygulamaları için grafen ve bor nitrür takviyeli karbon elyaf epoksi hibrit kompozitlerin geliştirilmesi
dc.title.alternativeDevelopment of graphene and boron nitride reinforced carbon fabric epoxy hybrid composites for aviation applications
dc.typeMaster Thesis

Dosyalar

Koleksiyon

Lisansüstü Eğitim Enstitüsü Tez Koleksiyonu