İLERİ TEKNOLOJİLER IV. ÇALIŞTAYI (İTÇ 2014) BİLDİRİ KİTABI. Editör M. Oktay ALNIAK Prof. Dr. Yük. Müh.

Transkript

1 İLERİ TEKNOLOJİLER IV. ÇALIŞTAYI (İTÇ 2014) BİLDİRİ KİTABI Editör M. Oktay ALNIAK Prof. Dr. Yük. Müh.

2 II Ekim 2014 / İSTANBUL İleri Teknolojiler IV. Çalıştayı (İTÇ 2014) Bildiri Kitabı 1. Basım: Nisan 2015 ISBN: İTÇ 2014 Proje Sorumlusu: Prof. Dr. Yük. Müh. M. Oktay ALNIAK Teknik Koordinasyon Kurulu: Prof. Dr. Yük. Müh. M. Oktay ALNIAK Yrdc. Doç. Dr. Savaş Dilibal Aylin Çelik Turan Görkem Güler Rabia Ensar Kapak Tasarımı : Sertaç Durmaz Kitabın Basımı: Net Copy İnönü Cd. Beytülmalcı Sokak. No:23/A Gümüşsuyu-Beyoğlu-İSTANBUL Editör: M. Oktay Alnıak Prof. Dr. Yük. Müh. Bahçeşehir Üniversitesi Çırağan Cad. Osmanpaşa Mektebi Sok. No: 4/ Beşiktaş/İSTANBUL Bu kitabın telif hakkı Prof. Dr. M. Oktay ALNIAK a aittir. Editörün izni olmadan basımı ve ticari bir amaçla kullanımı yapılamaz.

3 III İLERİ TEKNOLOJİLER IV. ÇALIŞTAYI (İTÇ 2014) BİLDİRİ KİTABI Editör M. Oktay ALNIAK Prof. Dr. Yük. Müh.

4 IV Hayatta en hakiki mürşit ilimdir... Gazi M. Kemal ATATÜRK

5 V BİLGİ NOTU ve TEŞEKKÜR İleri Teknolojiler Çalıştayı nın temelinde; 2005 yılında başlatmış olduğumuz Elimsan Bilimsel Araştırmalar Grubu (EBAR) faaliyeti çalışmaları ve 2006, 2007, 2008 ve 2009 yıllarında organize ettiğimiz Ulusal ve Uluslararası Hidrojen Enerjisi Kongreleri nin bilim kültürü anlayışı vardır. Bu alt yapının ve bilimsel dayanışmanın üzerine 2010, 2011, 2012 ve 2014 yıllarında organize edilen İleri Teknolojiler Çalıştayı, işbu faaliyete emek veren değerli bilim insanlarının gayreti ile sürdürülmektedir. Bu faaliyete kimlerin katkısı vardır? Makalesi olan öğretim üyeleri, öğrenciler ve sanayiciler, makale hazırlamaya katkı sağlayan tasarımcılar, faaliyeti organize eden yöneticiler, faaliyete destek sağlayan kurum ve kuruluşlar... Bu faaliyet görüldüğünden güçlü bir dayanışmanın, bilimsel alt yapının ve göz nurunun emeğidir. Emeği geçen herkese teşekkürlerimi ve saygılarımı arz ederim. M. Oktay ALNIAK Prof. Dr. Yük. Müh. İTÇ 2014 Başkanı

6 VI

7 VII İÇİNDEKİLER BİLGİ NOTU ve TEŞEKKÜR V İÇİNDEKİLER...VII ÖNSÖZ XI IV. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ-2014) PROGRAMI...XIII KONGRE AÇILIŞ KONUŞMALARI M. Oktay ALNIAK..XXI Doç. Dr. Atilla SANDIKLI. XXIII Doç. Dr. Nihal SARIER....XXV Prof. Dr. Hasret ÇOMAK.XXVII Prof. Dr. Şenay YALÇIN XXIX Prof. Dr.Yusuf ALTINTAŞ...XXXI SÖZLÜ BİLDİRİLER 1 MATEMATİK ve TEKNOLOJİNİN GELİŞMESİNDEKİ TARİHSEL ETKİLERİ...3 Prof. Dr. Kenan TAŞ..3 PANEL I ÇEVRE/EKONOMİ/ ELEKTRONİK/ BİLGİSAYAR DÜNYASI...9 KYOTO PROTOCOL, ITS BACKGROUND AND INDUSTRIAL IMPACT Prof. Dr. Erhun KULA.11 JAPONYA TECRÜBELERİ IŞIĞINDA KAİZEN VE KALİTE SİSTEMLERİ İLE VERİMLİLİK Dr İsmail ALTUNCU. 21 FUTURE EXPECTATIONS ON EDUCATION AND INDUSTRIAL COOPERATION Prof. David J. Sumanth..26 PANEL II EĞİTİM / NİTELİKLİ PERSONEL...27 MESLEKİ TEKNİK ÖĞRETİM ECVET Azize GÖKMEN 29 BİLDİRİ ÖZETİ Zeki AYDAN / Siemens A.Ş 35 ULUSAL İLERİ TEKNOLOJİLERİNİN GERÇEKLEŞTİREBİLMESİ İÇİN GEREKEN İLERİ TEKNOLOJİ AKTARIMI YÖNTEMLERİ VE ULUSAL SAYISAL MODELLEME YETENEKLERİNİN ÖNEMİ

8 VIII Arsev H. Eraslan...36 THE MECHANICAL CALIBRATION PARAMETERS OF NEW DESIGNED OPTOMECHANICAL SYSTEM FOR NONLINEAR MEASUREMENTS Ferit ARTKIN 37 PANEL III EĞİTİM / SANAYİ İŞBİRLİĞİ...43 SANAYİ VE KALKINMA HEDEFLERİ İÇİN ÖNGÖRÜLER Hayrettin KAĞNICI..45 SAKARYA DA SANAYİ FAALIYETLERİ ve TEKNOPARKLAR Dr. Çetin KARAKAYA..47 MAKİNE / TASARIM KATMA DEĞERİ YÜKSEK ve ÇEVRE DOSTU ÜRETİM Erdal GAMSIZ..51 FARKLI FİBER YÖNELME AÇILARINA SAHİP POLİMER KOMPOZİT YAPILARININ DARBE DAVRANIŞLARI VE BALİSTİK PERFORMANSLARININ İNCELENMESİ Ömer EKSİK, Levent TURHAN, Enver Bülent YALÇIN..55 ELEKTROFORETİK KAPLAMA (EPD) YÖNTEMLERİNİN İLERİ TEKNOLOJİ MALZEMELERDE KULLANIM ALANLARI VE ÖNEMİ Enbiya TÜREDİ 56 MALZEME PANELİ BİLDİRİLERİ GÖRÜNTÜ İŞLEME SİSTEMLERİ ve GIDA ENDÜSTRİSİNDE KULLANIM ALANLARI Sebahattin Serhat TURGUT, Erkan KARACABEY, Erdoğan KÜÇÜKÖNER.. 67 BASINÇLI DÖKÜM İLE ÜRETİLMİŞ Al-Si ALAŞIMLARININ KURU SÜRTÜNME AŞINMA DAVRANIŞI Ş. Hakan ATAPEK, Fulya KAHRIMAN, O. Sinan GÖKÇE 76 AlTiN KAPLANMIŞ DIN ÇELİĞİNİN TRİBOLOJİSİ ÜZERİNE KAPLAMA ÖNCESİ NİTRASYON İŞLEMİNİN ETKİSİ Gülşah AKTAŞ, Şeyda POLAT, Ş. Hakan ATAPEK..86 DEPREM MÜHENDİSLİĞİNDE KULLANILAN ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLAR İÇİN FİZİKSEL METALURJİK YAKLAŞIMLAR Gülşah AKTAŞ, Ş. Hakan ATAPEK, Şeyda POLAT, Savaş DİLİBAL...95 ÇÖKELTİ SERTLEŞEBİLEN CuCoNiBe ALAŞIMINDA KOBALTIN YAŞLANMA KİNETİĞİNE VE FİZİKSEL ÖZELLİKLERE ETKİSİ Ş. Hakan ATAPEK..101 CrMoV ÇELİĞİ İLE A6080 ALAŞIM ÇİFTİNİN YÜKSEK SICAKLIK TRİBOLOJİK KARAKTERİSTİKLERİ Gülşah AKTAŞ, Şeyda POLAT, Ş. Hakan ATAPEK 110 ELEKTRİK / ELEKTRONİK / BİLGİ TEKNOLOJİLERİ

9 ENERJİ VE GÜÇLER BÖLGESİNDE TÜRKİYE M.Oktay ALNIAK 121 OPERASYONEL SANAL FABRİKA İÇİN ESNEK VERİ MODELİ VE VERİ TABANININ GELİŞTİRİLMESİ B. Lotfi SADİGH, S. NİKGHADAM, Yrd. Doç. Dr. H. Özgür ÜNVER, Yrd. Doç. Dr. A. Murat ÖZBAYOĞLU, Doç. Dr. Erdoğan DOĞDU, Prof. Dr. S. Engin KILIÇ 125 ENERJİ EKİPMANLARININ YERLİ ÜRETİMİ Şayende YILMAZ 135 ATIK TAN ÜRÜN E DEMİR ÇELİK CÜRUFU Aslan ÜNAL 1, Prof. Dr. Onuralp YÜCEL, Prof. Dr.Mustafa KURT, Serdar GÜL YARI İLETKEN KUANTUM AYGITLARI BANT ARALIĞI MÜHENDİSLİĞİNİN TEMELLERİ M. Çetin ARIKAN DEFORMATION OF SUPER ALLOYS AT ELEVATED TEMPERATURES M. Oktay ALNIAK..150 BİLİMSEL FAALİYET YÖNETİM YAZILIMI Dr. Çetin KARAKAYA 157 ENDODONTİK TEDAVİDE KULLANILAN NİKEL-TİTANYUM KÖK KANAL EĞELERİNİN MALZEME KARAKTERİZASYONU Özgür YURTSEVER, Savaş DİLİBAL 169 ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIM İLE ÇOK AMAÇLI AKTÜATÖR TASARIMI Gözde KONUK, Mücahit EGE, Nihat AKKUŞ,, Fatih YALÇIN 174 KAYNAK SONRASI OLUŞAN KALINTI GERİLMELERİN TALAŞ KALDIRMA İLE DEĞİŞİMİNİN NÜMERİK MODELLEME İLE ARAŞTIRILMASI Savaş GÜNEYLİ, Nihat AKKUŞ, Hüseyin KURT..181 METALİK VE POLİMERİK AKILLI MALZEMELERİN BİYOMÜHENDİSLİK UYGULAMALARI Savaş DİLİBAL, Murat KAZANCI..189 FİZİK ve İLERİ TEKNOLOJİLER Prof. Dr. Ali GÜNGÖR.197 TEKSTİL ENDÜSTRİSİNDE NANOTEKNOLOJİ UYGULAMALARI Nihal SARIER, Emel ÖNDER SAVUNMA VE HAVACILIK TEKNOLOJİLERİ VE BÖLGESEL EĞİLİMLER: 2020 ÖNGÖRÜLERİ Arda MEVLÜTOĞLU 213 ENERJİ SEKTÖRÜNDE PLANLAMA ve TOPLUMSAL YARAR Oğuz TÜRKYILMAZ.221 KEMOTERAPİDE KULLANILAN İLAÇLARIN YAN ETKİLERİNİ AZALTICI IX

10 X YA DA YOK EDİCİ PREPARATLARIN SÜPERKRİTİK CO2 İLE EKSTRAKSİYONU Metin GÜRÜ, Hatice Tuğba ÇELİK METAL HİDRÜR REAKTÖRLERDE REAKTÖR TASARIMININ HİDROJEN DEPOLAMA KAPASİTESİ ÜZERİNE ETKİLERİ Fevzi BEDİR, Muhammet KAYFECİ, Ümran ELMAS 225 ÜÇÜNCÜ NESİL BİYOYAKIT ÜRETİMİNDE KULLANILACAK NANOKATALİZÖRLERİN SOL-JEL YÖNTEMİ İLE SENTEZİ M. E. KIBAR, O. OZCAN, A. N. AKIN.250 SPEX ÖĞÜTÜCÜ/KARIŞTIRICI NIN ANSYS PROGRAMI KULLANILARAK SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE ANALİZİ Metin GÜRÜ, Ali Rıza AKTAŞ, Gülsün AKTAŞ.251 KONU İNDEKSİ YAZAR İNDEKSİ...256

11 XI ÖNSÖZ IV. İleri Teknolojiler Çalıştayı 14 Ekim 2014 tarihinde Bahçeşehir Üniversitesi nde, Ekim 2014 tarihlerinde TÜYAP Uluslararası Fuar Organizasyonu Merkezinde; MAKTEK Avrasya fuar ortamında yapılmıştır. Çalıştaya gelen personel, fuarı gezme imkanı bulmuş ve çalıştay fuarın üç gün süreyle bilimsel ayağını oluşturmuştur. TÜYAP Uluslararası Fuar Organizasyonu nun çalıştaya gösterdiği ilgi takdirle karşılanmış ve bu faaliyetin geleneksel olarak sürdürülmesi konusunda genel bir görüş oluşmuştur. Bahçeşehir Üniversitesi, Kocaeli Üniversitesi, İstanbul Kültür Üniversitesi ve Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Rektörlükleri ile BİLGESAM Başkanlığı, bu çalıştayı organize eden kurumlar olarak bilimsel ve idari destek sağlamışlardır. Faaliyete katkı sağlayan kurum ve kuruluşlara; faaliyetin organizasyonunda gerekli desteği sağlayan BAU Rektörü Prof. Dr. Şenay YALÇIN a, KOÜ Rektörü Sezer Şener KOMSUOĞLU na, GYTE Rektörü Orhan ŞAHİN e İKÜ Rektörü Prof. Dr. Semahat DEMİR e, BİLGESAM Başkanı Doç. Dr. Atilla SANDIKLI ya, İTÇ Üst Kurul Üyeleri; Prof. Dr. Hasret ÇOMAK a, Prof. Dr. Ali ATA ya ve Prof. Dr. Ali GÜNGÖR e teşekkür ederim. Çok değerli teknolojik konuşmalarıyla bu çalıştaya değer kazandırmış olan, Kanada dan konferansa teşrif eden Prof. Dr. Yusuf ALTINTAŞ a teşekkür ederim. Uzun dönem mesleki tecrübelerine dayalı değerlendirmeleriyle, çalıştaya bilim felsefesi ve meslek etiği konularında önemli değerler kazandıran ABD den Prof. Dr. David J. SUMANTH a özel olarak teşekkürlerimi ve takdirlerimi sunarım. Bu çalıştayda stratejik ve teknolojik değerlendirmeleriyle iz bırakan TÜYAP Uluslararası Fuarcılık A.Ş Yönetim Kurulu Başkanı Bülent ÜNAL a; çalıştaya verdiği teknolojik, bilimsel, kültürel destek ve paylaştığı iktisadi deneyimleri nedeniyle teşekkür ederim. Davetli konuşmacılar Prof. Dr. Kenan TAŞ a, Prof. Dr. Arsev ERASLAN a, Azize GÖKMEN e çalıştayda yapmış oldukları katkıları nedeniyle, Prof. Dr. Erdoğan KÜÇÜKÖNER e, Prof. Dr. Fevzi BEDİR e, Prof. Dr. Metin GÜRÜ ye, Prof. Dr. Hüseyin Metin ERTUNÇ a, Prof. Dr. M.Çetin ARIKAN a, Prof. Dr. Çetin BOLCAL A, Prof. Dr. Oktay ÖZCAN a, Dr. Erdal GAMSIZ a, Yük. Müh. Hayrettin KAĞNICI ya, Yük. Müh. Mustafa CERAN a, Yük. Müh. Oğuz TÜRKYILMAZ a bu çalıştayın kıdemli katılımcıları olmaları, sağladıkları bilim ve yönetim desteği nedeniyle teşekkürlerimi ve saygılarımı sunarım. Bu çalıştaya sabırla katılan değerli genç bilim insanlarımıza, yazarlarımıza, sanayicilerimize ve öğrencilerimize çok teşekkür ederim. Prof. Dr. M. Oktay ALNIAK IV. İTÇ Başkanı

12 XII

13 XIII İLERİ TEKNOLOJİLER IV. ÇALIŞTAYI (İTÇ-2014) PROGRAMI EKİM EKİM 2014, BAHÇEŞEHİR ÜNİVERSİTESİ FAZIL SAY KONFERANS SALONU VE EKİM 2014 TÜYAP FUAR MERKEZİ, MAKTEK AVRASYA FUARI KALAMIŞ, MODA VE KANDİLLİ KONFERANS SALONLARI , Salı 09:00-10:30 10:30-11:00 11:00-12:00 12:00-13:30 Kayıt (BAU Fazıl Say Konferans Salonu Fuayesi) Açılış Töreni (Bahçeşehir Üniversitesi Fazıl Say Salonu) Saygı Duruşu ve İstiklal Marşı Açılış Konuşmaları Prof. Dr. M. Oktay ALNIAK (Bahçeşehir Ünv. Çalıştay Başkanı) Doç. Dr. Atilla SANDIKLI (Bilgesam Başkanı) Doç.Dr.Nihal SARIER (İstanbul Kültür Üniversitesi) Prof.Dr.Hasret ÇOMAK (Kocaeli Üniversitesi) Prof. Dr. Şenay YALÇIN (Bahçeşehir Üniversitesi Rektörü) Konferans Talaşlı imalat mekaniği, dinamiği, kontrolu ve ölçme programları Prof.Dr.Yusuf ALTINTAŞ (The University British Columbia - Canada) Öğle Yemeği (BAU C Teras) Konferans: Matematik Dünyamız ve İleri Teknolojiler Prof.Dr.Kenan TAŞ (Çankaya Üniversitesi) 13:30-15:00 15:00-15:30 Panel I- Çevre/Ekonomi/ Elektronik/ Bilgisayar Dünyası Prof.Dr.Erhun KULA (Bahçeşehir Üniversitesi) Kyoto Protokolünün Endüstriyel Etkileri, Çevre ve Ekonomi Hüseyin GELİS (SIEMENS) Elektrik/Elektronik Dünyamız ve SIEMENS TÜRKİYE Mustafa CERAN (İNFORMATİK)Endüstride İleri Teknoloji Kullanımı ve Inovasyon İsmail ALTUNCU Improvement tools in business Çay-Kahve Arası Konferans: Future expectations on education and industrial cooperation Prof.David Sumanth J. (The University of Miami) 15:30-17:00 Panel II- Eğitim, Nitelikli Personel Azize GÖKMEN (Bahçeşehir Üniversitesi) Nitelikli Eğitim ve Mesleki Teknik Öğretim Zeki AYDAN (SIEMENS) Uluslararası Eğitim Politikaları ve SIEMENS Prof.Dr.Arsev ERASLAN (Boğaziçi Üniversitesi)Bilimsel Yazılım, Geleceğin Yazılımı ve Türkiye Ferit ARIKAN The Mechanical Calibration Parameters of New Designed Optomechanical System for Nonlinear Measurements

14 XIV , Çarşamba Açılış Konuşmaları (Kalamış Salonu) Prof.Dr.Oktay ALNIAK (Çalıştay Başkanı) Bülent ÜNAL (TÜYAP Başkanı) Dr.Erdal GAMSIZ (TİADBaşkanı) Konferans: Future expectations on industrial organizations and strategic manufacturing technologies Prof.David Sumanth J. (University of Miami) Öğle Yemeği (TÜYAP Salonları) Paralel Oturumlar I.Paralel Oturum(Kalamış Salonu) Panel III- Eğitim - Sanayi İşbirliği Konferans: Eğitim ve İleri Teknolojiler Prof.Dr.Hasret ÇOMAK (Kocaeli Üniversitesi) Hayrettin KAĞNICI- Sanayi ve Kalkınma Hedefleri için Öngörüler Prof.Dr.Fevzi BEDİR- SDÜ Isparta da Sanayi Faaliyetleri ve Teknoparklar Dr.Çetin KARAKAYA- Sakarya da Sanayi faaliyetleri ve Teknoparklar Çay-Kahve Arası Kalamış Salonu - Makine /Tasarım Oturum Başkanı- Prof.Dr.Fevzi Bedir Katma Değeri Yüksek Çevre Dostu Üretim Erdal GAMSIZ Elektroforetik Kaplama (EPD) Yöntemlerinin İleri Teknoloji Malzemelerde Kullanım Alanları ve Önemi Enbiya TÜREDİ Farklı Fiber Yönelme Açılarına Sahip Polimer Kompozit Yapılarının Darbe Davranışları ve Balistik Performansların İncelenmesi Ömer EKSİK II.Paralel Oturum(Moda Salonu) Moda Salonu Malzeme Oturum Başkanı- Prof.Dr.Oktay ÖZCAN Görüntü İşleme Sistemlerive Gıda Endüstrisinde Kullanım Alanları Sebahattin Serhat TURGUT, Erkan KARACABEY, Erdoğan KÜÇÜKÖNER Basınçlı Döküm İle Üretilmiş AlSiCuAlaşımlarının Kuru Sürtünme Aşınma Davranışı Fulya KAHRIMAN, Ş. Hakan ATAPEK, O. Sinan GÖKÇE AlTiN Kaplanmış DIN Çeliğinin Tribolojisi Üzerine Kaplama Öncesi Nitrasyon İşleminin Etkisi Gülşah AKTAŞ, Şeyda POLAT, Ş. Hakan ATAPEK , Çarşamba Konferans : Bilim-Sanayi İşbirliği ve Metal Kesme İşlemlerinde İleri Teknoloji

15 XV Uygulamaları Hayrettin KAĞNICI 15:30-17:00 Deprem mühendisliğinde dkullanılan şekil hafızalı alaşımlar için fiziksel metalurjik yaklaşımlar Gülşah AKTAŞ, Ş. Hakan ATAPEK, Şeyda POLAT, Savaş DİLİBAL Çökelti Sertleşebilen CuCoNiBe Alaşımında Kobaltın Yaşlanma Kinetiğine ve Fiziksel Özelliklere Etkisi Hakan Atapek CrMoV Çeliği İle A6080 Alaşım Çiftinin Yüksek Sıcaklık Tribolojik Karakteristikleri Şeyda POLAT, Gülşah AKTAŞ, Ş. Hakan ATAPEK III. Paralel Oturum (Kandilli Salonu) Kandilli Salonu Elektrik / Elektronik / Bilgi Teknolojileri Konferans : Enerji ve Güçler Bölgesinde Türkiye M.Oktay ALNIAK Oturum Başkanı- Oğuz TÜRKYILMAZ Operasyonel Sanal Fabrika İçin Esnek Veri Modeli ve Veri Tabanının Geliştirilmesi Bahram Lotfi SADIGH, Shahrzad NIKGHADAM Enerji Ekipmanlarının Yerli Üretimi Şayende Yılmaz Atıktan Ürüne Çelik Cürufu Aslan ÜNAL, Onuralp YÜCEL, Mustafa KURT, Serdar GÜL Çay-Kahve Arası Konferans I: Fizik ve İleri Teknoloji Laboratuvarları Prof.Dr.Çetin ARIKAN Konferans II: Süperalaşımlar Prof.Dr.M.Oktay ALNIAK 15:30-17:00 Bilimsel Faaliyet Yönetim Yazılımı Çetin KARAKAYA Endodontik Tedavide Kullanılan Nikel-Titanyum Kök Kanal Aletlerinin Malzeme Karakterizasyonu Özgür YURTSEVER, Savaş DİLİBAL Şekil hafızalı alaşım ile çok amaçlı aktüatör tasarımı Gözde KONUK, Mücahit EGE, Nihat AKKUŞ, Fatih YALÇIN Kaynak sonrası oluşan kalıntı gerilmelerin talaş kaldırma ile değişiminin nümerik modelleme ile araştırılması Savaş GÜNEYLİ 17:00-19:00 Serbest Saat

16 XVI Akşam Gala Yemeği Akşam Gala Yemeğine bütün misafir öğretim üyeleri davetlidirler. Katılımın 14 Ekim 2014 tarihinde teyit edilmesi arz olunur. İrtibat: Gizem GÖKMEN , Perşembe I.Paralel Oturum (Kalamış Salonu) Açılış Konuşması Prof.Dr.M.Oktay ALNIAK Konferans I Prof.Dr.Ali GÜNGÖR Bahçeşehir Üniversitesi Fizik ve İleri Teknolojiler Konferans -II Prof.Dr. Arsev H.ERASLAN Boğaziçi Üniversitesi Teknoloji Aktarımı; Sayısal Modelleme, Bilimsel Yazılım Oturum Başkanı- Prof.Dr.Erdoğan KÜÇÜKÖNER Metalik ve Polimerik Akıllı Malzemelerin Robotik / Biyomühendislik Uygulamaları Savaş DİLİBAL, Murat KAZANCI Enerji Ekipmanlarının Yerli Üretimi Şayende Yılmaz TÜBİTAK SAVTAG Sunum Ahmet Cihat KAZEZ Tekstilde Nanoteknoloji Uygulamaları Nihal SARIER Savunma ve Havacılık Teknolojileri ve Bölgesel Eğilimler: 2020 Öngörüleri Mehmet Arda Mevlütoğlu

17 XVII II.Paralel Oturum (Moda Salonu) Mühendislik ve Malzeme Konferans Oğuz TÜRKYILMAZ Türkiye nin Enerji Görünümü, Ekim-2014 Oturum Başkanı- Prof.Dr.Fevzi BEDİR Kemoterapide Kullanılan İlaçların Yan Etkilerini Azaltıcı ya da Yok Edici Preparatların Süperkritik CO 2 ile Ekstrasyonu Metin GÜRÜ, HaticeTuğba ÇELİK Metal Hidrür Reaktörlerde Reaktör Tasarımının Hidrojen Depolama Kapasitesi Üzerine Etkileri Ümran ELMAS, Fevzi BEDİR, Muhammet KAYFECİ Üçüncü Nesil Biyoyakıt Üretiminde Kullanılacak Nanokatalizörlerin Sol-Jel Yöntemi İle Sentezi Murat Efgan KİBAR, O. OZCAN, A.N. AKİN Spex Öğütücü/Karıştırıcının ANSYS Programı Kullanılarak Sonul Elemanlar Yöntemiyle Analizi Metin GÜRÜ, Ali Rıza AKTAŞ, Gülsün AKTAŞ Kapanış Toplantısı ve Kokteyl (TÜYAP Salonları) Öğle Yemeği 14:00-18:00 Fuar Ziyareti NOT: Bu programın icrasında mazeretleri nedeniyle Panel Başkanlığı görevine katılamayanların yerine başka arkadaşlarımız görevi yapmışlardır. Faaliyete katılamayanların isimleri programda değiştirilmemiştir. 14 Ekim 2014 tarihinde BAU da gerçekleşen sosyal faaliyetlerin ev sahipliğini Bahçeşehir Üniversitesi Rektörlüğü, Ekim 2014 tarihlerinde TÜYAP ta gerçekleşen sosyal faaliyetlerin ev sahipliğini TÜYAP Uluslararası Fuar Organizasyonu Yönetim Kurulu Başkanlığı üstlenmişlerdir. Teşekkürlerimizi ve saygılarımızı sunarız.

18 XVIII

19 AÇILIŞ KONUŞMALARI XIX

20 XX Türk; övün, çalış, güven. Gazi Mustafa Kemal ATATÜRK

21 XXI M. Oktay ALNIAK Prof. Dr. Yük. Müh. IV. İTÇ Başkanı Değerli Öğrencilerimiz, Öğretim Üyeleri, Sanayiciler ve Sayın Rektörler; Dördüncü İleri Teknolojiler Çalıştayına hoş geldiniz. Katılımınız için teşekkür ederim. Yapılan çalışmaların geçmişte on yıllık bir alt yapısı vardır. Bu çalışmalara gönül vermiş arkadaşlarımızı kutlarım. Türkiye nin her yerinden katılım sağlanıyor. Bu yıl özel davetli konuşmacılarımız vardır. Çankaya Üniversitesinden Prof. Dr. Kenan Taş Matematik ve İleri Teknolojiler konusunda iki yıl önce bir konuşma yapmıştı. Ben o konuşmadan çok etkilenmiştim. Teknolojinin temelinde matemetik ve temel bilimlerin olduğunu görmek gerekiyor. Bu nedenle kendisini özel olarak davet ettik. Matematik ve ileri teknoloji uygulamaları hakkında bize bir konferans verecektir. Kanada dan Prof. Dr. Yusuf Altıntaş, ve Amerika dan Prof. Dr. David J. Sumanth ilgili bilim konularında dünyanın en iyilerinden sayılıyorlar. Kendilerinden bu çalıştayda bilgi almak bizim için önemli bir fırsat olacaktır. Bugün ve yarın iki ayrı konuda konuşma yapacaklar. Böylece çalışmalarımızda uluslararası adımlar atmış oluyoruz. Bugün BAU ev sahipliğinde çalışmalar yapılacaktır. Bilahare iki gün çalışmalarımızı TÜYAP Uluslararası Fuar Organizasyonu tesislerinde sürdüreceğiz. Bilimde yeni bir şeyler bulmaya çalışıyoruz. Yönetimdekiler de bunun farkındalar. Yeni bir şey bulamazsak ekonomide dar boğaza gireriz. Dünya da rekabet şiddetlidir. Çalışanlar ve çok iyi durumda olanlar uygarlık yarışına devam ediyorlar. Bu çalışmalarda amacımız gençleri teşvik etmektir. Bu faaliyete destek sağlayan Bahçeşehir Üniversitesi Rektörlüğü ne, Kocaeli Üniversitesi nden gelen öğrencilerimize ve Kocaeli Üniversitesi Rektörlüğü ne, İstanbul Kültür Üniversitesi Rektörlüğü ne ve Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Rektörlüğü ne teşekkür ederim. Çalıştayın gerçekleştirilmesinde idari, bilimsel ve maddi destek sağlayan ev sahibi BAU Rektörlüğü ne, faaliyete katılım sağlayan Rektörlüklere, değerli bilim insanlarımıza, öğrencilerimize, sponsorlarımıza ve TÜYAP Yönetim Kurulu Başkanlığı na teşekkür ederim. Saygılarımı sunarım.

22 XXII Ne Mutlu Türküm Diyene. Gazi Mustafa Kemal Atatürk

23 XXIII Doç. Dr. Atilla SANDIKLI Bilge Adamlar Stratejik Araştırma Merkezi (BİLGESAM) Başkanı Sayın rektörüm, hocalarım ve değerli katılımcılar, bin dolar kişi başı milli gelir seviyesine ulaşan gelişmekte olan bir ülkenin kısır döngüye girmesi ve kolay kolay gelişmiş ülke kategorisine ulaşamaması orta gelir tuzağı olarak tanımlanmaktadır. Orta gelir tuzağının nedenleri - Geleneksel iş yapış modelleri - Ar-ge ve innovasyon yetersizliği - Katma değeri düşük üretim - Yetersiz tasarruf ve yatırım oranlarıdır. Tayland, Filipinler, Malezya, Brezilya ve Arjantin kişi başına düşen milli gelir bakımından belli çıtaları aşamayan orta gelir tuzağına düşen ülkelerdir. Japonya ve Güney Kore ise bu tuzağı başarıyla aşan ülkelerdir. Başarı prensipleri - Katma değeri yüksek ileri teknolojilere yönelinmesi - Ar-ge ve innovasyona önem verilmesi - Nitelikli işgücü ve - Üst düzey yönetim kalitesidir. Türkiye eğer orta gelir tuzağına düşme istemiyorsa belirtilen prensipler doğrultusunda çalışmalar yapmak zorundadır. Bu kapsamda Prof. Dr. Oktay Alnıak hocamızın BİLGESAM, BAHÇEŞEHİR, KOCAELİ, KÜLTÜR Üniversiteleri, Gebze İleri Teknoloji Enstitüsü nün iştiraki ile gerçekleştirdiği İleri Teknoloji Çalıştayları büyük önem arz etmektedir. Önceki çalıştaylarda; bilişim teknolojileri, nanoteknoloji, biyoteknoloji, hidrojen ve nükleer enerji teknolojileri Türkiye nin odaklanması gereken ileri teknolojiler olarak ön plana çıkmıştır. Bu çalıştayın başarılı geçmesi dileğiyle emeği geçen ve destek sağlayan hocalarımıza ve kurumlara teşekkür ederim.

24 XXIV Yurtta Sulh, Cihanda Sulh. Gazi Mustafa Kemal Atatürk

25 XXV Doç. Dr. Nihal SARIER İstanbul Kültür Üniversitesi Öğretim Üyesi, İKÜ Temsilcisi Sayın Rektörlerim, Değerli Katılımcılar; İstanbul Kültür Üniversitesi Rektörü Prof. Dr. Semahat Demir adına bu konuşmayı arz ediyorum. Böyle bir çalıştayda Üniversitem adına görevlendirildiğim ve sizlere hitap etme imkanı bulduğum için mutluyum. İlgili panellerde bilimsel çalışmamı ayrıca arz edeceğim. Bu açılış konuşması fırsatının bana verilmiş olmasından dolayı çok teşekkür ederim. Çalıştayın başarılı geçmesini temenni eder, saygılarımı sunarım.

26 XXVI

27 XXVII Prof. Dr. Hasret ÇOMAK Kocaeli Üniversitesi Rektör Yardımcısı KOÜ Temsilcisi Değerli katılımcılar; İTÇ 2014 faaliyeti bu çalıştayın IV. Organizasyonudur. Diğer katılımcı üniversitelerle beraber Kocaeli Üniverditesi nde önemli faaliyetlerde bulunduk.enerji konusunun bu denli telaffuz edilmediği bir dönemde ulusal hidrojen enerjisi kongreleri organize ettik 2010 yılından itibaren İleri Teknolojiler Çalıştayını organize ediyoruz. Amacımız genç bilim insanlarının önünü açmaktır. Bu yılki faaliyete Kocaeli Üniversitesi nden 3 gün boyunca öğrenci ve öğretim üyesi katılımı planlanmıştır. Çalıştayla beraber MAKTEK Avrasya fuarının organize edilmesi ve uluslararası bir platformda İleri Teknolojilerin görüşülmesi ve fuar vesilesiyle bu teknolojilerin görünmesini önemli kabul ediyoruz. Kocaeli Üniversitesi yaklaşık yetmiş bin öğrencisiyle, çok değerli öğretim üyeleriyle umut tepe yerleşkesinde bu türlü bilimsel faaliyetlere katkı vermeye hazırdır. Kocaeli Üniversitesi nin sanayi bölgesindeki varlığı çok önemli projelerin geliştirilmesine zemin hazırlamaktadır. Mühendislik ve tıp fakültelerinin çok önemli araştırma projeleri, diğer fakültelerimizdeki önemli araştırma merkezleri üniversiteye bağlı meslek yüksek okullarımızın bölgedeki konumları ve çalışma potansiyeli Marmara bölgesine değerler katmaktadır. Üniversitemizle ilgili her türlü bilgi web sitelerimizde mevcuttur. Çok dinamik bir uluslararası ve ulusal bilim trafiğinin içerisindeyiz, bu vesileyle IV. İleri Teknolojiler Çalıştayının başarılı olmasını temmeni eder iş birliği yapan kurum kuruluş ve değerli İTÇ yönetimine sevgi ve takdirlerimi sunarım.

28 XXVIII

29 XXIX Prof. Dr. Şenay YALÇIN Bahçeşehir Üniversitesi Rektörü Değerli Akademisyenler, Kıymetli Katılımcılar, Saygıdeğer Sektör Temsilcileri, Sevgili Öğrenciler, Ülkemizin seçkin Üniversiteleri ve Bilge Adamlar Stratejik Araştırma Merkezi ile beraber Bahçeşehir Üniversitesi nin ev sahipliğinde düzenlediğimiz İTÇ 2014 İleri Teknolojiler Çalıştayı na hoş geldiniz. Başta TÜBİTAK olmak üzere çalıştayımıza katkı sağlayan tüm kurum ve kuruluşlara ve katılımlarınızla bu çalıştayı onurlandıran siz değerli konuklara teşekkürlerimi sunuyorum. Dünya genelinde bilgi akışı ve teknoloji son derece büyük bir hızla ilerlemektedir. Bu durum, teknolojinin doğru ve verimli bir şekilde kullanımını giderek daha da önemli bir hale getirmektedir. Burada unutulmaması gereken en önemli husus teknolojinin bir amaç değil araç olduğudur. Teknoloji hizmet ettiği kişilerin, kurumların, ülkelerin amaçlarına ulaşmadaki en büyük yardımcı unsurlardan birisidir. Teknoloji, özveri ile yapılan bilimsel araştırmalar ve teorik çalışmalarla uygulayıcıların karşı karşıya kaldıkları problemler arasında bir köprüdür. Teknoloji hayatı kolaylaştırma sanatıdır. Eskiden, ülkelerin büyüklükleri; doğal kaynakları, yüzölçümleri, nüfusları ya da ordularının gücü ile değerlendirilirken şimdi artık, yetiştirdikleri yaratıcı beyinler, iyi yetişmiş insan kaynakları ve ürettikleri katma değeri yüksek teknolojiler ile ölçülüyor. Bilindiği üzere, uluslararası rekabette belirleyici unsurların başında teknoloji ve yenilik süreci gelir. Verimlilik ve kapasite kullanma oranları açısından da firmaların global ekonomi içerisinde varlıkları; sahip oldukları teknolojik yeterlilik ve değişime ayak uydurabilme kabiliyetleri ile sınırlıdır. Bu bakımdan bilimsel bilgi birikimi ile belirlenen buluşların ticari uygulamaya dönüştürülmesi ve geliştirilerek yaygınlaştırılması büyük ölçüde yenilik yapan kurum ve kuruluşları için sürdürülebilir bir alt yapıya sahip olmalarını zorunlu kılmaktadır. Aksi takdirde bu kuruluşlar zamanla rekabet gücünü kaybedecek ve yerlerini başkalarına terk etmek zorunda kalmaları kaçınılmaz olacaktır. Çok Değerli Katılımcılar; Teknoloji nin tarihsel seyrine baktığımızda; bazı teknolojik gelişmelerin sosyal ve ekonomik hayatı temelinden değiştirdikleri görülmektedir. Söz konusu teknolojilerin en çarpıcı örneği Sanayi Devrimi ni tetikleyen ve daha sonra hemen her alanı etkileyen buhar teknolojisidir. Bu teknoloji ile; sanayi ve tarımsal üretim, ulaşım ve iş süreçlerinde tahmin edilemeyen değişiklikler meydana gelmiştir. Yine son çeyrek yüzyılda hepimizin yaşayarak gelişimine birlikte şahit olduğumuz bilgi ve iletişim teknolojilerinin hayatımızın her safhasında nasıl bir değişiklik yarattığını hayranlıkla izliyoruz. Bu teknolojileri geliştiren ve iş süreçlerine uygulayan milletler uluslararası pazarlarda rekabette söz sahibi olmakta ve refah seviyelerini yükseklere taşımaktadırlar.

30 XXX Diğer taraftan son zamanlarda nanoteknoloji ve biyoteknoloji alanında yapılan çalışmalar ve teknolojik gelişmeler de yeni bir kırılmanın ve devrimin öncüsü gibi görünüyor. Bu tespitler teknolojinin bir toplumun yaşantısı üzerindeki etkisini ve kalkınmadaki önemini göstermek için yeterlidir sanırım. Saygıdeğer Konuklar; Ülkemiz bulunduğu bölgede artık kabına sığmayan, yabancıların diktiği ceket üzerine dar gelen bir ülke olarak, gerek stratejik konumu gerekse son dönemlerde gerçekleştirdiği önemli ekonomik gelişmelerle yakın gelecekte gelişmiş ülkeler arasında ilk 10 da yer almayı hedefliyor. Bu hedefe ulaşmada; teknolojik gelişimin yanı sıra, girişimciliğin desteklenmesinin ve gençlerimizin eğitim kurumlarımızda birer vizyoner olarak yetiştirilmelerinin çok önemli katkılar sağlayacağı şüphesizdir. Bu çalıştayın önemi de ülkemizin girişimcilerine yol göstermek, onları cesaretlendirmek ve know-how oluşturma noktasında ortaya çıkıyor. Bakınız dün yaptığım bir tespiti sizinle paylaşmama izin verin: Ağustos 2014 itibariyle Türkiye nin ithalatında Yüksek Teknoloji Ürünlerinin payı % 13,3 iken ihracatındaki pay % 3,4 tür. Orta Yüksek Teknoloji Ürünlerinin payı ithalatımızdaki payı % 41,6 iken ihracattaki payı % 28.7 dir. Gerçek budur. Yapılacak çok işimiz var. Bu güzel ülkenin varlık içinde yokluk çekmesine daha fazla dayanacak lüksü yoktur ve artık kendi teknolojisini özgün olarak üretmesi bir ihtiyaç değil zorunluluk haline gelmiştir. Teknolojik alandaki değişimin bir parçası olmak için iyi eğitim almış yaratıcı Ar-Ge yapabilecek, sonuçlarından teknoloji üretecek beyinlere ve bu teknolojiyi amaçlarımıza ulaşmada kullanabilecek yönetim becerilerine sahip insan kaynağına olan ihtiyacın her zamankinden daha fazla olarak karşımızda durmakta olduğunu ve bize daha çok sorumluluklar düştüğünü takdirlerinize sunuyorum. Sözlerime son verirken, kıymetli zamanlarınızı ayırarak bizleri onurlandıran siz değerli konuklarımıza, duayen hocalarımıza ve sanayicilere; yapmış oldukları değerli işbirliklerinden dolayı Kocaeli Üniversitesi, İstanbul Kültür Üniversitesi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Rektörlüklerine ve BİLGESAM Stratejik Araştırma Kurumu Başkanlığına; TÜYAP Uluslararası fuar organizasyonu ve MAKTEK Avrasya fuarı yönetimine; değerli hocamız Prof. Dr. Oktay ALNIAK a ve çalıştayın düzenlenmesinde emeği geçenlere içtenlikle teşekkür eder; hepinizi sevgi ve saygıyla selamlarım.

31 XXXI Prof. Dr.Yusuf ALTINTAŞ (The University British Columbia - Canada) Özel Davetli Konuşmacı Bu bildiri kitabında World dosyası şeklinde tanzim edilmiş bildirilerin yer alması planlanmıştır. Sayın Prof. Dr. Yusuf ALTINTAŞ makine imalatı konusunda dünyadaki en önemli bilim insanlarında birisi olarak kendisini insanlığa ve medeniyete adamış bir meslektaşımızdır. Kanada dan davetli olarak fuar faaliyetlerine ve çalıştaya teşrif etmiş, Bahçeşehir Üniversitesi nde ve MAKTEK Avrasya fuarında iki konferans vermiştir. Kanada dan Türkiye ye gelişi TİAD Başkanlığı tarafından organize edilmiştir. Bu ziyaret vesilesiyle İstanbul da BAU da, Koç Üniversitesi nde ve MAKTEK Avrasya Fuarı nda muhtelif seminerler organize edilmiştir. İTÇ faaliyetine katılımıyla, üniversitelerdeki ve MAKTEK Avrasya fuarındaki değerli konuşmalarıyla bilim insanlarına ve sanayicilere talaşlı imalat konusunda günümüzün en ileri teknolojilerini aktarma imkanı yaratılmıştır. Üstün hizmetleri nedeniyle teşekkür eder, saygılarımızı sunarız.

32 XXXII Virtual High Performance Machining Fellow of Royal Society of Canada, EC, CAE, CIRP, ASME, SME, ISNM, P&WC, Tokyo University NSERC P&WC Industrial Research Chair Professor in Virtual Machining The University of British Columbia Department of Mechanical Engineering Vancouver, B.C., CANADA V6T 1Z4 Abstract The aim of the current research is to minimize the prototype testing of machine tools and machining operations in order to reduce production times and costs. The University of British Columbia has developed science based simulation algorithms which leads to virtual testing and optimization of machining operations. The model predicts the cutting forces, torque and power consumed in machining parts by considering material properties, cutter geometry, and cutting conditions along the tool path. The structural dynamics of the machine tool can either be imported from Finite Element analysis if the machine tool is at the design stage or from the modal measurements if the machine is already built. The simulation system predicts chatter free cutting conditions within the work volume of the machine tool, or detects the presence of chatter vibrations along the tool path. The dynamics of servo drive control systems as well as trajectory generation as a function of jerk, acceleration and velocity profiles of machine tools are considered in simulating the machine tool behavior. An in-house developed CNC system which allows the design and analysis of five axis machine tool controller will also be introduced. The algorithms are published in open literature (Google Scholar h-58 with over citations), as well as packaged in industrial software system which can be used as a process planning tool by production engineers or as an analysis module by machine tool builders (over 170 companies and research centers world-wide). We are currently investigating the damping of machine tool vibrations, stability of turning, drilling, boring, micro-cutting, threading of pipes and mill turn operations. The laboratory is building a five axis machining center and magnetic actuator based feed drives in collaboration with other researchers at UBC and abroad.

33 XXXIII Dr. Yusuf ALTINTAŞ Professor, Ph.D., Hon. Dr. (Stutgart, Budapest) University of British Columbia, Department of Mechanical Engineering Applied Science Lane Vancouver, B.C. V6T 1Z4 Prof. Yusuf Altintaş Bekilli- Denizli doğumlu olup, 1975 yılında İTÜ Makinadan lisans, 1977 yılında UMISTde takım tezgahları diploması, 1980 ve 1986 yıllarında Kanada daki New Brunswick ve McMaster universitelerinden yüksek lisans ve doktora derecelerini almistir yılında MKE Kırıkkale Top Fabrikasında tezgah muhendisi, de Montreal da Pratt & Whitney Kanada fiırmasında imalat planlama mühendisi, de Kanada CAD/CAM merkezinin başmühendisliği görevlerinde bulunmuştur yılından beri Kanada nin British Columbia Üniversitesinde öğretim uyeliği yapmaktadir. Takım tezgahları tasarımı, kontrolu, titreşimleri ve talaşlı imalat mekaniği konularında 145 hakemli dergi ve 100 adet hakemli konferans bildirisi vardır. Makalelerinin aldiği toplam atıf sayisi ün üstünde olup dunya siralamasinda birincidir. İmalat Otomasyonu: Talaşlı İmalat Mekaniği, Takım Tezgahlarının Titreşimleri ve Kontrolunun Mühendislik Prensipleri isimli uzmanlık kitabi 2000 ve 0212 yıllarında yayinlanmistir. Aachen, Stuttgart ve Florida Universitelerinde arastırmacı profesör olarak görev yapmıştır. Profesor Altıntaş UBC de Mechatronics opsiyonun kurucu direktörü olup, Pratt & Whitney Kanada Ucak Motor Firmasinin ve NSERC un Sanal Ortamda Verimli Talaşlı İmalat endüstri araştırması kürsü profesörüdür. Üniversitede CNC tasarımı, talaşlı imalat mekaniği ve tezgah titreşimleri, dijital makina kontrolu konularında uzmanlık dersleri vermektedir. Laboratuarında beş adet çok eksenli CNC tezgahı, beş eksenli CNC mikrofreze işlem merkezi, dinanometreler, CMM, lazer interforemetry, yüzey analiz cihazlari, mikroskoplar, lazer vibrometre, modal analiz sensörleri ve kendi yapımı araştırma CNC leri, iş milleri ve ilerleme tablaları vardır. Prof. Altintas 2002 den bu yana Kanada Milli Arastirma vakfi (NSERC) ve Pratt & Whitney Canada sirketinin sanal ortamda talasli imalat kursu baskanligi, 2010 dan bu yana da tum Kanada nin ayni konudaki arastirma guruplarinin akademik liderligini yapmaktadir. Uluslararası İmalat Mühendisleri Akademisinin (CIRP) makina ve hassas imalat guruplarinin akademik başkanligi ( ), Kanada daki ilk Mechatronik egitimini ve opsiyonunun kurucu direktoru (1994-) gibi akademik yoneticlik gorevlerinde bulunmustur. Imalat muhendisliginin en saygin dergilerinde yonetici hakemlik yapmistir (ASME Transcations -Amerika Muhendisler Birligi Imalat Muhendisligi Dergisi; CIRP- Enternasyonal Imalat Arastrimacilari Akademisi Dergisi; Enternasyonal takim Tezgahalri ve Imalat Muhendisligi Dergisi; Enternasyonal Malzeme Isleme Dergisi; Japonya Makina Muhendisleri ve Otomasyon Dergileri; Mekatronik Dergisi). Prof. Altintas Kanada ve Dunya nin cesitli ulkelerinden sirasiyla asagidaki odulleri almistir:

34 XXXIV (Fellow: ust seviyede akademik unvan; Award: Odul) 1. National Science and Engineering Research Council of Canada (NSERC) (Karsiliksiz TUBITAK Doktora Bursu gibi) Alexander von Humboldt Research Fellow of Germany (1992) 3. Fellow of International Academy of Production Engineers CIRP (1997). 4. Pratt & Whitney Canada Ucak Fabrikasi nin en iyi ortak arastirmaci profesoru odulu (1998) 5. Peter Larkin odulu - University of British Columbia (UBC) en iyi lisans opsiyonu (Mekatronic) yaratici ve kurucu odulu 6. Fellow of The American Society of Mechanical Engineers (ASME- Amerika Muhendisler Birligi Akademik ) Alfred Scow Odulu - University of British Columbia (UBC) en iyi master programinin yaraticiligi (Mekatronic) odulu 8. NSERC Industrial Research Chair in Virtual Machining with P&WC (NSERC Endustri Sanal Imalatda Kursu Profesorlugu Pratt & Whitney Canada Ucak Motoru Sirketi destekli) Fellow of Society of manufacturing Engineers (SME- Imalat Muhendisleri Birligi, Akademik), Nov Fellow of Canadian Academy of Engineers CAE- Kanada Muhendisler Akademisi, June Research Fellow of Pratt & Whitney Canada (Arastirma Uzman Unvani, 2008). 12. Honorary Doctorate, Technical University of Stuttgart (November 13, Onursal Doktora) 13. Fellow of University of Tokyo (February 2010) 14. APEG BC's highest award "R A McLachlan Memorial Award" (British Columbia Muhendisler Odasinin en yuksek yilin muhendisi odulu) Fellow of Royal Society of Canada (Inducted on November 27, 2010) Kanada Kraliyet Bilim Akademisi (Tarihindeki Ilk Turk Vatandasi Muhendis Kanada nin en yuksek akademik mertebesi) 16. Gold Medal Award from Engineers Canada (Kanada Muhendisler Birligi nin verdigi Yilin Muhendisi Altin Madalyasi) SME Albert M. Sargent Progress Award, Cleveland, Ohio (June 4, 2012) 18. Fellow of The International Society for Nanomanufacturing (July 26, 2012) 19. Best paper award, Industrial Journal of Automation Technology, Japonya (Sencer, B., Altintas, Y, 2011, (En iyi makale odulu) 20. NSERC SYNERGY Award (February 27, 2013) Kanada da en buyuk sirketlerle arastirma yapan en iyi akademisyen 21. Honorary Doctorate, Budapeste Teknik Unuversitesi (Onursal doktora - Mayis 25, 2013 de verilecek). 22. TUBITAK Ozel Bilim Odulu (2013). Prof. Altıntaş ın laboratuvarında geliştirilen talaşlı imalat mekaniği, dinamiği, kontrolu ve ölçme programları (CUTPRO, MACHPRO, Virtual CNC, SpindlePro, Chatterpro) iki yüzden fazla uluslararası uçak, tezgah, takım, otomotiv ve imalat firmalarında kullanılmaktadır. Hocaligi suresince yüzden fazla master ve doktora uzmanının üçte biri Türkiyedendir ve tum burslari kendisi saglamistir. Laboratuvarinda 16 uzmanlik asistani ve dort muhendis arastirma yapmaktadir.

35 XXXV Yusuf ALTINTAŞ, Professor Fellow of CIRP, American Society of Mechanical Engineers (ASME), Society of Manufacturing Engineering (SME), Canadian Academy of Engineering, Engineers Canada (EC), Royal Society of Canada (RSC), Pratt & Whitney Canada Inc., Tokyo University NSERC-P&WC Industrial Research Chair Professor in Virtual Machining Address: Manufacturing Automation Laboratory The University of British Columbia Department of Mechanical Engineering 2324 main Mall Vancouver, B.C. V6T 1Z4 CANADA Office: (604) Laboratory : (604) Fax.: (604) Home Page: e.mail: altintas@mech.ubc.ca Professor Altintas obtained his Bachelor from Istanbul Technical University (1975), M.Sc. (1980) and Ph.D. (1987) in Canada. He worked as a machine tool manufacturing engineer in Turkey ( ), process development engineer in Pratt & Whitney Canada in Montreal ( ), and the principal engineer of Canadian Institute of Metalworking in Hamilton ( ). He joined University of British Columbia and founded Manufacturing Automation Laboratory in He conducts research on metal cutting, machine tool vibrations, control and virtual machining. He has published 145 archival journal and 100 conference articles with over citations with h index of 64 (Google Scholar), and a widely used Manufacturing Automation: Principals of Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations and CNC Design. 1 st ed. 2000, 2 nd ed.:2012. His research laboratory created advanced machining process simulation (CUTPRO), virtual part machining process simulation (MACHPRO) and open-modular 5 axis CNC system (Virtual CNC), which are used by over 200 companies and research centers in the field of machining and machine tools worldwide. Professor Altintas is the fellow of Royal Society of Canada, CIRP, ASME, SME, CAE, EC, Tokyo University, P&WC, AvH and ISNM. He received Pratt & Whitney Canada s (P&WC) university partnership (1997), APEG BC s Meritorious Achievement (2002), APEG BC R.H. McLachlan (2010), UBC Killam Teaching Prize of Engineering (2011), Gold Medal of Engineers Canada (2011), SME Albert M. Sergent Progress Award (2012), NSERC Synergy Award, ASME Blackall Machine Tool and Gage best journal paper award, and the special scientific award of Republic of Turkey in Science and Engineering (2013). He holds an Honorary Doctorate Degrees from Stuttgart University (2009) and Budapest University of Technology (2013). He currently directs NSERC CANRIMT Machining Research Network across Canada. He holds the NSERC P&WC Industrial Research Chair Professorship to develop next generation Virtual High Performance Machining Technology since 2002.

36 XXXVI

37 1 DAVETLİ KONUŞMACI MATEMATİK ve TEKNOLOJİNİN GELİŞMESİNDEKİ TARİHSEL ETKİLERİ Prof. Dr. Kenan TAŞ

38 2

39 3 MATEMATİK ve TEKNOLOJİNİN GELİŞMESİNDEKİ TARİHSEL ETKİLERİ Prof. Dr. Kenan TAŞ Çankaya Üniversitesi, Matematik- Bilgisayar Bölümü, Ankara Dünyaya tek başına meydan okumayı öğrendim genç yaşta... Sonra kalabalıklarla birlikte yürümek gerektiği fikrine vardım Sonra da asıl yürüyüşün kalabalıklara karşı olması gerektiğine vardım Öncelikle bu toplantıyı düzenleyen, destekleyen ve yoğun bir üst düzey katılımı gerçekleştirenlere, başta Sayın Prof. Dr. Oktay Alnıak olmak üzere Bahçeşehir Üniversitesi Rektörü Sayın Prof. Dr. Şenay Yalçın a ve Bahçeşehir Üniversitesi Mütevelli Heyeti Başkanı Sayın Enver Yücel e teşekkürlerimi ve takdirlerimi sunuyorum. Değerli Konuklar, Matematik ve Temel bilimler, öğretimi en zor olan bilim dallarıdır. Bu bilim dallarında öğretim yapacakların daha yetenekli olması beklenir; bu nedenle de çoğu ülkede bu bilim alanını seçenlere fazladan destek sağlanır. Çünkü doğanın temel işleyiş biçimini anlamaya ve bu anlamadan çıkan sonuçlarla, başka bilim dallarının insanlığın önemli ölçüde yararlanabileceği sonuçlar elde etmesine yardımcı olurlar. Temel bilimlerde yapılacak araştırmalar yatırım değeri çok yüksek cihazların kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Çalışma alanları bakımından para getiren tıp, ziraat, eczacılık ve mühendisliklerde bu aygıtlar aynı zamanda para kazandıran işlerde de kullanılabildiği için, kendilerini kısmen de olsa finanse edebilir durumdadırlar. Ancak amacı sadece ve sadece doğadaki nesnelerin yapısını ve süreçlerin işleyiş biçimini açıklamaya yönelik çalışmalar için kullanılacak bu cihazlar özellikle ekonomik gücü sınırlı ülkeler için bir külfet gibi ve zaman zaman da lüks olarak görünmektedir,[1]. Kaynakları sınırlı olan bu ülkelerin bu konuda çalışacak insanlar konusunda ve bu alanda yapılacak yatırımlar konusunda çok daha dikkatli olması ve mantıklı planlar yapması gerekmektedir. Öncelikle bu konuda çalışacak insanların olabildiğince nitelikli gençlerden seçilmesi ve yapılacak yatırımların belirli bir kritik noktayı aşacak biçimde desteklenmesi gerekir. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığımız 2014 yılı içerisinde temel bilimleri teşvik amacıyla çok önemli bazı kararlar almıştır. Kendisi de bir Matematikci olan sayin bakanimizi ve ekibini bu kararları nedeniyle alkışladığımızı ve desteklediğimizi belirtmek isterim. Değerli konuklar, dünyada temel bilimleri zayıf ama kendisi gelişmiş bir ülke yoktur. Bu nedenle konuşmama bu konuya dikkat çekerek başlamak istedim. Bilim tarihine bakıldığında bazı önemli evrelerin olduğu ve bu evrelerin bir önceki dönemde yapılan keşifleri daha da geliştirerek ve yenilerini ekleyerek bir sonraki evreye taşıdığını biliyoruz arası matematikte önemli gelişmelerin olduğu yıllardır. Bu dönemin üç önemli gelişmesi vardır: a) Türevin bulunması. b) Analitik geometrinin ve kartezyen koordinat sisteminin ortaya çıkması.

40 4 c) Türev ile integral arasındaki, bugün Kalkülüs ün Temel Teoremi dediğimiz, ilişkinin Newton ( ) ve Leibniz ( ) tarafından, birbirinden bağımsız olarak, keşfedilmesidir. Böylelikle, bu üç gelişmenin sonucu olarak, Integral Calculus doğacaktır. Bu da, o güne kadar kullanım alanı oldukça sınırlı olan matematiğin önünü açacak ve matematiği evrensel bir bilim konumuna getirecektir. Ayrıca, kalkülüsle beraber bilimsel fizik ve mühendislik bilimleri de doğacaktır. Türevden önce, diferansiyel denklem, dolayısıyla bilimsel fizik yoktu. Bir diferansiyel denklem, fiziksel bir olayın matematiksel ifadesidir, [2] yılları arasını kapsayan ve matematiğin altın çağı olarak bilinen, bir dördüncü dönem var. Buna klasik matematik dönemi diyoruz. 18. asırda matematiğe en önemli katkıları yapan bilim adamlarının başında Euler, Laplace, Lagrange ve D Alembert i sayabiliriz. Bu dönemlerde henüz bugünkü anlamda Akademik Dergiler yok. Araştırmalar o konudaki en meşhur bilim insanlarına mektup ekinde postalanıyor. Eğer ilgili kişi kendisine gönderilen çalışmayı kaldırıp atmaz ve incelemek isterse araştırma sonuçlanabiliyor aksi durumda ise yok oluyordu. Bu dönemdeki en meşhur mektuplaşmalardan biri de 1695 de Leibniz in L Hospital e gönderdiği mektuptur. Bu mektupta Leibniz, türev kavramını herhangi bir mertebeden türeve genişletebilir miyiz? diye soruyor. L Hospital bu soruyu başka bir soru ile yanıtlıyor: ½ inci mertebeden türev olur mu? 30 Eylül 1695 de Leibniz in yanıtı geliyor: Bu günün birinde pek çok sonuçlara yol açabilecek bir paradoks dur. Leibniz in kesirli türevler üzerine ortaya attığı bu soru, 320 yıla yakın bir zamandır üzerinde çalışılan bir konu olmuştur,[4]. Tabii bu soruyu daha da ilerletip bir fonksiyonu iki ya da üç defa integre edebiliriz ama ½ defa integre edebilir miyiz? diye de sorabiliriz. Bugünkü geldiğimiz nokta itibariyle bu soruların tümünün cevabı EVET dir. Gamma ve Beta fonksiyonları ile exponential fonksiyonların genelleştirilmiş hali olan Mittag-Leffler fonksiyonları bu yeni kavramların açıklanmasında büyük rol oynar. Bildiğiniz gibi fonksiyonun sürekli olmadığı noktalarda ve grafikteki sivri köşelerde klasik anlamdaki türev yoktur. Bu durum özellikle Robotik konusuyla ilgilenenlerin karşılaştıkları problemlerden birisidir. Klasik diferansiyel denklem modelleriyle yapılan çözümlerde bu tür özel durumlar için sağlıklı çözümler bulunamamaktadır. Oysa Fractional Calculus kullanıldığında çok başarılı modellemeler yapılabilmektedir. Bugünkü bilgilerimizle bile gerçeğinden hiç ayırt edilemeyecek kadar başarılı robotlar üretilebilmektedir,[5]. Günümüzde gerçeğinden ayırt edilemeyecek kadar başarılı bir robot sinek veya kertenkele yapılabiliyor. Yani bugünkü teknoloji ile bütün bir araziyi veya dağı sabahtan akşama kadar bombalamak yerine istenen hedefteki kişinin boynundaki robot sineği patlatmanız mümkündür. Bulanık bir görüntünün netleştirilmesi ve benzeri problemlerde Fourier Dönüşümü denilen bir Matematiksel işlem önemli bir yer tutar. Geleneksel olarak bu işlem ya bir kere ya iki kere yani daima bir tamsayı olarak uygulanabiliyordu. Bir an için yapacağınız bir yemekteki ölçülerin sadece tamsayılarla sınırlı olduğunu düşünün.. Ya bir bardak su koyacaksınız ya da iki.. Bir bardak az iki bardak çok geliyorsa ayarını nasıl tutturacaksınız? İşte bunun gibi Fourier dönüşümünü bir kere uygulamanın az, iki kere uygulamanın da çok geldiği durumlarda bu işlemin kesirli bir sayı kadar da uygulanabileceği gösterilmiş durumdadır. Bu bize sadece görüntü netleştirme alanında değil birçok sinyal işleme alanında büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Biraz da 20. yüzyılın hakim iktisat görüşü olan Neoklasik Okul ve bir anlamda üzerine bina edildiği Genel Denge Kuramı na bakalım. Genel Denge Kuramı, iktisatta matematik

41 kullanımının ilk örneklerinden biridir. Neoklasik iktisat eğitiminden geçen iktisatçıların temel aldığı Arrow-Debreu modeline göre; tüm piyasaları eşanlı olarak temizleyebilen bir denge fiyat ve miktar kümesi vardır. Ekonomide bir denge durumunun varlığının, bir denge fiyat vektörünün varlığı anlamına geldiği söylenebilir. Gerekli varsayımlar sağlandığında böyle bir nokta ya da vektörün varlığını garantileyen sabit nokta teoremleri vardır. Genel dengenin varlığının ispatında sabit nokta teoremleri (fixed point theory) çok önemli bir rol oynar. Arrow ve Debreu dengenin varlığını kanıtlamak için Brouwer Sabit Nokta Teoremi ni kullanmışlardır. Ancak sabit nokta teorisinde seçilen koşullar ve kısıtlamalar çok önemlidir. Ne yazık ki günümüzde Neoklasik iktisatçıların çoğunun bu koşulları ve kısıtlamaları atlayarak doğru olmayan genel sonuçlara vardığını gözlemlemekteyiz. İyi ki Matematik var ve bütün bilim dallarının gereksinim duyduğu kadar kuramsal bilgiyi sunuyor. Hemen sizlere biraz da övünerek bir bilgi daha vereyim. Sabit nokta teorisi ve Fractional Calculus konularında Dünya daki en önemli merkezlerden birisi, hatta belki de en önde geleni mensubu olduğum matematik bölümüdür. (Bkz. URAP, 2014 alan sıralaması). Değerli konuklar, Sonsuzluk kavramı insanlığı 2500 yıldan fazla uğraştıran derin bir anlama sahiptir. Bu gün sonsuz kavramını matematikten attığımız zaman, başta fiziksel bilimler olmak üzere çağın tekniği ve teknolojisi yok olur. Büyük filozoflar sonsuz kavramını yorumlamaya çalışmışlardır. Zeno (M.Ö ), Aristo (M.Ö ) gibi antik çağ filozoflarından başlayıp, Kant ( ) ve Hegel ( ) e kadar uzanan süreçte sonsuz kavramına açıklık getirildiği söylenemez. Ancak, 17.yüzyıldan sonra matematik analize giren sonsuz büyük ve sonsuz küçük kavramları konuya bilimsel bir açıklık getirmiştir. 20.yüzyıl başlarında matematiğe temel olmaya başlayan Kümeler Kuramı 2500 yıllık tartışmaya son noktayı koymuştur. Sonsuzluğun doğuşunu sağlayan nedenlerden biri olan limit kavramının matematiğe girişi Analiz adıyla anılan büyük ve önemli bir bilim dalını doğurmuştur. (Bu sözcük L. Euler le birlikte kullanılmaya başlanmıştır). Klasik fizikteki problemlerin çözümü analizin sınırlarını zorlamış ve onu geliştirmiştir. Benzer şekilde klasik fiziğin çözümleyemediği bazı doğa olaylarının açıklanabilmesi için yeni teorilere ihtiyaç duyulmuştur. Bu çalışmalar sonucunda yıllarında Kuantum Fiziği ortaya çıktı. Bu yeni kuramın temelleri de Fonksiyonel Analiz dediğimiz matematik dalının ortaya çıkmasını sağlamıştır. Işığın dalga hareketiyle mi, yoksa parçacık halinde mi yayıldığı sorusu geçen yüzyılın başlarında fizikçileri birbirine düşüren önemli bir soruydu. Çünkü ışığın yayılmasını Schrödinger in Dalga Mekaniği Kuramı ile Heisenberg in Belirsizlik ilkeleri - Matris Mekaniği Kuramı farklı biçimlerde ama doğru olarak açıklıyordu,[3]. Heisenberg bu çalışması ile 1932 de Nobel ödülü almıştır. Fizikteki bu önemli probleme Fonksiyonel Analiz bilim dalı mükemmel ve çok zarif bir çözüm getirmiştir. Schrödinger kuramı L^2 fonksiyon uzayı içine, Heisenberg in kuramı ise l^2 dizi uzayı içine yerleştirilmekte ve bu modeller içinde açıklanabilmektedir. Oysa bu iki uzay matematiksel açıdan yapıları birbirine denk olan uzaylardır. Matematik genel olarak bir akıl yürütme ve soyutlama sanatıdır. Bunu bir örnekle biraz daha açalım: Euclid (MÖ ) kendi adıyla bilinen geometrinin aksiyomlarını ortaya koymuştur. Buradaki 5. Aksiyom bir doğruya dışındaki bir noktadan bir ve yalnızca bir paralel çizilir der de N. Lobachevski, Euclid geometrisinin 5. Aksiyomu dışındaki aksiyomları aynen aldı ve bu aksiyomun yerine bir doğruya dışındaki bir noktadan birden çok paralel çizilebilir aksiyomunu koydu. Ortaya Hiperbolik geometri diye bilinen bambaşka bir geometri çıktı. Bu yeni geometride bir üçgenin iç açıları toplamı 180 dereceden küçük olur. 5

42 6 Aynı mantıkla devam ederek siz de Euclid in 5. Aksiyomu yerine bir doğruya dışındaki bir noktadan hiçbir paralel çizilemez aksiyomunu yerleştirseniz ve diğer aksiyomları aynen alacak olsanız siz de farklı bir geometri elde edersiniz!.. Harika değil mi? Koskoca bir Matematik teorisi kurgulamak hiç de zor değilmiş!.. Ama çok da sevinmeyin. Bunu sizden önce 1890 da Alman Matematikçi B. Riemann yapmış. Bu yeni geometriye Küresel geometri veya Eliptik Geometri deniyor. Bu geometride bir üçgenin iç açıları toplamı 180 dereceden büyük olur. Burada çok önemli bir şeyi daha vurgulamakta fayda var: Yeni ortaya çıkan bu geometriler Euclid geometrisindeki bir üçgenin iç açıları toplamının 180 derece olduğunu söyleyen yasanın yanlış olduğunu söylemez. Bunlar birbirinden farklı matematiksel sistemlerdir. Her sistemin doğruları ancak ve ancak o sistem içinde geçerlidir. Matematik belirli aksiyomlara dayanarak kurduğu sistem içindeki doğruları arar ve bulur. Yani dik kenarlarının uzunlukları 1 birim olan bir dik üçgenin hipotenüsünün uzunluğunu tam sayılar kümesinde bulmaya çalışıyorsanız başaramazsınız. Orada çözüm yoktur. Çözüm irrasyonel sayılar kümesindedir. J. Dedekind 1865 de irrasyonel sayıları kurup rasyonel sayılara katınca gerçel sayılara ulaşılıverdi. Bu da bize 2000 yılı aşkın bir süredir çözülemeyen pek çok sorunun çözülüvermesini sağladı. Sevgili arkadaşlarım ve dostlarım, Gelecek yıllar her alanda KALİTE kavramının öne çıktığı ve daha fazla tartışıldığı yıllar olacaktır. Bilim sahnesinde daha üst roller almak zorundayız. Seyirci olmak yeterli değildir, oyuncu olmak zorundayız. Daha üst düzeyde bilim ve teknoloji üretmek zorundayız. Konuşmama, Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanı mızın çok önemli gördüğüm ve yürekten paylaştığım aşağıdaki sözleri ile devam edeceğim: Şu anda yaptığımız üretim, düşük ve orta teknoloji seviyesinde. Bundan dolayı da pazardaki ciddi rekabet, şirketlerin karlılığında azalma meydana getiriyor. Bu alanda yoğun bir rekabet var. Yoğun rekabet, şirketlerin karlılıklarını düşürüyor ve karlar azaldıkça şirketler, sanayiden hizmete doğru kaymaya başlıyor. Bunun sebebi Türkiye nin üretim potansiyelinin azlığı değil, teknoloji seviyemizin düşüklüğüdür. Yapmamız gereken şey belli, Türkiye düşük orta teknoloji seviyesinden, orta yüksek ve yüksek teknoloji seviyesine geçmek durumunda. Bunu başarırsak şirketlerimizin karlılığı da rekabet etme seviyesi de yükselecek ve daha fazla mal ve ürünü daha yüksek katma değerle satacak. Burada da olmazsa olmaz olan teknoloji transferi, bilginin ekonomik ve sosyal faydaya dönüşmesidir. Bu çerçevede araştırma ve proje kalitemizi mutlaka yükseltmeliyiz Değerli Konuklar, Özet olarak Matematik ve Temel Bilimlere özel bir önem vereceğiz, kaynak aktaracağız. Bu alanları yaygın öğretim şeklinde değil, nitelikli öğretim biçiminde organize edeceğiz. Bu sayede ortaya çıkacak özgün ürünlerin endüstrinin kullanabileceği duruma getirilmesine destek olacağız. Ortaya çıkacak nitelikli ürünlerin patentleşmesinden üretimine kadar geçecek sürede her türlü desteği vereceğiz. Bugünkü yapıda rekabet edebilmek için buna mecburuz. Matematikte çalışan insan sayısı ve yapılan üretim hiçbir dönemde bu yüzyıldaki kadar yüksek olmamıştır. Üretimin çokluğu, çeşitliliği, kullanılan dilin konuya özel oluşu, matematiğin bütünü hakkında bir bilgi sahibi olmayı imkânsız kılmaktadır. Bu nedenle

43 7 insan ömrü bugünkü matematiğin sadece belli bir kısmını öğrenmeye ancak yetmektedir. Benimki de sadece bu kadardır. Hepinizi saygıyla selamlıyorum. Kaynaklar [1] Ali Demirsoy, Denemeler, [2] Ali Ülger, History of Mathematics, [3] Karaçay T., İslam ülkelerinde bilimin gerileyişi, (2011), Kuban Matbaacılık, ISBN [4] George A. Anastassiou, Fractional Differentiation Inequalities, Springer, (2009), ISBN [5] J.A.T. Machado et al, Some applications of Fractional Calculus in Engineering, Math. Problems in Eng. (2010) [6] URAP, 2014 Matematik Alan Sıralaması

44 8

45 9 PANEL I Çevre / Ekonomi / Elektronik / Bilgisayar

46 Çamlar hep yeşil kalır. Herkes hayatta sıkıntılarla karşılaşabilir. Hiç moralinizi bozmayınız. İyi niyetle ve gayretle çalışmanıza devam ediniz. Sevilir, sayılır ve işlerinizi başarırsınız. Editörden 10

47 11 KYOTO PROTOCOL, ITS BACKGROUND AND INDUSTRIAL IMPACT Prof. Dr. Erhun KULA Bahcesehir University Besiktas, Istanbul, Turkey Abstract Kyoto Protocol is a serious attempt made by the international community to deal with one of the major environmental problems of our time that is global warming. No such endeavour has taken place before. But this agreement did not develop in a vacuum; there has been fore runners who inspired the international community to devise such a scheme. This paper considers a number of powerful ideas that are the building blocks of the Kyoto Protocol and then considers its industrial impact. One of the most salient features of Kyoto Agreement is that it is based upon market environmentalism advocated by the Nobel Prize winning economist, Ronald Coase, who argued that in order to protect the environment we should rely more on the forces of the market rather than direct government intervention. Another powerful idea behind Kyoto is that we live in a closed environment which is like a spaceship and thus we can t go on polluting it nor can we deplete its limited resources in a reckless fashion, as advocated by Kenneth Boulding. If we do that we are doomed. Based upon the ideas of Spaceship Earth a number of model builders created various disturbing scenarios about the future of the mankind. The most powerful group was the Club of Rome who advocated a substantial change in our attitude towards the environment. The purpose of this paper is to look at these ideas which are the background of Kyoto Agreement and also make some remarks about its industrial impact. Introduction Kyoto Protocol is unique in human history. Never before such a large number of nations (192) got together to tackle a universal environmental problem; global warming. But this agreement did not occur in a vacuum for there are some major ideas/concepts behind it. After the Second World War major economies of the world were growing rapidly putting pressure on the environmental quality as well as on the stock of non-renewable resources. These issues attracted attention of a number of thinkers who began to puzzle about how to solve the global pollution problem which they realised that it would become a major international concern not in too distant future. Nobel Prize winning economist, Ronal Coase, reasoned that our environmental problems can be solved by a greater reliance on the forces of the free market rather than government regulation. In his opinion pollution problem could be resolved with the negotiation between the polluter and the polluted. For this, we need to institute property rights. His ideas were thought to be odd at the time but in later years they became acceptable by a large number of policy makers. Another influential thinker was Kenneth Boulding, an English economist working in the USA in the 1960s and 70s, who was impressed by the pictures of the earth taken from the space for the first time. These pictures made him obvious that our world was like a small self contained spaceship in which economic activities take place. The humanity would be doomed if we keep on contaminating our spaceship and deplete its limited resources in a reckless fashion.

48 12 Concerned by increasing global pollution and resource scarcity and the theories of doom a number of think-tanks began to work on the creation of world models in the 1960s and 1970s with a view to predict the state of the world in future. Amongst those was the Club of Rome who published its report, Limits to Growth, which made a front-page news headlines in many respectable newspapers of the world. These arguments began to worry many world leaders who participated in a major environmental conference in Rio, At that meeting heads of states decided that there should be an international agreement to reduce the greenhouse gas emissions by relying on the forces of the market, which was advocated by Ronald Coase in This was the beginning of the Kyoto Deal. The purpose of this paper is to look at the ideas which are the pillars of the Kyoto Agreement and also make some comments about its future. Ronald Coase and Market Environmentalism According to Coase (I960), if a system of property rights is properly instituted and guaranteed by the force of law there would be no need for intervention on, say, pollution; the parties involved should be left to tackle the issue themselves. In a free market environment with well-defined property rights individuals would be able to achieve the desirable level of pollution. In Coase s theorem, it is not crucial which party, polluted or the polluter, holds the property rights. Under certain assumptions, a desirable level of environmental degradation can be achieved by negotiations between the polluter and polluted. If the polluter has the property rights, he or she could be compensated by the polluted for costs incurred in pollution reduction. Similarly, if the rights are with the polluted, they could be compensated by the polluter for their tolerance of the nuisance. In fact, there is no requirement or restriction on the nature of the deal done; it could be a bribe as well as compensation. The assignment of property rights would solve the problem. See also Olson and Zeckhauser (1970) and Farrell (1987). In the bargaining process, the polluted would be willing to pay any money less than the suffering he or she would otherwise have to bear. On the other hand, the polluted will accept any money higher than his or her benefit curve for a unit reduction in the level of activity. Coase s property rights approach becomes appealing when there are a small number of individuals involved. Interested parties could effectively negotiate a payment scheme to induce those who generate externalities to adjust their behaviour to acceptable levels. There are a number of well-known cases of bargaining which have taken place between a small numbers of parties with satisfactory results. The 1939 Trial Smelter Arbitral Tribunal is a case in point. The tribunal dealt with smoke damage caused by a Canadian industrial plant in North America. An international arbitration body found that Canada was liable for the damage caused by the industrial unit located in her jurisdiction and recommended reduction of emission, Trial Smelter Arbitral Tribunal (1939). Coase s theorem has been criticised from a number of viewpoints. When the number of parties involved is not small, the likelihood of negotiation becomes unworkable due to the administrative cost of co-ordination. Even when the number of polluters in a locality is small, those affected by the emission tend to become large enough to make direct negotiation unmanageable. When the numbers are huge, they will tend to treat the behaviour of all others as beyond their control. See Buchanan (1967), Kneese (1971) and Lerner (1971). With such numbers it will be extremely difficult for individuals to establish a definite and clear-cut bargaining strategy. It is inevitable that there will be different interest groups each trying to fight its own corner.

49 Demsetz (1969) contends that the idea of negotiation between interested parties would be relevant if negotiation costs are small. However, when an agreement is reached, we should not immediately assume that the cost of policing the agreement will be small. The problem will be even more acute in the case of regulation in which policy makers need to take the views of all those affected in the community before implementing and enforcing the policy. That is, cost of negotiation and enforcement for regulation is bound to be enormous and thus the best solutions to environmental problems are the development of property rights. Coase s analysis that it makes no difference on efficiency grounds which party has the property right is debatable. When such rights are held by the rich and powerful, the outcome is likely to be different from the case in which the holders are average citizens. Furthermore, what if the victims of pollution are the poorest members of society, which may be so in many instances, would it then be morally right to expect the victims to pay the offenders for improvement in the quality of the environment? There are also cases of external effects which are dispersed over a wide geographical area affecting a number of countries and millions of individuals. For instance, pesticide used by a farmer does not only affect a small group of individuals in the immediate area. It gets transported from its point of origin by winds, rivers and ocean currents and spread throughout the globe affecting countless numbers of individuals. Acid rain is another example of transfrontier pollution in which large numbers of industrial units affect millions throughout the globe. The nature of external effects in these cases makes it practically impossible to use Coase s property rights approach to strike a deal between the culprits and victims. Furthermore, in the case of intergenerational environmental problems, it is not clear in Coase s theory who would be bargaining on behalf of future generations, especially the distant ones who may be the most vulnerable. In cases such as acute resource depletion, global warming and nuclear waste storage, can future individuals bribe present generations so that harmful activities are moderated or eliminated altogether? It is also doubtful that individual bargaining power, even if it was practical, would result in a socially optimal outcome. Let us take a case in which a factory is emitting smoke which stays mostly in the surrounding district and individuals who live in that area are paid an amount sufficient to compensate them fully for the nuisance. In this case, since everyone is compensated, no one would have any motivation to live away from the factory. In effect, compensation would create an economic incentive to accept the bad effects of the externality with no offsetting benefits to anyone. In the words of Baumol and Oates: An excessive amount of smoke emission and an excessive number of nearby residents should both be avoided. Excessive smoke emission can be curbed by a Pigovian tax on the producer. Now Coase s analysis has suggested that, to prevent too many nearby residents, it may be necessary to impose a tax on those who live nearby. Far from compensating the victim of the externality, Coase s view is that they should be charged for the smoke they inhale. Coase, in support of his position, argues further that the imposition of a pollution tax can itself introduce a set of externalities. In the previous example, let us say that more households move into the region which is affected by the smoke. In this way social damage caused by the external effects will be increased by the decisions of the households as the tax will affect the firm. Increased tax is an externality created by the decisions of the households which will reduce the value of the output produced by the firm. The failure to take account of this cost created by the households is comparable to the cost created by the firm on the households resulting from the emission. However, Baumol and Oates (1975) 13

50 14 demonstrate that this type of reverse externality mentioned by Coase need not create resource misallocation because it is a pecuniary externality. Taxation would only change prices of some commodities and affects the financial circumstances of the parties involved. Increased smoke, on the other hand, will increase the cost on resource use as, for instance, households would require greater laundry service. Recently, it has been argued that with imaginative methods the property rights approach can be extended to many cases. For example, exhaust fumes from cars are a major source of air pollution and a property rights-based approach can be used to moderate the problem. One proposed solution is to privatise major motorways which are the main source of traffic pollution. This would make the owner of the motorway, who was liable for damages; in turn seek measures to reduce this liability. Under this system, cars with better pollution control equipment would be subjected to lower tolls, while tolls at peak times would be made more expensive, thus reducing heavy concentrations of smoke by spreading the emissions more evenly during the day and night (Rothbard 1982). Boulding s Spaceship Earth In 1966, Kenneth E.Boulding (1966) published a short article The economics of the coming Spaceship Earth in a small book entitled Environmental Quality in a Growing Economy, edited by Henry Jarrett (1966). In his chapter, Boulding takes a long view of the state of the world with a critical look at the goals and values which had been accepted without much question for so long. Around that time, photographs of the globe taken for the first time from space showed that our world is a small, self-contained spaceship rather than an endless plain with infinite room to manoeuvre. With growing population, exhaustion of natural resources and restricted space for disposal of all kinds of industrial and agricultural waste, Boulding expressed grave doubts about the desirability of economic growth, which had been one of the most important objectives of all governments. In his view of an econosphere in which economic activities of mankind interact with local, national and world environments, growth especially in the way that it has taken place in the industrialised world during the last century or so is unsustainable. Most introductory textbooks in economics contain a diagram of an economic system showing the circular flow of economic activity in which natural resource scarcity, pollution and waste disposal are rarely mentioned. If they are mentioned for example, with regard to waste problems it is implicitly assumed that waste resulting from production and consumption will be recycled by nature to be returned to the land by the natural and indestructible powers of the soil. Furthermore, as firms bring factors of production together to produce goods and services demanded by other firms, as well as households, unlimited natural resource input is assumed to sustain the circular flow. According to Boulding, this is an open system in which a structure is maintained in the midst of a throughput from inputs to output. The economic psychology which has been developed during the last couple of decades is that of the open system, which needs to be transformed into the closed system the spaceship economy. Given the exhaustibility of fossil fuel and metal deposits, and the limitation of the world to absorb pollutants, such transformation is essential. If we do not make this move now, when we have relatively more room for manoeuvre, circumstances will force us to do it in the not so distant future under much tougher conditions. The large energy inputs that we have been obtaining from fossil fuel, and the raw materials from other exhaustible resources, are strictly temporary. We will run out of these items eventually. It is rather like the early settlers in America arriving from Europe on the eastern seaboard and moving to the west for further and further settlements in the

51 15 belief that America is infinitely accommodating. Eventually, this belief was dented when settlers reached the shores of the Pacific Ocean. In the transformation of a system from one form to another there are three essential items: matter, energy and knowledge the last being the most important. Before anything else, man must have sufficient information about an issue or a problem; then he must visualise a solution. For example, a machine to speed up a production process originated first in the mind of man, and then material and energy resources were exploited for its construction. Knowledge and imagination is the key to all kinds of human development including economic transformation and progress. As an example, consider the destruction of capital in Germany during the last war. Because the knowledge of the Germans was not destroyed, the stock of capital was recreated within a couple of decades. In a country such as Ghana, there was no creation of substantial capital because the knowledge did not exist in sufficient amounts. Without credible information about the econosphere, the desire to modify the established patterns of economic behaviour will never take place. This is the first step. The second step is that mankind must then think of ways and means of constructing a new order within the context of a spaceship economy. Boulding, in colourful language, tries to explain that established measurements of economic success do not make sense in a spaceship economy. For example, the growth rate of the gross national product is almost universally accepted as a measuring rod for the economic success of the nations. Likewise, at an individual level, income and wealth give a person great prestige in a modern consumer society. In conventional economics, consumption and production are regarded as good things and little consideration is given to resource depletion and deterioration of environmental quality which will eventually make both activities unsustainable. The success of the economy is measured by the amount of the throughput from the factors of production, a part of which, at any rate, is extracted from the reservoirs of raw materials and non-economic objects, and another part of which is output into the reservoirs of pollution. If there are infinite reservoirs from which material can be obtained and into which effluvia can be deposited, then the throughput is at least a plausible measure of the success of the economy. By contrast, in the spaceman economy, throughput is by no means a desideratum, and is indeed to be regarded as something to be minimised rather than maximised. The essential measure of the success of the economy is not production and consumption at all, but the nature, extent, quality and complexity of the total capital stock, including in that the state of the human bodies and minds included in the system. In the spaceman economy, what we are primarily concerned with is stock maintenance and technological change which results in the maintenance of a given total stock with a lessened throughput (that is, less production and consumption) is clearly a gain. Figure 1 shows the economic activity inside the spaceship earth which contains, in its most simplified form, four sectors: households (or consumers), firms (or producers), exhaustible resources and waste disposal. Traditional economics focuses only on the first two whereas the econosphere considers all four simultaneously. Households provide factors of production (land, labour and capital) to firms, and firms supply goods and services in return. Both households and firms extract from the natural resource sector and both create waste in the course of production and consumption which is passed on to the disposal sector. The main problem here is that as the level of economic activity and population keep on growing, which was highly conspicuous at the time when Boulding formed his ideas, both scarcity and waste problems will get worse unless drastic measures are taken. The conventional system of growth cannot continue because of intensifying

52 16 scarcity and worsening waste disposal problems. Boulding recommends that the natural resource base must be diligently protected and wastes must be properly managed; our longterm survival depends on our ability to manage these two sectors. Figure 1. Spaceship Earth in Year 200 Let us say that Figure 1 illustrates state of the world at the turn of this century. What would the Spaceship look like in the middle of the century? Figure 2 indicates that in the absence of no change in human behaviour the world would be in a sorry state. Boulding warns against complacency in delaying the construction of a structure for the spaceship economy. Figure 2. Spaceship Earth in, say, in Year 2050 An attitude such as let us multiply, eat, drink, spend, extract and pollute i.e. let us grow in the usual way, as the Spaceship Earth is still a good way off is harmful. In many respects, spaceship economy has arrived, we have already run out of clean air in many industrial cities, many lakes have become cesspools, forests have disappeared from some regions, and once highly productive mines have been exhausted. But the greatest harm will be done to future generations as they are likely to inherit an even more contaminated spaceship, with less and less natural resource deposits in it. For this, there can be no moral legitimacy. A society which loses its responsibility to future generations soon falls apart, as history has demonstrated many times over. In support of Boulding s Spaceship Earth concept, Barnett (1979) argues that the growth of economic activity over the last couple of hundred years has created many environmental problems and made the earth fragile. It is rather like an ant growing to the size of an

53 17 elephant and becoming highly fragile and immobile in the process. If beings from outer space were to view the human ecology they would quickly observe the rapid damage to the environment which is resulting from unrestricted growth and in which market failure must bear some responsibility. Club of Rome It was only a matter of time before model builders would capitalise on Boulding s concept of Spaceship Earth and, by using computer simulation technology, would try to predict the future. One of the most notable works in this was by the Club of Rome. The world models contain three groups of items: absolute variables such as non-renewable resources, land availability, population, capital stock and population; changes in the levels of these variables, and auxiliary variables such as industrial output, food production, and effect of pollution of lifetime and pollution absorption time. In the first category, land is divided into agriculture, industry and service sectors. Population is divided into various age groups. All variables are measured by index numbers and in terms of growth rates. The interaction between these three groups of variables is conducted by mathematical equations which include feedback loops. For example, growth in pollution impacts upon agricultural production and population growth rates. Accumulation of capital leads to an increase in living standards which in turn, by way of a different link, affects capital accumulation, a feedback process. For a further explanation of the working mechanism of the Club of Rome s world models, see Cole (1973), Hueting (1980) and Page (1973). All computer models contain eight explicit variables: population, non-renewable resources, industrial output, pollution, food production, services, birth rate and death rate. Amongst these, non-renewable stocks always take a negative growth rate, i.e. they deplete. Other items can take positive or negative growth rates depending upon the events taking place in each model, or they can remain constant. All computer models have two distinct phases past and future. The first one describes trends in all eight variables between 1900 and The Club of Rome contends that throughout recorded history human population, pollution, capital investment and food production have been growing exponentially. For the future, the world is predicted to be entering into a number of possible shapes, depending upon the behaviour of the variables involved. All in all, the Club runs fourteen models under various assumptions. In the first model, called the standard run, which is shown below, the proven stocks of destructible resources are taken to be the major constraint on economic growth. The collapse of the world system begins in the early part of the twenty first century when the food curve falls below the population variable. The system fails because of non-renewable resource exhaustion. The industrial capital stock grows to such heights that it requires enormous inputs of resources. As scarcity bites, marginal deposits become economical and then more and more capital is used for bringing inferior stocks out of the ground, leaving less to be invested for future growth. Capital investment cannot keep pace with depreciation, the industrial base falls apart taking with it agricultural and service sectors that have become highly dependent on modern inputs such as pesticides, inorganic fertilisers, computers, hospital laboratories, and so forth. Then the world system fails, the population rises for a short while due to the delays in the process and then begins to fall rapidly.

54 18 OUTCOME OF THE STANDARD RUN At a later stage, the Club obtains stable world models by implementing a number of operations. Population is stabilised by setting birth and death rates equal. Industrial capital, after a natural increase until 1990, is stabilised by setting investment rates equal to the rate of capital depreciation. In order to avoid non-renewable resource famine, their consumption is reduced to a quarter of 1970 levels. Economic preferences of society are assumed to be shifted towards the service sector such as health and education, and in this way levels of factory-produced material goods are reduced along with contamination. Pollution-generating industrial and agricultural output is curtailed to a quarter of its 1970 value. Capital is diverted to agriculture in order to produce food by way of environmentally- friendly methods. Under these assumptions, the Club becomes able to obtain a stable world model in which population, industrial output per head, and pollution are not growing. If the humanity achieves that the world is unlikely to become a hellish place. Rio Conference of 1992 The Rio summit turned out to be one of the greatest gatherings of presidents and prime ministers (the most reliable tally reported to be 120) where rich and poor nations sat together to discuss the future of the planet. Leaders discussed many environmental problems but the main focus was on the global warming. One remedy for his problem was carbon tax to curb the greenhouse gas emissions. However, European leaders argued that it would be very difficult, if not impossible, to sell this to European taxpayers and shied away from it. One alternative to carbon tax was thought to be carbon trading rights, which, essentially, is a market based instrument. In order to boost its credibility the father of market environmentalism Ronald Coase was given Nobel Prize in Economics in European leaders liked this method because it would not place an extra burden on the taxpayers.

55 19 Almost immediately after the conference serious work started on the marketable pollution permits. The Kyoto Deal Kyoto Protocol was drafted in the Japanese city of Kyoto in 1997 with a view to reduce greenhouse emissions to combat global warming. According to this 38 industrial nations had to reduce their emissions by the year 2012 to levels, on average, that are %5 lower than 1990 levels. At least 55 nations had to ratify the Treaty before it became binding. Under the Treaty India, China and other developing countries had no obligation to control their emissions. These 38 nations agreed not to exceed 16 billion tons of CO2 per annum in years which is less than 1990 levels. To this effect permits for 16 billion tons were to be awarded to them. If a nation emits more than her quota then she must purchase permits from other countries. Conversely, if a nation emits less than her share then she can sell her permits on the open market. In this way pollution emission permits would become valuable financial assets. In January 2005 European Union allocated permits to installations in five energy intensive industrial sectors such as cement, paper, glass, steel and power. The EU was well aware that the effectiveness of the system depends upon the price of the permits which is now determined by the law of supply and demand. If the supply is less than demand the permits would became costly. Since 2005 the price of permits fluctuates in line with changing economic conditions. The latest economic crises which impacted upon adversely in all five sectors lowered the permit prices. The European Union is running an electronic registration system to track down ownership of the permits. Current and potential impact of Kyoto It has been recognised right at the outset that the Kyoto deal would impact not only on relevant industries cost but also on their location. For example, let us take steel industry. It would make commercial sense to locate new plants in countries such as India, China and others who are outside the Kyoto Deal because steel would be much cheaply produced there. It is one reason why the United States who is the largest emitter of greenhouse gasses stayed out in order to protect her energy intensive industries. In 2011, one year before the expiry of the Kyoto s first phase Canada, Russia and Japan stated that they would not take on further targets. Canada was given %6 target to reduce her emissions. Canada was one of a few western countries who came out of recession lightly and as a result in 2009 her emissions turned out to be %17 higher than 1990 levels which meant enormous penalties. In the event Canada walked away from Kyoto as of December As the first phase of Kyoto was coming to an end nations meet at Doha and decided to extend Kyoto Protocol for another term until EU countries Australia and 8 other developed countries agreed to binding emission cuts in the extension plan. It is difficult to argue that the first phase of the deal has been a success. Then the question is is Kyoto useless? I do not think so. First and for most Kyoto signifies that nations have realised at last that there is a global problem which must be dealt with in a joint action. Collective deeds are extremely difficult to establish but Kyoto has scaled this hurdle. Secondly, existing problems of Kyoto Protocol are likely to be resolved over time. For example it took 50 years for the World Trade Organisation to evolve into its current form from a modest collection of bilateral agreements.

56 20 References [1] Barnett, H. and Morse, C. (1976) Scarcity and Growth: the Economics of Natural Resource Availability, Johns Hopkins University Press, Baltimore MD. [2] Baumol, W.J. and Oates, W. (1971) The use of standards and prices for protection of the environment, Swedish Journal of Economy 73: [3] Boulding, K.E. The economics of the coming Spaceship Earth, in H.Jarrett (ed.) Environmental Quality in a Growing Economy, Johns Hopkins University Press, Baltimore MD. [4] Buchanan, J.M. (1967) Cooperation and conflict in public goods interactions, Western Economic Journal, [5] Coase, R. (1960) The problem of social cost, Journal of Law and Economics 3:1 44. [6] Cole, H. S. (1973) The structure of the world models, thinking about the future a critique of the Limits to Growth, Chatto and Windus, London. [7] Demsetz, H. (1969) Information and inefficiency: another viewpoint, Journal of Law and Economics 12:1 12. [8] Farrell, J. (1987) I n f o r m a t i o n and Coase s theorem, J o u r n a l of Economic Perspectives, vol. 1: [9] Hueting, F. (1980) New Scarcity and Economic Growth: More Welfare through Less Production, North Holland, Amsterdam. [10] Jarrett, H. (1966) Environmental Quality in a Growing Economy, Johns Hopkins University Press, Baltimore MD. [11] Kneese, A.V. (1971) Enviornmental pollution economics and policy, American Economic Review 61: [12] Lerner, A.P. (1971) Priorities and efficiency, American E c o n o m i c Review 61: [13] Olson, M. and Zeckhauser, R. (1970) The efficient production of external economies, American Economic Review 60: [14] Page, T. (1977) Equitable use of resource base, Environment and Planning A, 9: [15] Rothbard, M. (1982) Law, property rights and free market environmentalism, Cato Journal 2:55 1

57 21 JAPONYA TECRÜBELERİ IŞIĞINDA KAİZEN VE KALİTE SİSTEMLERİ İLE VERİMLİLİK Dr İsmail ALTUNCU Kaizen uzmanı Japan International Group Kaizen nedir? Japonya da işletmelerin verimlilik, kalite, maliyet, karlılık gibi temel hedeflerin iyileştirilmesinde yaygın olarak kullandıkları yöntemdir Kaizen. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi Japonca da kai değiştirme ve zen daha iyi karakterlerinin bileşiminden oluşan bir terimdir. Yeraltı kaynakları ihmal edilebilir boyutlarda olan Japonya nın teknoloji devi, üretim dehası olmasının sırrını çok düşünmeye gerek yok. Ne bizden daha güçlü ve kuvvetli insanlar yaşıyor orada, ne de bizden daha akıllı. Yaptıkları tek şey; daha verimli olmaktır. Bunun anahtarı da Kaizen dir. Hemen her işletmede Kaizen i teşvik edici uygulamalar vardır. Örneğin bu işin liderlerinden olan Toyota nın Amerika fabrikasında 1999 yılı içersinde, 7000 işçiden fikir beyan edilmiş ve bu fikirlerin %99 u uygulamaya geçirilmiştir. Kaizen ve çalışanların motivasyonu: En basitinden ele alınırsa, işletmede her çalışanın fikir bildirme hakkı ve özgürlüğü vardır. Bunların her biri itina ile kayıt altına alınır ve değerlendirilir. Temizlik işçisinden CEO ya kadar bütün kademelerdeki çalışanların sundukları fikirlerin kabul edilip uygulamaya konulması ile bu insanların motivasyonunun ne derece artacağını ve şirketi ne kadar benimseyecekleri açıktır. Teklif edilen fikir eğer uygulamaya değer bulunursa çalışana az da olsa bir ödül verilir ve hemen uygulamaya konur. Kaizen ve Türkiye: Özellikle benim dediğim olsun felsefesinin yaygın olduğu memleketimiz için Kaizen uygulamaları biçilmiş bir kaftandır. Bunun sağlamasını hemen yapalım. Sakarya daki Toyota fabrikasının genel müdürü Kikuchi Bey ile Japonya da yaşadığım sırada sohbet etme imkânı budum. Biraz havadan sudan konuştuktan sonra bana Toyota Türkiye fabrikasının en verimli ve en az hatalı fabrikaları olduğunu söyledi. Önce bunun zarif bir Japon iltifatı olduğunu sandım. Fakat daha sonra Toyota nın diğer birimlerinden gerçek olduğunu öğrendim. Süreç nasıl işliyor? Konuya dönmek gerekirse, önce Kaizen sürecinin nasıl işlediğine dair biraz bilgi vermekte fayda vardır. Grup halinde yapılacak Kaizen çalışmalarında oylamaya gidilir. Hangi konuyu ele alalım? şeklindeki bir sorudan tutun da etki eden faktörlerin belirlenmesi ve çözüm tekliflerine varıncaya kadar bütün süreçte tam bir demokrasi hakimdir. Böylece ortaya çıkan sonucu ve gelen yenilikleri herkesin benimseyip

58 22 uygulaması daha kolay olmaktadır. Bir başka ifade ile fikir üretmede demokrasi, uygulamada tam bir takım oyunu ve askeri disiplin esastır. Ya konuşma vakti fikrin varsa konuşursun, ya da tam bir er gibi sorgusuz sualsiz uygularsın. Hem fikirsiz hem de eleştirel bir davranış, kapıya konulmanın bir gerekçesidir. Her şirkette Kaizen yarışması yapılır. Herkes üzerinde çalıştığı Kaizen çalışmasını jüriye sunar ve dereceye girenlere para ödülü verilir. Yöneticileri tarafından iltifat, maaş zammı, hatta terfie varan ödüller alırlar. Japonya daki Kaizen tecrübelerim ne diyor? Japonya da bir yüksek teknoloji şirketinde uzun süre çalıştım. Bu sırada yapmış olduğum bir Kaizen çalışmasından bahsedeceğim. Japonya dışı satış operasyonlarının yanı sıra yine Japonya dışı bütün servis ve tamir işleri benim denetimimdeydi. Buradaki problemimiz bu işlerde olan yığılma ve gecikmelerdi. Faktör analizi yaptığımızda denetleme sisteminde boşluklar ve İngilizce raporların yazılmasında aksamalar gördük. Bunun için öncelikle mevcut servis denetim veri tabanını geliştirdik. Böylece operasyon ile ilgili herkes teslim alma, gönderme, bakım, raporlama ve tabii ki yönetim tarafından bu veri tabanı monitör edilebilir hale geldi. Haftada bir güncel durum değerlendirildi ve ilgili muhataba rapor edildi. Çalışanların İngilizce rapor yazma sorununu çözmemiz gerekiyordu. Esas yığılmanın burada olduğunu tespit ettik. Pareto diyagramı ile arıza ve bakım konularını 25 ana başlıkta topladık. Böylece oluşturulan Japonca önyüzlü bir Excel makro ile arızanın çeşidi, ürün kodu, seri no ve yapılacak bakım onarımın çeşidi mönüden seçilerek otomatik olarak İngilizce rapor çıkışı yapan bir yazılım geliştirdik. Bu programı kullanan ve İngilizce bilmeyen teknisyenler artık kolayca İngilizce rapor yazar hale geldiler. Daha önce saatler süren bu işlem, artık birkaç dakikada halloluyordu. Bu programda öngörülen 25 arıza çeşidi toplam vakaların %97 sini kapsıyordu. Kalan %3 lük kısım ise eskisi gibi yazılacaktı. Ayda ortalama 200 rapor düşünüldüğünde sarf edilen mesai 400 saatten 17 saate düşürüldü. Böylece fazla mesai ve dışarıya tercüme ettirme gibi bir yük ortadan kalktı. Vakit kazanan çalışanlar da başka problemleri çözmek üzere bu tür Kaizen çalışmalarına ayıracak vakit buldular. Dünya markalarlarında Kaizen sloganları: Japon şirketlerinin sloganlarına bir göz atalım. Kendini uluslararası arenada ispat etmiş bu şirketlerin kültürünü yansıtan sloganlarda Kaizen felsefesinden izler bulacaksınız. Demek ki bu şirketlerin de başarısının altında Kaizen yatıyor. Mitsubishi Electronic - Changes for the Better Bridgestone - Passion for Excellence Hitachi - Inspire the Next NEC - Empowered by Innovation Toshiba - Leading Innovation Panasonic - Ideas for life Toyota (Amerika)- Moving Forward Toyota Nets - Make the Style Nissan - SHIFT the future Honda - The Power of Dreams Sony - It s a SONY. Like no other KDDI - Designing The Future

59 23 Yukarıdaki sloganlar Japonya da da Türkiye de de bu şekilleriyle kullanılıyor. Yine de tercüme etmek gerekirse: Daha iyiye değiştirme, mükemmeliyet ihtirası, sonrakini ilham etme, yenilikle güçlendirilmiş, önder yenilik, yaşam için fikirler, ileri hareket, tarzı üret, geleceğe ötele, hayallerin gücü, o bir Sony diğerleri gibi değil, geleceği tasarımlamak. Görüldüğü gibi sloganlarda ana tema olarak devamlı iyileştirme, yenilik, farklı olma, fikirlerin ve hayal gücünün önemi vurgulanıyor. Doğru şirket sloganı sadece marka oluşturmakla kalmaz bu markaya tüketicilerin ömür boyu sadık kalmalarını da sağlar. Japonlar Verimliliği öğrenip, Kaizen ihraç ettiler: Yukarıda bahsettiğim işimin gereği olarak Amerika ve Avrupa da ziyaret fırsatı bulduğum işletmelerde de Kaizen kültürünün benimsenmiş durumda olduğunu gördüm. Japonlara verimlilik kavramını 1960 larda Amerikalılar öğretti. Ancak Japonlar her öğrendiğinin üzerine kendinden olan ve yeni bir şeyler koyar. Verimliliği Kaizen olarak dünyaya ihraç edip kabul ettiren de Japonlardır. İspanya nın en büyük asansör üreticisi Orona da yaptığım gezi sonucu ilk sorum sizin yöneticiniz Japon mu? şeklinde oldu. Zira gördüklerim sanki bir Japon fabrikasını geziyormuşum hissi verdi bana. Zira Kaizen öğeleri olarak bildiğimiz 6S, Kanban ve diğerleri her yerde göze çarpıyordu. Amerika da jet motoru bakım onarım işi yapan Pratt & Whitney de ACE müdürlüğü departmanı vardır ve şirkette Kaizen kültürünün uygulanması ve takibinden sorumludur. Şekil 1 5S döngüsü Kaizen çalışmasında kullanılan bazı araçlar: 5S 5S görsel ve verimli bir işyeri sunmakla birlikte çalışanlara ve ziyaretçilere içaçıcı bir ortam sağlar. Bir işyerinde 5S gerçekleştirildiğinde orası: Kendini anlatacak, organize edecek, kontrol edecek, geliştirecek, iç açıcı ve güveli olacak

60 24 Şekil 2 kayıpların azaltması ile döngünün hızlanması VSPM Bazı çevrelerce düşünüldüğü gibi Kaizen sadece üretime ait bir yöntem değil, servis sektöründe hatta sosyal hayatta, kısaca her sektörde kullanılabilecek değerli bir bilgidir. Biz de iş ortamımızı daha düzenli hale getirecek, takım ruhunu geliştirecek, çalışanların motivasyonunu artıracak bu teknolojiyi sadece öğrenmekle kalmayıp uygulamaya koyduğumuzda şimdiye kadar problem olarak bizi rahatsız eden birçok şeyin çözümünün ne kadar kolay olduğunu anlayacağız.

61 25 Özellikle gün geçtikçe aha rekabetçi olan pazarda mesaimizin bir kısmını verimlilik ve kalite artırmaya yönelik çalışmalara harcamak iyi fikir değil mi sizce? Kaynaklar [1] İsmail Altuncu, Kalite ve Verimliliği Artırma Yöntemi Kaizen, TİMReport, Eylül 2009 [2] İsmail Altuncu, Japonya Tecrübeleri ışığında Kaizen, Çerçeve, Eylül 2009 [3] Dr. Ismail Altuncu, HDS Overseas Repair Service Improvement, Tokyo, 2002 [4] United Technologies Company ACE Management System, USA, 2010 [5] Kalite Kontrolda Kaizenin 7 Aracı, Nishimura Yönetim Danışmanlığı, Tokyo, [6] Asahikawa Turizm Bülteni, Ocak 2008 sayısı. [7] Gladys Edmunds, Başarıya Götüren Küçük Ama Devamlı Değişiklikler, USA Today, Sayı

62 26 FUTURE EXPECTATIONS ON EDUCATION AND INDUSTRIAL COOPERATION Prof. David Sumanth J. The University of Miami Special Thanks to the Distinguished Speaker Prof. Dr. David J. Sumanth: Prof. Dr. David J. Sumanth was invited to the Advanced Technologies IV th Workshop from US by the chairman. He joined meetings with two extraordinary prepararations. One was about Engineering Liderships, and the other was about Future Expectations of Industrial Organizations and Manufacturing Technologies. He submitted his studies in BAU to the students and in TÜYAP to the industrialists. We all influenced from his experiences. He came to İTÇ 2014 by his personal efforts. We appreciated him very much. Thanks to him, hoping his success forever. M. O. ALNIAK, 21th April 2015

63 27 PANEL II Eğitim / Nitelikli Personel

64 Hayatınız tatlı bir tebessüm olsun. 28

65 29 MESLEKİ TEKNİK ÖĞRETİM ECVET Azize GÖKMEN Bahçeşehir Üniversitesi Giriş Türk Eğitim Sistemi nin bugünkü yapısı, örgün ve yaygın eğitim olmak üzere iki ana bölümden oluşmaktadır. Örgün eğitim; okulöncesi eğitim kurumları, ilkokulları, ortaokulları, ortaöğretim okulları ve yükseköğretim kurumlarında gerçekleştirilmektedir. Yaygın eğitim ise, genel olarak örgün eğitim sisteminin dışında kalmış kişilere verilen eğitim hizmetlerini kapsamaktadır. Okul öncesi eğitim, isteğe bağlı olup, ilköğretim çağına gelmemiş çocukların eğitimini içermektedir. Bu aşamadaki eğitimin amacı, çocukların bedensel ve ruhsal gelişimlerini destekleyerek, onların sağlıklı birer yurttaş olmalarına katkıda bulunmaktır. Bu anlayışın uygulamaya yansıması, genellikle çocuklara iyi alışkanlıklar kazandırmak ve onları ilköğretime hazırlamak biçiminde kendisini göstermektedir. İlkokul 6-9, ortaokul yaşları arasındaki çocukların eğitimini kapsamaktadır. Sekiz yıl (4+4) süren bu eğitim kesintili ve zorunludur. Devlet okullarında parasız olarak yürütülen ilk ve ortaokulların amacı, çocuklara çağın gerektirdiği sağlam bir yurttaşlık bilinci kazandırmanın yanısıra, onları ilgi ve yetenekleri doğrultusunda üst eğitim aşamalarına hazırlamaktır. Ortaöğretim, ortaokul üzerine 3-5 yıllık liselerde verilen eğitimdir ve zorunludur. Bu aşamadaki okullar, genel liseler ile mesleki ve teknik liselerden oluşmaktadır. Ortaöğretimin amacı, öğrencileri toplumsal yaşama, meslekler dünyasına ve yükseköğretime hazırlamaktır. Bu amaçla, ortaöğretim kurumlarında genel kültür ve meslek eğitimi yapılmaktadır. Yükseköğretim, genellikle üniversitelerde gerçekleştirilmekte ve ortaöğretimden sonraki ön-lisans, lisans ve lisans-üstü programları kapsamaktadır. Bu aşamadaki eğitimin genel amacı, toplumun gereksinim duyduğu yüksek nitelikli insangücünü yetiştirmektir. Bunu gerçekleştirebilmek için yükseköğretim kurumlarında araştırma, öğretim, yayın ve danışmanlık hizmetlerine dayalı bir program yürütülmektedir. Nitelikli İşgücünün Yetiştirilmesi Neden Önemlidir? Ülkelerin zenginliğinin yetişmiş insan gücü ve bilgi sermayesi ile ölçüldüğü bir çağda yaşamaktayız. Bilgi Çağı olarak adlandırılan bu dönemde; Diploma sahiplerinin edinmiş olduğu bilgi, beceri ve yetkinlikler en fazla üç yıl gibi bir süre için geçerliliğini korumakta, Gelişen ve değişen dünyada meslek mensuplarının edindikleri bilgi ve diplomalar mesleki hayatlarını sürdürmekte yeterli olmamakta, bu kişiler günümüz koşullarına uygun olarak kendilerini geliştirmek ve yenilemek zorunda kalmaktadırlar. Bilgi Çağı nda bu gelişim ve yenilenmeyi gerçekleştirecek nüfus ise Aktif İş Gücüdür. Tabloda yer alan verilerden de görüldüğü üzere Türkiye, 21. Yüzyılın ilk yılı boyunca bu şanslı demografik süreçten geçecektir. Oldukça güvenilir projeksiyonlara göre Türkiye de çalışılabilir durumdaki nüfusun toplam nüfus içinde payı, 2025 yılında doruk noktasına ulaşacaktır. Bu olumlu demografik yapıya rağmen Türkiye bugün hala GENÇ İŞSİZLER sorununu tartışmaktadır.

66 30 Mevcut duruma dikkatli bakıldığında görülecektir ki: Türkiye de Asıl Sorun İşsizlik Değil, Mesleksizlik ve Nitelikli Personel Eksikliği Sorunudur! Eğitim sistemimiz Sanayi ve Hizmet Sektörlerinin İhtiyaç Duyduğu, Bilgisini Uygulayabilen, Beceri Sahibi Bireyler Yetiştirememektedir! Bu gelişim ve değişim sürecinde ise eğitim kurumları tek başına nitelikli iş gücü yetiştirme konusunda yetersiz kalmakta, sektörlerin eğitim sürecinin içerisinde yer aldığı yeni bir eğitim modeline ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yeni eğitim modeline göre; akademisyenler ve sektör temsilcileri el ele vererek iş piyasasının ihtiyaç duyduğu nitelikli işgücünü birlikte yetiştirmelidirler. Mesleki yeterlilik; aynı zamanda mesleki eğitimin nasıl yapıldığının da önemli bir çıktısı konumundadır. Bahse konu olan modelde, bireyde mesleki eğitimin çıktısı olarak karşımıza çıkan mesleki yeterliliğin iş hayatında ve toplumda hak ettiği yeri alması önemlidir. Avrupa da bu sorunun çözülmüş olduğu görülmektedir. Bu nedenle; mesleki yeterliliği hem Avrupa Yeterlilik Çerçevesi hem de Ulusal Mesleki Yeterlilik Sistemi ile birlikte incelemek doğru olacaktır. Avrupa Yeterlilik Çerçevesi: Seviye tanımlarında referans alınan Avrupa Yeterlilik Çerçevesinde (AYÇ) sekiz yeterlilik seviyesi bulunmaktadır. Her bir seviye belli bilgi, beceri ve yetkinliklerin bileşiminden oluşmaktadır. Bu seviyeler, en temel öğrenme seviyesinden (seviye 1) en üst düzey öğrenme seviyesine kadar (seviye 8) geniş bir alanı kapsamaktadır. AYÇ, hayat boyu öğrenmeyi geliştirmeye yönelik bir araç olarak, yüksek öğrenimin yanı sıra, genel ve yetişkin eğitimini, mesleki eğitim ve öğrenimi içermektedir. Bu sıralamadaki her bir seviye belirli bir seviyede bilgi, beceri ve yetkinlik içermektedir. Genel olarak, seviye ne kadar artarsa, beklenen bilgi, beceri ve yetkinlikler de bu oranda artmaktadır; örneğin, altıncı seviyedeki bir kişinin beşinci seviyedeki bir kişiden daha fazla bilgi, beceri ve yetkinliğe sahip olması beklenmektedir. Bilinen adıyla Mesleki Eğitim ve Öğretimde Avrupa Kredi Transfer Sistemi, European Credit System For Vocational Education and Training (ECVET), mesleki eğitim ve öğretimde Avrupa çapında işbirliğinin geliştirilmesi için üretilen büyük projenin bir parçasıdır. Bu amaca yönelik olarak işlevsel araçlar içerir. Bu kapsamda Avrupa Yeterlilik Çerçevesi (EQF) ile ECVET birbirini tamamlayan unsurlardır. Aslında, EQF ve ECVET aşağıdaki ortak prensipler ve yaklaşımlara sahiptir: Bilgi, beceri ve yeterliliklere göre öğrenme çıktılarına odaklanırlar; Hayatboyu öğrenmenin ve tüm öğrenme çevrelerinin taleplerine eşit mesafede adapte olunmasına katkı sağlarlar; Avrupa da bireylerin hareketliliklerinin gerçekleştirilmesi hedeflenir. ECVET, tutarlı ve akılcı bir şekilde bazı ilkeler, kurallar ve standartlar sunar. Tüm bireyler için aşağıdaki hedeflerin gerçekleştirilmesi için önemli bir araçtır: Eğitimlerini alan kişilerin hareketliliği; Hayatboyu öğrenme çıktılarının sertifikalandırılması; Yeterliliklerin şeffaflığının sağlanması; Avrupa daki mesleki eğitim ve öğretime hizmet eden paydaşlar arasında karşılıklı anlayış ve işbirliğinin geliştirilmesi.

67 31 Bireylerin, bir yeterlilik sisteminden ve bir öğrenme alanından diğerine geçişlerinde, daha önceden edindikleri öğrenme çıktılarının biriktirilmesine ve transfer edilebilmesine olanak sağlayan bir araç olan ECVET; metodolojik yaklaşımlarla bilgi, beceri ve yetkinliklerin kredi puanları ile değerlendirilmesini ve bu sayede bireylerin bu öğrenme çıktılarını biriktirebilmelerini ve transfer edebilmelerini sağlar. 30 Kasım 2002 tarihinde Avrupa da gelecekte mesleki eğitim ve öğretimde işbirliğinin artırılması hedefiyle Kopenhag Deklarasyonu yayınlanmıştır. Deklarasyonla mesleki eğitim ve öğretimde kredi transferi sistemine verilecek önceliğin Avrupa da yeterlilikler ve yetkinliklerin farklı ülke ve seviyeler arasında tanınması, transfer edilebilinmesi, karşılaştırılabilinmesi ve şeffaflığının desteklenmesi için ortak önlemlerden biri olarak uygulanması gerektiği belirtilmiştir. AB Komisyonu Leonardo da Vinci gibi farklı eğitim programları kapsamında ECVET konusunun proje çağrılarının öncelikleri arasında yer almasını sağlamıştır. Türkiye Yeterlilikler Çerçevesi: Ulusal Yeterlilikler Çerçevesi (UYÇ), bir ülkede var olan yeterlilikleri tanımlamak, belirlenmiş ölçütlere göre sınıflandırmak ve yeterlilikleri karşılaştırmak için kullanılan, seviyelerden oluşan ilkeler ve kurallar bütünüdür. UYÇ bir ülkede bulunan yeterlilik sistemlerini bütünleştirmekte ve yeterlilik sistemleri arasında eşgüdümü sağlamaktadır. UYÇ yeterliliklerin kalite standartları çerçevesinde daha şeffaf ve tanımlanabilir olmasını ve öğrenenlerin yeterlilikler arasında yatay ve dikey hareketliliğini kolaylaştırmaktadır. Seviye tanımlarında referans alınan Avrupa Yeterlilikler Çerçevesinde (AYÇ) sekiz yeterlilik seviyesi bulunmaktadır. Her bir seviye belli bilgi, beceri ve yetkinliklerin bileşiminden oluşmaktadır. Bu seviyeler, en temel öğrenme seviyesinden (okur-yazarlık) en üst düzey öğrenme seviyesine kadar (doktora) geniş bir alanı kapsamaktadır. AYÇ hayat boyu öğrenmeyi geliştirmeye yönelik bir araç olarak genel eğitimi, meslekî ve teknik eğitimi, yükseköğretimi ve yetişkin eğitimini içermektedir. Türkiye Yeterlilikler Çerçevesi AYÇ seviyeleri ile örtüşecek şekilde hazırlanmaktadır. Eğitim ve öğretim sisteminin kalitesini arttıracak, istihdam ve eğitim arasındaki ilişkiyi güçlendirecek bir ulusal yeterlilikler çerçevesi oluşturulması Türkiye nin öncelikli ihtiyaçları arasında yer almaktadır. Bu nedenle, toplumdaki tüm bireylerin eğitim ve öğretim gereksinimlerini hayat boyu öğrenme olanakları ile destekleyecek, iş piyasasının gereksinim duyduğu yeterliliklerin geliştirilmesini sağlayacak bir ulusal yeterlilikler çerçevesi hazırlanması için yoğun çaba sarf edilmektedir. Ulusal Mesleki Yeterlilik Sistemi: Ulusal meslek standartlarının oluşturulduğu, mesleki ve teknik eğitim ve öğretim programlarının bu standartlara göre hazırlandığı, işgücünün mesleki yeterliliğinin akredite olmuş ve MYK tarafından yetkilendirilmiş kuruluşlarca ölçme ve değerlendirme merkezlerinde yapılan teorik ve uygulamalı sınavlar sonucunda belgelendirildiği, alınan belgelerin ulusal ve uluslararası düzeyde kıyaslanabilirliğinin sağlandığı, hayat boyu öğrenmenin desteklendiği, formel (örgün) eğitim almadan mesleği öğrenen kişilere bilgi ve becerilerini belgelendirme imkanının verildiği ve iş dünyası temsilcilerinin sürece ilişkin

68 32 tüm kararlara aktif olarak katıldığı, kalite güvencesinin sağlandığı, adil, şeffaf ve güvenilir bir sistemdir. Ulusal Meslek Standartlarının Hazırlanması Hakkında Yönetmeliğin 5/2. maddesine göre standardı belirlenecek mesleklere ilişkin yeterlilik düzeyleri, Avrupa Birliği tarafından benimsenen yeterlilik seviyelerine ve Avrupa Parlamentosu ve Konseyi tarafından 23 Nisan 2008 tarihinde kabul edilen Hayat Boyu Öğrenmede Avrupa Yeterlilik Çerçevesi (AYÇ) ne uygun olmak zorundadır. Ulusal Mesleki Yeterlilik Sisteminin kurulmasındaki temel amaç eğitim ile iş yaşamının nitelik talepleri arasında işlevsel bir bağ kurmaktır. Bu sistem Türkiye'nin küresel ekonomide rekabet edebilmesi için ihtiyaç duyduğu nitelikli işgücünün yetiştirilmesini sağlayacaktır. İş dünyasının işgücüne yönelik mevcut ihtiyaçları ve geleceğe dönük eğilimleri, hazırlanmasına katkı sağlayacağı ulusal meslek standartları yoluyla eğitim sistemine yansıyacaktır. Yine eğitim dünyası da, amaçlarından birisi olan nitekli iş gücünün yetiştirilmesini bu sistem sayesinde etkin ve esnek bir şekilde gerçekleştirecektir. Bu sistemin en güçlü yönlerinden birisi, hayat boyu öğrenme anlayışını kabul etmesidir. Bu kapsamda herhangi bir eğitim almadan çalışarak beceri edinen bireyleri sahip oldukları becerileri belgelendirmeleri, bireylere farklı meslekler veya sektörler arasında yatay ve dikey geçişleri sağlaması, bulunduğu sektörde ve icra ettiği meslekte ortaya çıkan yeni gelişmeleri esnek bir şekilde mesleğine yansıtabilmesi ve bunu belgelendirebilmesi gibi imkanlar bu sistem sayesinde mümkün olacaktır. Bu sistemde koordinasyon MYK tarafından sağlanmakta, MYK sistemde izleme, değerlendirme, görevlendirme ve yetkilendirme görevlerini üstlenmektedir. Kurumun faaliyet alanı eğitim ve istihdam kesimini birlikte ilgilendirdiğinden bütün karar süreçlerinde de ilgili sosyal tarafların katkılarının esas alındığı bir yaklaşım benimsenmiştir. Ulusal Mesleki Yeterlilik Sistemi nin bileşenleri olan ulusal meslek standartları ve ulusal yeterlilikler; sektörlere ve mesleklere ilişkin yetkinliği ve temsil gücü olan ve MYK tarafından yetkilendirilmiş kamu kurum/kuruluşları, işçi, işveren, meslek örgütleri ve sivil toplum örgütleri tarafından iş dünyasının ihtiyaçları ve geleceğe dönük eğilimleri ile eğitim dünyası ve diğer sosyal tarafların katkılarının esas alınması suretiyle hazırlanmaktadır. Ulusal meslek standartlarının hazırlanması, sınav ve belgelendirme sürecinde ölçme ve değerlendirmeyi sağlayacak ulusal yeterliliklerin hazırlanmasında temel girdi oluşturmaktadır. Sınav ve belgelendirme süreci de MYK nın gözetimi ve denetimi altında gerçekleştirilmektedir. Belgelendirilmek istenilen yeterliliklerde TÜRKAK ya da Avrupa Akreditasyon Birliği ile çok taraflı tanıma anlaşması imzalamış akreditasyon kurumlarından TS EN ISO/IEC (Uygunluk Değerlendirmesi - Personel Belgelendirmesi Yapan Kuruluşlar İçin Genel Şartlar) standardına uygun oluşturulmuş sistem dâhilinde akredite edilmiş belgelendirme kuruluşları MYK tarafından yetkilendirilerek bu kuruluşların yaptığı sınavlarda başarılı olanlara MYK belgelerinin verilmesi sağlanmaktadır. Sorunlar ve Çözüm Önerileri: Mesleki ve teknik eğitime ilişkin sorunların önemli bir bölümü ortaöğretimde yoğunlaşmaktadır. Bunları; politik organların duyarsızlığı, genel ve mesleki eğitimin çatışması, meslek liselerinin amaçlarından uzaklaşması, mezunların başka alanlarda yüksek

69 33 öğrenim yapması, okul kademeleri arasındaki geçişlerin düzensizliği, yöneltme ve danışmanlık hizmetlerinin yetersizliği, esnek olmayan program anlayışı ve eğitimin çalışma yaşamından kopukluğu gibi sıralamak mümkündür. Dolayısıyla, mesleki ve teknik eğitimin yeniden yapılandırılması, aslında ortaöğretimin ciddi bir reformdan geçirilmesi anlamına gelmektedir. Bunlar içinde elbette hepsi önemli olmakla beraber iş dünyası açısından üzerinde durulması gereken husus Eğitimin çalışma yaşamından kopukluğu dur. Mesleki ve teknik liselerde verilen eğitim, iş dünyasının gereksinimlerini karşılamaktan uzaktır (TİSK, 1997). Eğitim kurumları, piyasa koşullarına uygun programlar uygulayamadıkları için işverenler istihdam ettikleri elemanları yeniden eğitmektedirler. Oysa, mesleki ve teknik eğitimin belirgin amaçlarından biri, çalışma yaşamındaki gelişmeleri yakından izleyerek bunlara uyum sağlayabilecek elemanları yetiştirmektir. Bu da, programların sürekli güncelleştirilmesiyle olanaklıdır. Ne var ki, okulların programları yıllardır ciddi hiçbir değişime uğramamış, masa başında verilen kararlarla programlara yeni dersler eklenmiş ya da çıkarılmıştır (Şimşek, 1998b). Okul-sektör işbirliğiyle, ülke gereksinimlerine duyarlı programlar uygulanabilir. Yıllardır okul ve sanayi arasında işbirliğinin nasıl sağlanabileceği konusunda çalışmalar yapıldığı halde, uygulamalar istenen noktaya gelememiştir. Burada sektör temsilciliklerine büyük görevler düşmektedir. Peki sektör temsilcileri neler yapmalıdır? Sektör temsilcileri: Eğitim müfredatlarının hazırlanmasında, eğitim kurumlarının bünyesinde oluşturulmuş olan sektör danışma kurullarında aktif olarak yer almalı, Eğitim kurumlarında var olan derslerde sektöre ilişkin kendi bilgi ve birikimlerini paylaşmak üzere bazı derslere iştirak etmeli, Öğrencilerin zorunlu veya isteğe bağlı olarak yaptıkları stajlarda, bilgi ve beceri sahip olmalarına yönelik uygulamalar yapmalarını sağlamalı, Eğitim ve öğretimden geçen öğrencilerde gördüğü eksiklikleri işbirliği yaptığı eğitim kurumuna düzenli olarak raporlamalı, Uygulamalı eğitim için mevcut imkanları (laboratuvar vb.) eğitim kurumlarının kullanımına açmalı, Bünyesinde bulunan personelin eğitim eksiklerininin giderilmesinde de, eğitim kurumlarından destek ve görüş alabilmelidir. Bahçeşehir Üniversitesi bünyesinde kurulmuş ve faaliyet göstermekte olan METGEM, yukarıda sayılan tüm bu çalışmaların gerçekleştirilmesi açısından ülkemizdeki en iyi uygulama örneklerinden biridir. Bu örneklerin sayısının artırılması gibi bir misyon da üstlenmiş olan METGEM, sektörlerden ya da eğitim kurumlarından gelecek olan destek taleplerinin karşılanması hususunda her zaman yardıma hazır olduğunu tüm kamuoyu ile paylaşmaktan memnuniyet duyacaktır.

70 34 Kaynaklar [1] 3308 sayılı Meslekî Eğitim Kanunu (1986, 19 Haziran) T.C. Resmî Gazete, [2] 5544 sayılı Meslekî Yeterlilik Kurumu Kanunu (2006, 7 Ekim) T.C. Resmî Gazete, [3] Mesleki ve Teknik Eğitim Strateji Belgesi ve Eylem Planı Milli Eğitim Bakanlığı MEGM [4] Türkiye de Mesleki Eğitimin Yeniden Yapılandırılması (1999, Şubat) Yayın No. TÜSİAD-T / 9 9-2/2 5 2

71 35 Zeki AYDAN / Siemens A.Ş. Bildiri özeti Education is our Future / Uluslararası Eğitim Politikaları Globalleşen bir Dünya da doğru eğitim ile geleceği beraber hayata dönüştürebiliriz. İleri teknoloji konusunda Doğru Eğitimli - İnsan Kaynağı en önemli kriterdir. Küresel ekonomide rekabet edebilen, katme değer yaratarak, pazarın arzuladığı yüksek yetkinlikte, çok yönlü, verimliliği ilke edinmiş, geleceğe açık insan kaynağı profili öne çıkmaktadır. Adaptive Expertise başlığı altında, beceri tabanlı eğitim yöntemini doğru uygulayan ülkeler, öğren/yap / yap/öğren yaklaşımını benimsemiş, rekabet avantajı yaratan, dijital çağa odaklanan, verimlilik kriterlerini sürekli sorgulayan çalışma kültürü ile öne çıkmaktadır. Her ne kadar sürekli gündemde olsa da, doğru ikili eğitimde (Dual System), uygulanabilir eğitimin devletin ve şirketlerin sürdürebilinir işbirliği ile yürütülmesi başarının temelini oluşturmaktadır. Meslek eğitimi, yüksek derecede profesyönel yetkinlik ve karar verme becerisi sağlar. Profesyönel yetkinlik ve karar verme becerisi başlığı altında öne çıkan gelişim kriterleri: uygulama, sosyal ve kişisel beceri kriterleri olarak özetleyebiliriz. Eğitimini halen yürütmekte olan ya da pazardaki değişime / gelişime kendini hazırlamak isteyenlerin yetkinlerini tesbit ederek odaklanmaları ve katma değer sağlayacak becerilerini geliştirmeleri, okul sonrası iş hayatına geçişde büyük avantaj sağlayacaktır. Sektörleri temsil eden kuruluşların, üyelerinin beklentileri çercevesinde uygulanabilir beceri tabanlı eğitim stratejileri geliştirmeleri uluslararası rekabette en önemli adımı teşkil etmektedir. Zeki Aydan

72 36 Ulusal İleri Teknolojilerinin Gerçekleştirebilmesi için Gereken İleri Teknoloji Aktarımı Yöntemleri ve Ulusal Sayısal Modelleme Yeteneklerinin Önemi Arsev H. Eraslan Bildiri, geleceğin ulusal ileri teknoloji kazanımlarının gerçekleştirilmesini sağlayacak uluslar-arası ileri teknoloji aktarımı [ inter-national advanced technology transfer] yeteneklerinin yurt dışından, bilimsel düzeylerde ileri teknolojilerin, yurt içine, bilimsel düzeylerde ileri teknolojiler olarak aktarımları ile başarılamayacağını vurgulayacaktır. Bildiri, ileri teknoloji kazanımlarının, ancak, yurt dışından aktarılmış bilimsel düzeylerde ileri teknolojilerin, yurt içinde, yurt-içi kurumlarla üretim yaratabilecek, sanayisel düzeylerde olarak, aktarımları ile başarılabileceğini belirleyecektir. Bildiri, öncelikle, ileri teknoloji kazanımlarının başarılabilmesi için gereken ulus-içi ileri teknoloji aktarımı [ intra-national advanced technology transfer] işlemlerini, ayrıntılı olarak, belirleyecek ve, sonralıkla, gerekecek bilimsel ve sanayisel ulusal insan kaynaklarının örgütlenebilmesini sağlayacak yöntemleri de önerecektir. Bildiri, öncelikle, gelecekte ileri teknolojiler olarak tanımlarını sürdürecek, hava-uzay (aerospace) teknolojilerinin ulusal olarak kazanılabilmelerini sağlayacak ulus-içi teknoloji aktarımlarının başarılabilmesi için gerekecek ulusal sayısal uçuş modelleme yeteneklerini belirleyecek ve ulusal sayısal uçuş yazılım derlemlerinin gerçekleştirilmesinde uygulanacak yöntemleri de önerecektir. Ek olarak, bildiri, günümüzde, geleceğin ileri teknolojilerinin önemli bir örneği olarak tanımlanan 3B (üçboyutlu)-yazdırma [3D-printing] teknolojilerinin, değişik sanayi alanlarında, değişik malzemelerle kullanımlarını sağlayacak, işlemlerin başarılabilmesi için gerekecek ulusal modelleme yeteneklerini de belirleyecek ve özel 3B-yazdırma yazılım derlemlerinin gerçekleştirilmesinde uygulanacak yöntemleri de önerecektir.

73 37 THE MECHANICAL CALIBRATION PARAMETERS OF NEW DESIGNED OPTOMECHANICAL SYSTEM FOR NONLINEAR MEASUREMENTS Ferit ARTKIN Kocaeli Univesity, Vocational School of Hereke, Kocaeli, 41800, Turkey SUMMARY We designed new optomechanical system for z scanning nonlinear measurements. 2D and 3D figures of opto-mechanical system originally designed for 'Z-Scan testing apparatus by using solid works 2011 and 2012 are as follows. System has been manufactured from roller bearings, aluminum alloys parts, plastic holders and movable bearings. System has been originally designed with Solidworks. Cost of the system together with its optical holder is about 300 Euro, market prices of similar systems change between 1600 Euro and 5000 Euro. We measured total 135 parameters for mechanical calibrations which are used (+) cycles parameters and (-) cycles parameters graphs. Keywords: Optomechanical Design, Mechanical Calibration, Optical Measurements INTRODUCTION Various materials in nonlinear optics (liquids, organic structures, semiconductors, thin films ) the nonlinear optical properties used for definning one of the methods the z- scanning techniques for new designed opto-mechanical system is described briefly below. The obtained parameters within the measurement may be more accurate and reliable with new designed optomechanical system. 1. NEW OPTOMECHANICAL DESIGN As it was seen in technical design; it has been designed for examining optical holder, liquid and transparent materials. Scanning distance for the material which will be inspected is near 415 mm. This system has movement resolution of mm. for each signal.

74 Figure 1. New designed opto-mechanical system with optic holder (on the left), Optomechanical system, Solid 2011, Top view, 2D Hidden lines removed (on the right). 38

75 39 Figure 2. Main Optomechanical System,Solid 2012, 3D, (on the left), Front view of optical holder, Solid 2011, 2D, (on the right) Some parameters of technical design have been measured. All of the measurements have not been given, but design and measurement of optical holder have been given in detail. 2. MECHANICAL CALIBRATION PARAMETERS Repeatability is the tolerance to which the controlled mechanical system can be repeatedly positioned to the same point in its travel. Repeatability is generally less than system resolution, but somewhat better than system accuracy. Linear systems are avaible with resolutions measured in microns. We used DC motor for calibration of positioning stage. We got 76 parameters (points) for (+) cycles and 57 parameters (points) for (-) cycles. We measured total 135 parameters for calibration. Every position of the moving stage carrying the sample holder achieved by successively moving with a nominal step of 0,0795 inch (2,0193 mm) was measured. The error of each of steps, and the accumulated error were estimated. The results of multiple positioning of the stage within the Z-scan range were used for estimation of systematic errors (positioning accuracy) and random error (positioning repeatability).

76 40 Figure 3. Calibration graph for (+) cycles, (on the left), Calibration graph (-) cycles, (on the right) Every position of the moving stage carrying the sample holder achieved by successively moving with a nominal step of 0,0795 inch (2,0193 mm) was measured. The results are partially presented in Figure 3. The error of each of steps, and the accumulated error were estimated. The results of multiple positioning of the stage within the Z-scan range were used for estimation of systematic errors (positioning accuracy) and random error (positioning repeatability). It was found that the average value of the step used in calibration process is inch. Thus the systematic error of a single step is 0,077-0,0795=- 0,0025 inch (63,5 m). - Average of data (+) cycles = 0,0876" = 2,225 mm Average of error parameter: (2.1) Error tolerance for (+) cycles (%): (2.2) - Average of data (-) cycles = 0,0785" = 1,993 mm Average of error parameter: (2.3) Error tolerance for (-) cycles (%): (2.4)

77 41 Figure 4. Calibration graph of error values for (+) cycles, (on the left), Calibration graph of error values for (-) cycles, (on the right). RESULTS We measured mechanical calibration parameters for new designed optomechanical system successfully. We used DC motor for calibration of positioning stage. The calibration parameters measured linear position points moving linear positions of three times average in optomechanical system and calibration graphs are drawn with one of the last version of Matlab 8.2 R2013b. References [1] Encoder Application Handbook, Danaher Industrial Controls, Gurnee, IL, 2003, p.12. [2] [3] [4] Yoder Paul R. Opto-Mechanical System Design, SPIE press, 3rd ed., ISBN , [5] [6] [7] Smith Warrant J., Modern Optical Engineering, 4th ed., Mc Graw Hill, ISBN , [8] or mance_and_accurancy.pdf [9] Artkin, F., Computer-Aided Z-Scan Testing Apparatus Integrated into Servo Motor and PLC for Investigation of Non-linear Materials Permeability, Technical University of Sofia, Phd Thesis, [10] New Designed Opto-Mechanical System For Z-Scanning Nonlinear Measurements, Ferit Artkın, 16. Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı, 1, 26, 2014.

78 42

79 43 PANEL III Eğitim / Sanayi İşbirliği Konuları

80 44

81 45 SANAYİ VE KALKINMA HEDEFLERİ İÇİN ÖNGÖRÜLER Hayrettin KAĞNICI ( Mak. Yük. Müh. ) Sayın Akademisyenler, Sanayicilerimiz, Değerli Öğrenciler; Bu yıl üçüncü kez düzenlediğimiz İleri Teknolojiler Çalıştayı na hoş geldiniz. Her geçen yıl burada daha kalabalık ama nitelikli bir topluluk ile karşılaşıyorum. Bu çalıştaya katılım ne kadar artarsa biz sanayileşmeye o kadar katkı sağlıyoruz demektir. Çünkü biz burada gençleri ve sanayicileri teknoloji üretmeye teşvik ediyoruz. Bu çalıştaydan aklında yeni bir fikirle ayrılan her bir kişiyi yeni bir üretim teknolojisinin mucidi ya da kullanıcısı gibi düşünmek gerekiyor. Katılımı teşvik ederken de bu vurguyu yinelemeye devam ediyoruz. Bugün size bu çalıştayı düzenlenme amacından bahsetmek istiyorum. Bilimsel ve teknolojik bilgiyi ürüne ve toplumsal refaha dönüştürebilen ülkeler gelişmiş ülkelerdir. Çünkü ülkelerin gelişmişlik düzeyleri ile ülkede yapılan bilimsel araştırma, teknoloji geliştirme çalışmaları ve kullanılan üretim teknolojileri arasında doğru bir oran vardır. Günümüzde bu oran gelişmiş ve gelişmemiş ülke ayrımı için kullanılıyor. Gelişmiş ülkelerde yapılan bilimsel araştırmalar, bu araştırmaların sonucunda geliştirilen teknolojiler ve bu teknolojilerin yeni üretim ve ürün teknolojilerine gelişme süreçleri içi içe birbirini takip eden süreçler olarak ortaya çıkıyor. Dünya devleri diye tabir edilen Japonya, Almanya gibi ülkeler bu kategoride yer alıyor. Gelişmekte olan ülkelerde ise bu etkileşim düşük görülüyor. Türkiye gibi ülkeler maalesef bilim literatürünün gelişmesine az katkı sağlayanların arasında yer alıyor. Kazanılan bilgi birikiminin, teknolojiye dönüşme mekanizmaları yavaş olduğu için, bu ülkelerin yeni teknolojiler ile tanışması, üretim ve ürün teknolojilerin dönüşme süreçleri de yavaş oluyor. Teknoloji ile tanışıklığı arttırmanın yolu öğrencileri, akademisyenleri ve sanayicileri yani teknolojiyi üreten ile kullananı bir araya getirmek. Teknolojinin üreticisi ile kullanıcısının bir araya geldiği modele Üniversite Sanayi İşbirliği diyoruz. Peki, ne oluyor üniversite ve sanayi işbirliği yapınca? Öncelikle üniversiteler sadece eğitim ve öğretim veren yapılar olmanın yanı sıra teknolojiyi üreten ve topluma aktarılmasına yardımcı olan yapılar haline dönüşmelidir. Sanayici ihtiyacı olan rekabet gücünü arttırıcı yöntemlere daha kolay erişir. Bu yolda üniversite ile sanayiyi kapı komşusu gibi yakınlaştırmak gerekiyor. Yaklaşık 15 yıldır Ar-Ge yapmak isteyen kurumlar için çok sayıda hibe programı yürütülüyor. Bu programlar zaman içinde çeşit ve maddi içerik anlamında gelişip zenginleşiyor. İş dünyası üniversiteleri ve yüksekokulları destekliyor. Teknoloji kültürü gençler arasında yaygınlaşıyor. Olumlu gelişme ve kaynaklar çok ama bundan yararlanan şirket sayısı hiçbir zaman yüksek değil. Demek ki bir yerde eksik var. Bu da sanayinin talep eksiğidir. Teşhisi koymak zor değil. İki ayrı yapının bir araya getirilmesi zor. Düşününce sanayi ve üniversite birbirine uzak yapılar. Bu iki farklı ucu bir araya getirmenin yolu araya destekleyici mekanizmalar yerleştirmektir. Sözgelimi yeni bir makina tasarımına ihtiyacı olan sanayici, kendisine istediği ürünü tasarlayacak kurumu keşfetmeye çalışıyor. Veyahut bir öğrenci, okulda öğrendiklerini uygulama imkanı bulamıyor. Bu iki ayrı ihtiyacı da bilen ve onlara gerekli yönlendirmeyi yapacak olan kişinin her iki tarafı da çok iyi biliyor olması gerekir. Burada biz bu rolü üstlenen kişileriz. MAKTEK Avrasya 2012 Fuarı ve İleri Teknolojiler Çalıştayı bir araya getirici bir platform. Hatta en ideal platform. Yeni ilhamlara ihtiyacı olanlar, keşiflerini paylaşmak isteyenler, üretim kapasitesini geliştirmek isteyenler, en son teknolojik gelişmelerden haberdar olmak isteyenler bugün burada. Bir araya getirmek tek misyonumuz olmamalı. Buraya gelen kişilerin birbirleri ile başarılı işbirliği modellerini paylaşmasını, burada gerçekleşecek faaliyetler sonucu kazanılan deneyimlerin korunmasını ve

82 yaygınlaştırılmasını, burada üniversite sanayi işbirliğine yönelik yeni oluşumların gerçekleşmesini, benzeri yapılan kurulmasına yönelik öncülük edilmesini hedefliyoruz. 46

83 47 SAKARYA DA SANAYİ FAALİYETLERİ ve TEKNOPARKLAR Dr. Çetin KARAKAYA Sakarya, Doğu Marmara nın sanayi üssü olmaya aday bir ilimizdir. Son zamanlarda otomotiv ve makine imalatı sektörlerinde önemli yatırımlar ve çalışmalar yapılmaktadır. Sakarya Ticaret ve Sanayi Odası, ilimizin otomotiv üssü olması adına önemli çalışmalara öncülük etmektedir. Bu kapsamda önemli paydaşlar ile biraraya gelip, görüş alışverişinin yapıldığı Otomotiv Şehri Sakarya temalı çalıştaylar düzenlenmektedir. Otomotiv sanayisi için yol haritası belirlenmiş ve bu konuda çalışmalar hızla devam etmektedir. Sakarya sanayisinde dikkat çeken önemli başka bir husus ise bazı sektörlerde görülen kümelenme çalışmalarıdır. Aynı veya yakın sektör firmaları bir araya gelerek, ortak üretim adına önemli adımlar atmaktadırlar. Sakarya Makine İmalatçıları Birliği Derneği (SAMİB) bu kümelenme faaliyeti için iyi bir örnek olarak gösterilmektedir. Yönetim Kurulu Başkanı Metin Kar önderliğinde Sakarya nın önemli makina imalat firmaları biraraya gelerek Makine İhtisas OSB kurma çalışmaları yapmaktadırlar. Yaklaşık 2,5 yıl süren bu çalışma Aralık ayı itibariyle Bakanlık tarafından onaylanarak önemli bir eşik geçilmiş oldu. Dernek üyeleri ortak satınalma, ortak tasarım ve Ar-Ge, ortak pazarlama, ortak üretim gibi alanlarda da çalışmalarına devam etmektedir. Bu tür işbirliklerinin artarak devam etmesini umut ediyoruz. Model alınan bu çalışma farklı sektörlerde de kümelenme faaliyetlerini başlatılmıştır. Sakarya sanayisinin ihracatta ve ekonomideki yeri hızla yükselmektedir. Buna katkı sağlayan önemli çalışmalardan birisi SAİGEP projesidir. Sakarya Ticaret ve Sanayi Odası (SATSO) Yurt Dışı İş Geliştirme Komisyonu tarafından 3 yıl önce hayata geçirilen Sakarya İhracatını Geliştirme Projesi (SAİGEP) somut çıktılarını vermeye başlamıştır. Sakarya sanayisi ihracatı artırma ortak amacı için birlikte hareket etme ve Dünya ile rekabet edebilir ürünler yapma konusunda kendisini sürekli geliştirmektedir. Bu gelişim sürecine ar-ge ve inovasyon teşvikleri veren TÜBİTAK ve KOSGEB in de büyük katkısı bulunmaktadır. Türkiye de Teknokentler, yazılım ağırlıklı teknolojik ar-ge firmalarının ortaya çıkmasına ve yazılım ihracatına önemli katkı sağlamıştır. Teknoparkların üniversite-sanayi işbirliği için geliştirdiği arayüz olan Teknoloji Transfer Ofisleri (TTO) işbirliği sürecine önemli katkılar yapmaktadır. Artık mevzuatlar ile belirlenmiş olan bu TTO yapıları, bazı kanunlarla da desteklenerek (5746, 4691 v.b.) aktif uygulanmaya başlanmıştır. Bugün artık sadece üniversite-sanayi işbirliğinden bahsetmek yeterli değildir. Üniversite-sanayi-girişimci işbirliği eski terimin yerini almıştır. TTO lar ise her üç sac ayağını desteklemek üzere çalışmalar yapmaktadır. Bu anlamda hem akademisyenlerin, hem girişimcilerin hem de şirketlerin önündeki tüm engeller kaldırılmıştır. Bu işbirliklerinden önemli kazanımlar elde edildiğini büyük bir heyecan ile gözlemlemekteyiz.

84 48

85 Makine / Tasarım 49

86 50

87 51

88 52

89 53

90 54

91 55 FARKLI FİBER YÖNELME AÇILARINA SAHİP POLİMER KOMPOZİT YAPILARININ DARBE DAVRANIŞLARI VE BALİSTİK PERFORMANSLARININ İNCELENMESİ Ömer EKSİK (a), Levent TURHAN (a), Enver Bülent YALÇIN (a) (a) TÜBİTAK MARMARA ARAŞTIRMA MERKEZİ, MALZEME ENSTİTÜSÜ, GEBZE, KOCAELİ Özet Kinetik enerjili mühimmatlara karşı, balistik korumanın tam sağlandığı hafif zırh sistemlerinde, sağladığı üstün mekanik ve fiziksel özelliklerden dolayı, polimer esaslı katmanlı kompozit yapılar yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada farklı fiber yönelme açılarına sahip katmanlı kompozitler vakum infüzyon yöntemi ile üretilip bu yapıların darbe davranışı ve balistik performansları araştırılmıştır.

92 56 ELEKTROFORETİK KAPLAMA (EPD) YÖNTEMLERİNİN İLERİ TEKNOLOJİ MALZEMELERDE KULLANIM ALANLARI VE ÖNEMİ Enbiya TÜREDİ Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü TR-41380, İzmit-Kocaeli E-posta: Özet Elektroforetik kaplama/depolama (EPD) yöntemleri üzerine yapılan akademik çalışmalar son yıllarda büyük bir ivme kazanmıştır. Bunun nedenlerinden biri yöntemin oldukça basit bir düzeneğe sahip olmasına karşın, diğer şekillendirme yöntemlerinden farklı bir şekilde üstün özellikler ve avantajlı proses koşulları meydana getirmesidir. Böylelikle örneğin geleneksel şekillendirme yöntemleriyle proses edilmesi çok zor ve düşük performanslı sonuçlar veren nano ölçekli malzemelerin üretim ve imalat süreçleri basit ve yalın bir prosesle üst düzey bir sonuca ulaştırılabilmektedir. Fonksiyonel tabakalandırılmış malzeme yapılarından, nano ölçekli partiküllerden üretilmiş nanoyapılı ince film katmanlarına, katı oksit yakıt hücre imalatından fiber takviyeli seramik matrisli kompozitlere kadar birçok ileri teknoloji malzeme ve uygulamasında başarılı sonuçlar elde edilebilmektedir. Bu çalışmada mevcut state-of-art bilgi düzeyinin bir genel değerlendirmesi ve incelemesi sunulacaktır. Anahtar kelimeler: elektroforetik kaplamalar, EPD, ileri teknoloji malzemeler, nano ölçekli imalat süreçleri 1. Giriş Elektroforetik kaplama/depolama tekniği seramik malzemelerin üretiminde yer alan kolloidal proseslerden biri olmakla birlikte özellikle 1980 lerden itibaren akademik çalışmalarda ilgi gösterilmeye başlanmış bir konudur. Basit bir düzeneğe ihtiyaç duyması, altlık malzemenin şekliyle ilgili çok kısıtlama getirmemesi, görece kısa bir zaman diliminde prosesin bitmesi, oluşturulan kaplama/bırakım/depolama (=deposition) tabakasında organik esaslı katışkıların az olması veya hiç bulunmaması nedeniyle bağlayıcı yakılmasına/uzaklaştırılmasına ihtiyaç olmaması gibi bir dizi avantaj sunmaktadır /1/. EPD yöntemi için partiküllere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu partiküller diğer elektrokimyasal proseslerde örneğin electrodeposition, olduğu gibi iyonlar şeklinde değil, bir çözücü süspansiyonunda dağıtılmış bireysel toz partikülleri halinde yer almaktadır. Partiküllerin süspansiyon içerisinde bağımsız olarak hareket edebilmeleri ve bir yüzey şarjına/yüküne sahip olmaları gereklidir. Böylelikle uygun bir ortamda elektrik alan kuvveti uygulanması durumunda pozitif veya negatif yüzey yüküne sahip olan partiküller elektroforetik bir hareket gerçekleştirerek elektrotlardan birine ilerlemekte ve elektrodun yüzeyinde birikmeye başlayarak (bkz. Şekil 1) rijit bir birikim tabakası meydana getirmektedir /2-4/. EPD yöntemi ince toz (ör. <~30µm) veya kolloidal bir süspansiyon haline getirilebilen her türlü katı maddeye (metaller, seramikler, polimerle ve camlar) uygulanabilir /3,4/.

93 57 Şekil 1. Bir süspansiyonda pozitif yüklü partiküllerin negatif elektroda taşınmasını şematik olarak gösteren iki elektrotlu bir EPD hücresi /4/. 2. Parametreler ve Mekanizma Modelleri EPD prosesinde parametreleri süspansiyonla ilgili olanlar ve prosesle ilgili olanlar şeklinde ikiye ayırmak mümkündür. Süspansiyonla ilgili parametreler partikül boyutu, sıvının dielektrik sabiti, süspansiyonun iletkenliği, süspansiyonun viskozitesi, zeta potansiyeli, süspansiyon stabilitesidir. Partikül boyutu için 1-20 µm arası ebatları genel aralık olarak verebiliriz /1/, ancak bunun dışındaki aralıklar da uygulanabilir ancak örneğin büyük partikül boyutlarında zamanla çökelme meydana gelebilir, çok küçük boyutlarda ise topaklanma eğilimi görülebilir. Büyük partikül boyutlarının kurutma esnasında çatlak oluşumunu artırdığı yönünde bazı bulgular da vardır /5/. Sıvının dielektrik sabiti için bir optimum aralık söz konusudur, keza çok düşük ve çok yüksek değerlerde proses olumsuz etkilenmektedir, örneğin çok düşük olması durumunda yetersiz ayrışma gücü nedeniyle EPD tabakası oluşamamakta, çok yüksek olması durumunda ise elektroforetik mobilite azalmaktadır /1/. Süspansiyon iletkenliği de önemli bir parametredir, zira çok iletken bir ortamda partikül hareketi yavaşlamakta, çok dirençli bir ortamda ise partiküller elektronik olarak şarj olarak stabilitesini kaybetmektedir /6/. Ancak iletkenlik yetersiz kalırsa uygulanan akım artırılarak bu eksiklik giderilebilmektedir /7/. Viskozite döküm proseslerin aksine birincil önemde olmamakla birlikte katı oranı oldukça düşük olacak şekilde bir viskozite belirlenebilir. Zeta potansiyeli EPD prosesinde büyük öneme sahip temel bir faktör olarak değerlendirilmektedir. Bunun nedeni üç önemli etkiye sahip olmasıdır; ilki partiküller arasındaki itme kuvvetlerinin şiddetini, böylece süspansiyonun stabilitesini belirler, ikincisi EPD sırasında partiküllerin yönünü ve taşınım hızını belirler ve üçüncüsü ise oluşan tabakanın ham yoğunluğunu belirler /1/. Zeta potansiyelinin şematik tanımı Şekil 2 de sunulmuştur. Buna göre yüzeyi örneğin negatif yüklenmiş partiküllerin etrafına süspansiyondaki karşıt yüklerce çekim kuvveti nedeniyle bir tabaka (Stern tabakası) oluşturulmaktadır. Benzer yüklü parçacıklar ise itme kuvvetlerinin etkisiyle partikül yüzeyinden daha uzakta ve dağıtılmış haldeki karşıt yüklerden oluşan çift tabaka (diffuse layer) içerisindeki daha uzak noktalara ötelenmektedir. Stern tabakası ile bu dağıtılmış çift tabaka arasındaki potansiyel fark partiküller arasındaki etkileşimi ağırlıklı olarak belirlemektedir ve Zeta potansiyeli olarak ifade edilmektedir (bkz. Şekil 2 de b-c geçişindeki potansiyel değeri). Süspansiyon stabilitesi ise süspansiyonun topaklanma eğilimi göstermemesi, mümkün olduğunca yavaş bir şekilde çökelmesi ve kabın dibinde yoğun ve birbirine sıkıca tutunan birikintiler oluşturması olarak tanımlanabilir. EPD pratiği

94 58 açısından ise çok stabil bir süspansiyon kullanımında partiküller arası itme kuvvetlerinin çok büyük olması nedeniyle uygulanan elektrik alan tarafından aşılamaması ve ilgili elektrotta katman oluşumunun gerçekleşmemesi söz konusu olabilir /1/. Şekil 2. Çift tabaka (double layer) ve çift tabaka boyunca potansiyeldeki düşüşün şematik gösterimi; yüzeydeki yük (a), Stern tabakası (b) ve karşıt iyonların dağınık çift tabakası (c) /1/. Prosesle ilgili parametreler depolama zamanı etkisi, uygulanan voltaj, süspansiyondaki katı konsantrasyonu ve altlık malzemenin iletkenliğidir. Depolama/kaplama zamanı etkisinin proses sırasında elde edilen tabaka kalınlığının zamanla giderek azalması açısından bir önemi vardır. Yapılan çalışmalarda sabit bir elektrik alan şiddeti için tabaka oluşum hızı artan prosesi süresi ile azalma göstermektedir /8,9/. Bunun nedeni olarak elektrot yüzeyinin kaplanmasıyla birlikte yüzeyde bir izolasyon tabakasının oluşumu gösterilmektedir /1/. Uygulanan voltaj temel parametrelerden biridir. Genellikle uygulanan gerilim arttıkça katman kalınlığı artar. Bununla birlikte yüksek bir elektrik alan tercih edilirse katman oluşum hızı da artar ancak kalitesi bozulur. Keza elektroda ulaşan partiküller daha sıkı ve yoğun bir tabaka oluşturabilmek için en iyi pozisyonları dolduramayabilir ve ilk müsait pozisyonda kalabilirler. Bu da daha az kalite anlamına gelmektedir. Basu ve diğ. üniform katman eldesi için orta düzey elektrik alan değerlerini ( V/cm) önermektedir /8/. Süspansiyondaki katı konsantrasyonu özellikle çok bileşenli toz karışımlarının proses edilmesinde önem arz etmektedir. Düşük katı oranı durumunda katı partikülleri farklı hız ve oranlarda elektroda taşınmakta, yüksek olması durumunda ise bu fark ortadan kalkmaktadır. Altlık malzemenin iletkenliği oluşturulan EPD katman kalitesi bakımından önemlidir. Düşük iletkenlik durumu üniform olmayan katman eldesi ve yavaş bir birikim hızına yol açmaktadır /10/. Literatürde EPD ile ilgili çeşitli mekanizma modelleri ileri sürülmüştür. En yaygın olanı DLVO teorisi kapsamında tanımlanmakta ve bir doğru akım elektrik alanı altında partikül çift tabakasının (double layer) bozulması ile açıklanmaktadır /1,4/. Genel olarak bakıldığında dört mekanizma literatürde öne çıkmaktadır; partikül birikimiyle topaklanma modeline göre partiküller ilgili elektroda yönelip ulaştıkça partiküller arasındaki itme kuvvetini yenecek şekilde bir basınç uygulamaktadır /4/. Partikül yük nötralizasyonu mekanizması Grillon ve diğ. tarafından önerilmiştir ve partikül elektroda değdiğinde nötralize olmaktadır şeklinde bir açıklaması vardır /11/. İlk ulaşan partiküllerin nasıl tabaka

95 59 oluşturduğunu açıklamakla birlikte ilerleyen aşamalarda elektrodun izole edilmesi durumunda kaplamanın nasıl devam ettiğini açıklayamamaktadır. Elektrokimyasal partikül koagülasyon mekanizması Koelmans tarafından ortaya atılmıştır /4/ ve elektroda yakın partiküller arasındaki elektrolit konsantrasyonundaki artış itme kuvvetlerini zayıflatmakta ve böylece partiküller koagüle olarak elektrotta birikmektedirler. Bu mekanizma ise elektrolit konsantrasyonunda artış olmayan durumlarda geçersiz hale gelmektedir. Nitekim Sarkar ve Nicholson elektrokimyasal partikül koagülasyon mekanizmasının geçersizliğini ileri sürmek için elektriksel çift tabaka çarpılması ve incelme modelini ortaya atmıştır /12/. Buna göre örneğin pozitif yüklü bir partikül katoda ilerlerken etrafındaki çift tabaka (double layer) çarpılmakta ve Şekil 3 te görüldüğü gibi ön kısmı daha ince, arka kısmı daha geniş bir şekil almaktadır. Ardından kuyruk kısmında negatif yükler bir başka partikülün ince kısmındaki pozitif partikül yüzeyini zayıf bir şekilde tutarak van der Waals bağı oluşturacak kadar birbirlerine sokulurlar ve böylece koagüle olurlar. Şekil 3. Elektriksel çift tabaka (EDL) çarpılması ve incelme nedenli EPD mekanizmasının şematik gösterimi /12/. 3. EPD Uygulamaları Fonksiyonel tabakalandırılmış malzemeler. Kısaca FGM olarak da bilinen bu malzemelerin EPD uygulamasında süspansiyon bileşimi kademeli olarak değiştirilmektedir /4/. Böylelikle farklı katmanlar üst üste oluşturularak her bir katmanda farklı fonksiyon oluşturulabilmektedir. Put ve diğerleri /13/ EPD yöntemiyle farklı kobalt içeriğine sahip nanokristalin WC-Co kompozit yapıları oluşturmuştur. Basınçsız sinterleme sonrası elde ettikleri mikroyapılar Şekil 4 te görülmektedir.

96 60 Şekil V sabit gerilimde EPD yöntemiyle elde edilmiş WC-6Co/WC-25Co FGM numunesinin ger saçılmış elektron mikroskop görüntüleri. İkinci süspansiyon birincisinden 1 dakika sonra ilave edilmiş (d: düşük kobalt içerikli kısımdan mesafe) /13/. Nano yapılı ince film katmanlar. Tabellion ve Clasen tarafından yapılan bir çalışmada EPD yöntemiyle altın, gümüş ve nadir-toprak elementlerinin karbonatlı bileşiklerinin nano ölçekli partiküllerinin kaplama yapıları incelenmiştir /14/. Karbon kaplı bakır grid üzerinde elde edilen tek atom tabakası kalınlığındaki yapının boyut dağılımı açısından değişimini araştırmış ve daha dar boyutlu partikül boyut dağılımının daha düzenli paketlenmiş atom alanları meydana getirdiği göstermişlerdir (bkz. Şekil 5). Şekil 5. Tabellion ve Clasen çalışmasından bir kesit: karbon kaplı bakır grid üzerinde EPD ile oluşturulmuş Au nano partiküllerin TEM görüntüleri; a) 100 mv/cm, 5 dak., b) 500 mv/cm, 5 dak. /14/. Katı oksit yakıt hücresi. Katı oksit yakıt hücresi (SOFC) üzerine literatürde pek çok çalışma olmakla birlikte ticarileşme açısından henüz aşılamayan sorunların olduğu da bilinmektedir /1/. Laboratuvar şartlarında hazırlanan bir SOFC numunesi tasarımında NiO- YSZ altlık malzeme üzerine YSZ filmlerin EPD yöntemiyle kaplanması gerçekleştirilmiştir /15/. Daha önceden yine bir EPD prosesi ile elde edilen gözenekli NiO-

97 61 YSZ altlık üzerine ince ve yoğun bir YSZ katmanı ikinci bir EPD prosesi ile oluşturulmuştur. a) b) Şekil 6. Besra ve diğ. ait bir çalışmadan kesit: a) H2 atmosferinde 800 C de yapılan test sonrası NiO-YSZ/YSZ/LSM-YSZ (anot/elektrolit/katot) SOFC yapısının kesit görüntüsü, b) aynı SOFC malzeme için akım yoğunluğunun bir fonksiyonu olarak hücre voltajı ve güç yoğunluğu değişimi /15/. Fiber takviyeli seramik matrisli kompozitler. EPD iki veya üç boyutlu fiber mimarilerindeki preform yapıların matrislerinin infiltrasyonunda kullanılabilmektedir. Kaya ve diğ. yaptıkları bir çalışmada sıkı fiber dokusunu çeşitli seramik partiküllerle infiltre etmeyi başarmıştır /16/. Şekil 7 de ilgili numune mikroyapısı sunulmuştur. Ni kaplı karbon fiber preform, EPD prosesiyle böhmit çözeltisi içerisinde infiltrasyona tabi tutulmuştur. Sinterleme sonrası elde edilen alümina matrisin EPD yöntemiyle son derece yoğun ve etkili bir şekilde nüfuz ettirildiği görülmektedir. Şekil 7. Azot atmosferinde 1250 C de 2 saat sinterleme sonrası hacim-%30 fiber içeren Ni kaplı karbon fiber takviyeli alümina matrisli kompozitin vakum EPD infiltrasyonu sonrası SEM mikroyapısı /16/. 4. Sonuç EPD yöntemi son yıllarda özellikle ileri teknoloji malzemelerin üretiminde önemli düzeyde ilgi toplamaktadır. Basit, geniş seçenekli, adapte edilebilir, kendisine özgü avantajlar ve

98 62 imkanlar sunması nedeniyle nano ölçekli tozların proses edilmesinden, katı oksit yakıt hücresi imaline kadar geniş bir yelpazede üretim olanakları sunması en güçlü ve ileri çıkan özellikleridir. Ayrıca süspansiyona alınan partiküllerin diğer elektroliz yöntemlerinde olduğu gibi iyon haline getirilmek zorunluluğu olmaması büyük bir avantaj sağlamaktadır. Zira iyi bir şekilde öğütülmüş, dağıtılmış ve stabil hale getirilmiş ileri teknoloji seramik tozlarını baz alan süspansiyonlar uygun şartlar altında çeşitli altlık malzemelere tatbik edilebilmektedir. Böylelikle proses edilmesi zor nano ölçekli tozlar da efektif bir biçimde değerlendirilerek üstün özellikler elde edilebilmektedir. Yönteme ait birçok parametrenin doğru anlaşılması ve iyi kontrol edilmesi durumunda her türlü toz malzemeye uygulanabilmekte, geniş bir altlık malzeme gamı belirlenebilmekte ve farklı karakteristiklerde katmanlar oluşturulabilmektedir. Su bazlı olmayan çözücü sistemler ağırlıklı olmak üzere iyi sonuçlar alınan EPD yönteminde son dönem çalışmalarında su bazlı süspansiyonların devreye alınmasına yönelik çabalar da sürmektedir. 5. Kaynaklar [1] Besra, L. and Liu, M., A review on Fundamentals and applications of electrophoretic deposition (EPD) Progress in Materials Science, 52 (2007), [2] Van Tassel, J.J. and Randall, C.A., Mechanisms of Electrophoretic Deposition, Key Engineering Materials, Vol. 314, (July 2006), [3] Boccaccini, A.R. and Zhitomirsky, I., Application of electrophoretic and electrolytic deposition techniques in ceramics processing, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 6 (2002), [4] Corni, I., Ryan, M.P. and Boccaccini, A.R., Electrophoretic deposition: From traditional ceramics to nanotechnology, Journal of the European Ceramic Society, 28 (2008), [5] Sato N, Kawachi M, Noto K, Yoshimoto N, Yoshizawa M. Effect of particle size reduction on crack formation in electrophoretically deposited YBCO films. Physica C 2001, Vol , pp [6] Ferrari B, Moreno R. The conductivity of aqueous Al2O3 slips for electrophoretic deposition. Mater Lett 1996;28: [7] Ferrari B, Moreno R. Electrophoretic deposition of aqueous alumina slip. J Eur Ceram Soc 1997;17: [8] Basu RN, Randall CA, Mayo MJ. Fabrication of dense zirconia electrolyte films for tubular solid oxide fuel cells by electrophoretic deposition. J Am Ceram Soc 2001;84(1): [9] Chen F, Liu M. Preparation of yttria-stabilised zirconia (YSZ) films on La0.85Sr0.15MnO3 (LSM) and LSM YSZ substrate using an electrophoretic deposition (EPD) process. J Eur Ceram Soc 2001;21: [10] Peng Z, Liu M. Preparation of dense platinum-yttria stabilized zirconia and yttria stabilized zirconia films on porous La0.9Sr0.1MnO3 (LSM) substrates. J Am Ceram Soc 2001;84(2): [11] Grillon, F., Fayeulle, D. and Jeandin, M., Quantitative image-analysis of electrophoretic coatings. J. Mater. Sci. Lett., 1992, 11, [12] Sarkar, P. and Nicholson, P. S., Electrophoretic deposition (EPD): mechanism, kinetics and application to ceramics. J. Am. Ceram. Soc., 1996, 79, [13] Put S, Vleugels J, van der Biest O. Functionally graded WC-Co materials produced by electrophoretic deposition. Scripta Mater 2001;45:

99 [14] Tabellion J, Clasen R. Electrophoretic deposition from aqueous suspension for near-shape manufacturing of advanced ceramics and glasses applications. J Mater Sci 2004;39: [15] Besra L, Zha S, Liu M. Preparation of NiO YSZ/YSZ Bi-layers for solid oxide fuel cells by electrophoretic deposition. J Power Sources, 160 (2006) [16] Boccaccini AR, Kaya C, Chawla KK. Use of electrophoretic deposition in the processing of fibre reinforced ceramic and glass matrix composites: a review. Composites Part A: Appl Sci Eng 2001;32:

100 64

101 Malzeme Bilimi 65

102 66

103 67 GÖRÜNTÜ İŞLEME SİSTEMLERİ ve GIDA ENDÜSTRİSİNDE KULLANIM ALANLARI Sebahattin Serhat TURGUT 1, Erkan KARACABEY 1, Erdoğan KÜÇÜKÖNER 1* 1* Gıda Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 32260, ÖZET Toplumların yaşam standartları ve kalitesinin yükselmesi, ilerleyen teknoloji, gıda kalitesi ve gıda güvenliği anlayışının tüketiciler ve gıda üreticileri için giderek artan önemi, gıda sanayiini yeni analiz yöntemleri geliştirmeye yöneltmektedir. Ayrıca yüksek tüketici beklentisi ve artan dünya nüfusu daha hızlı ve doğru sonuç alınabilen analiz tekniklerine olan ihtiyacıartırmaktadır. Mevcut çalışma bilgisayar destekli görüntü analiz sistemlerini, çalışma prensipleri ve çeşitli gıda ürünlerindeki uygulamaları ile örneklendirerek özetlemeyi amaçlamaktadır. Gıda görüntüleme sistemleri daha hızlı ve daha güvenli gıda üretimi için endüstrinin ihtiyaçlarını karşılayabilecek bir yöntem olup, analiz sırasında gıdada herhangi bir tahribat veya değişikliğe yol açmamaktadır. Bu sayedeüreticinin ekonomik kaybınıazaltmaktadır. Görüntüleme sistemleri başta meyveler olmak üzere sebzeler, et ürünleri, fırıncılık ürünleri, süt ürünleri gibi geniş bir yelpazede uygulama alanı bulmaktadır. Boyut ve şekil temelli sınıflandırma, bozuk veya çürük ürün tespiti, mikrobiyolojik güvenlik, kalite sınıflandırması ve tür/çeşit belirlenmesi bu sistemlerin başlıca kullanım alanları olup, ürün çeşidine bağlı olarak farklı amaçlar için kullanılabilmektedir. Yapılan çalışmalarda umut vadeden sonuçlar elde edilmektedir. Gerçekleştirilen denemelerin büyük kısmı laboratuvar ve/veya pilot ölçekli araştırmalardan oluşmasına karşın endüstriyel uygulamalarda yüksek başarı elde edilen sistemler de bulunmaktadır. Bilgisayarlı gıda görüntüleme sistemleri gıda teknolojilerinde yüksek uygulanabilme potansiyeli ile araştırmacılar tarafından yüksek ilgi görmektedir. Bu çalışma bilgisayar destekli görüntü analiz sistemleri üzerine kısa bir değerlendirmeolup, çalışma prensipleri ve çeşitli gıda ürünlerinde uygulama alanlarından örnekleri içermektedir. Sonuç olarak sağladığı avantajlar göz önünde bulundurulduğunda görüntüleme sistemleri, gıda sanayiinde yüksek kullanım potansiyeli olan bir teknolojidir. Anahtar kelimeler: görüntü analizi, hızlı analiz yöntemi, gıda kalitesi, gıda güvenliği, sınıflandırma. GİRİŞ Teknolojik olanaklar, medya ve iletişimde gözlenen gelişme tüketicilerin bilinç ve farkındalık seviyesinin artışını beraberinde getirmiştir. Bilinçli tüketiciler ise satın aldıkları ürünlerden daha fazla nitelik beklemektedir. Bu durum üreticileri daha kaliteli ve tüketicileri tatmin edebilecek ürünleri pazara sürmeleri konusunda zorlamaktadır. Bilgisayar destekli görüntü analiz sistemleri gıda ve tarım ürünlerinde kalite ve güvenliğinsağlanması/artırılması için tercih edilebilecek teknolojilerden biridir. Gıdalarda görünüm ve kalite arasında çok sıkı bir ilişki bulunmaktadır. Bir gıdanın taze ya da bayat olması, doğallığı veya yapaylığı, dikkat çekiciliği tüketici tarafından görüntüsü ile doğrudan ilişkilendirilip satın alma kararını etkilemektedir. Aynı zamanda üreticiler çoğu zaman hammadde ihtiyacını karşılarken görünüşe göre karar verebilmekte, hem alım hem satış işlerinde fiyatlandırma ile görünüş ilişkilendirilmektedir. Gıdalarda ürün kalitesi fiziksel ve fizikokimyasal özellikler üzerinden değerlendirilmektedir.bunlar içerisinde ürün yüzey rengi, tekstürü, yüzey kusurları ve

104 68 çürük varlığı örnek verilebilir. Bu özellikler genellikle çalışanlar tarafından gözlem yoluyla tespit edilir. Sertlik/sıkılık, ph değeri, suda çözünür kuru madde miktarı ve titrasyon asitliği gibi kalite özellikleriise geleneksel yöntemlerle analitik olarak tespit edilmektedir. Bunlara ek olarak tüketicinin satın alma kararında belki de diğer özelliklerden daha çok belirleyici olan duyusal özellikler (örneğin tat, aroma, lezzet) ve gıda güvenliği (örneğin patojen bakteri varlığı ve fekalbulaşı, pestisit ve diğer tehlikeli kalıntılar) ürünün genel kabul edilebilirliği üzerinde oldukça etkilidir ve geleneksel yöntemlerle tespit edilmektedir. Ancak bu yöntemler zaman harcayan, ürünü tahrip eden ve bazen tüm yığını temsil edemeyen uygulamalardır (Zhang vd., 2012). Geleneksel yöntemlerin aksine, bilgisayar destekli görüntü analiz sistemleri ürüne zarar vermeden hızlı sonuçlar alınmasına olanak sağlamaktadır. Bu nedenlerle üretim faaliyetlerinin gerçek zamanlı kontrolünde kullanım için oldukça uygundur (Kim vd., 2007, Mokhtar vd., 2011, Park vd., 2011). Görüntüleme sistemleri tek bir ürünün incelenmesinde kullanılabileceği gibi yığın halinde olan gıda ve tarım ürünlerinde de bu sistemlerden faydalanılabilir. Örneğin henüz hasadı gerçekleştirilmemiş meyvelerin belirli özelliklerinin incelenmesi için kullanılabilmektedir(stajnko vd., 2004). Geleneksel yöntemlerden farklı olarak, analiz edilen özelliğin yığın içerisindeki yoğunluk dağılımını görüntüleme sistemleri ile tespit etmek mümkündür (ElMasry vd., 2012, Feng vd., 2013). Kısacabilgisayar destekli görüntü analiz sistemlerinden faydalanılarak hızlı, hijyenik, otomatik ve nesnel incelemeler kolaylıkla yürütülebilir. Kısaca bilgisayar destekli görüntü analiz sistemleri hem tüketiciler hem de üreticiler için birlikte fayda sağlamaktadır. Bu çalışma görüntüleme sitemlerinin gıda endüstrisindeki kullanımı hakkında bir özet niteliği taşımaktadır. Aşamaları ve prensipleri hakkındaki temel bilgiler ve uygulama alanlarından örnekleri içermektedir. GÖRÜNTÜLEME İŞLEMİ VE ANALİZİNİN TEMEL BASAMAKLARI Görüntüleme sistemleri ilgilenilen nesne hakkında bilgi elde etmek amacıyla birkaç ekipman ve bir algoritma kullanılarak tasarlanan sistemlerdir. Görüntüleme sistemlerinin başlıca bileşenleri Şekil 1 de sunulmuştur. Sağlanan bilgiler şekil ve kalite sınıflandırması, iç ve dış özelliklerin tespiti gibi amaçlarla kullanılabilir. Her hangi bir nesnenin ilgili özellik açısından analizibirbirini takip eden bir kaç basamakta meydana gelmektedir. Görüntü yakalama, ön işleme, segmentasyon, tasvir etme ve tanımlama, algılama ve yorumlama/anlamlandırma bilgisayar destekli görüntü analiz sistemlerinde sürecin temel basamaklarını oluşturmaktadır. Her basamak dikkatle uygulanmalıdır. Aksi takdirde elde edilen sonuçlar tatmin edici olmayabilir (Gunasekaran, 1996). Şekil 1. Bilgisayar destekli görüntü analiz sistemlerinin temel bileşenleri (Wang vd., 2011)

105 69 Görüntü yakalama aşaması, algılayıcı cihazdan gelen elektrik sinyallerinin sayısal formatayani dijital sinyallere dönüştürülmesi işlemidir. Ultrason, X-ray ve yakın infrared spektroskopive belge tarayıcılar, CCD kameralar (görünür bölge, multispektral ve hiperspektral) görüntü yaratmak için kullanılan algılayıcılardan bazılarıdır (Brosnan ve Sun, 2004, Velioğlu, 2012). Termal kameralar (Gowen vd., 2010) ve terahertz kameralar da görüntü analiz sistemlerinde kullanılmaktadır (Lee ve Lee, 2014). Takip eden basamaklarda iyi sonuçlar elde edebilmek için ilk basamakta yüksek kaliteli görüntü yakalamak hayati öneme sahiptir. Aydınlatma miktarının ve aydınlatma düzenlemelerinin yeterli ve doğru olması, yüksek kaliteli optikler kullanılması ve elektronik tertibatının uygun hazırlanması kaliteli görüntü elde etmek için kaçınılmazdır (Gunasekaran, 1996). Işık kaynağı olarak kullanım amacına göre akkor, floresan, lazerler, X-ray tüpleri ve infrared lambaları tercih edilebilir(brosnan ve Sun, 2004). Ön işleme aşaması bir veya daha fazla eylemden oluşmaktadır. Bunlar gürültü azaltma, geometrik düzeltme, gri ton ayarlaması ve odaklanma problemlerini giderme gibi işlemler olup görüntü kalitesini geliştirmek amacıyla uygulanmaktadır (Shirai, 1987). Kısaca orijinal görüntü ile aynı boyutlarda fakat geliştirilmiş ve iyileştirilmiş bir görüntü elde edilir (Velioğlu, 2012). Görüntü segmentasyonu, takip eden basamakların doğruluğunu derinden etkilemesi nedeniyle en önemli aşamalardan bir tanesidir. Görüntü, incelenen nesne ile güçlü ilişkiye sahip parçalara ayrılmaktadır(brosnan ve Sun, 2004). Görüntüdeki boşluklar ve kırılmalar giderilmekte ve sınırları belirlenmektedir (Velioğlu, 2012). Segmentasyon işleminden geçen görüntü genellikle ya bir sınır ya da bir alan(bölge) resmi ortaya koymaktadır. Sınır resmi veren görüntüler boyut ve şekil analizi için uygundur. Alan veren görüntüler ise tekstür ve kusurların tespiti için kullanılmaktadır. Bu nedenle hangi tür görüntü sunulacağı, planlanan uygulamaya göre belirlenmelidir (Gunasekaran, 1996). Algılama ve yorumlama/anlamlandırma aşamaları genellikle istatistiksel sınıflandırıcılar veya çok katmanlı yapay sinir ağları kullanılarak gerçekleştirilir. Bu programlardan sağlanan bilgiler proses veya makinaların kalite sınıflandırması veya derecelendirme işleminde kullanması için gereklidir (Brosnan ve Sun, 2004). Bulanık mantık, karar ağacı ve genetik algoritmalar aynı amaçla kullanılmakta olan diğer öğrenme tekniklerindendir (Du ve Sun, 2006). UYGULAMALAR Bilgisayar destekli görüntü analiz sistemleri ürünlerin sınıflandırılması, kusurların belirlenmesi, gıdaların iç ve dış özelliklerinin tespiti ve gıda üretim araçlarının izlenmesi gibi amaçlarla kullanılabilmektedir. CCD kamera uygulamaları, ultrasound, X-ray, manyetik rezonans görüntüleme (MRI), bilgisayarlı tomografi (CT) ve elektriksel tomografi (ET) araştırmalarda kullanılan farklı görüntüleme teknikleridir (Velioğlu, 2012). Bunlardan en çok tercih edileni multispektral ve hiperspektral görüntüleme sistemleridir. Bu yöntem aynı materyalin birçok farklı dalga boyunda görüntüsünün alınması ilkesine dayanmaktadır. Kullanılan kameralar sayesinde görünür bölge (VIS) dışında, insan gözününalgılayamadığı ultraviyole (UV) ve yakın infrared (NIR) bölgelerde de görüntüler yakalanarak analiz edilebilmektedir (Velioğlu, 2012). Çok geniş bir uygulama alanı bulunan görüntüleme sistemleri gün geçtikçe daha çok popülerlik kazanmaktadır. Okuyucuda genel bir bakış açısı oluşturmak amacıyla bazı güncel örnekler aşağıda sunulmuştur.

106 MEYVELER VE SEBZELER Meyve ve sebzelerin dış görünüşleri tüketicinin kabulünü etkileyen faktörler arasında belki de en önemlisidir. Çünkü tüketiciler tazelik, tat, çürümüşlük, olgunluk gibi kalite özelliklerini görsel olarak değerlendirerek, gıda ve tarım ürünlerini pazarda satışa sunulduğu haliylesatın almaya karar vermektedirler. Bilgisayar destekli görüntü analiz sistemleri tüketicinin bu eksikliklerini tamamlaya yardımcı olabilecek yeni bir teknolojidir. Bu yöntemle şekle göre sınıflandırma, bozuk/çürük tespiti, kalite sınıflandırması ve tür sınıflandırması yapmak mümkündür (Brosnan ve Sun, 2004). Kim vd. (2007), farklı dalga boylarında çalışan hızlı gerçek zamanlıtarama sistemi geliştirmiştir. Sistem ticari amaçla kullanılan, saniyede en az üç elma işleyebilme kabiliyetine sahip bir elma sınıflandırma makinesi ile birleştirilmiştir. Floresan görüntüleme ile 100% (withnofalsepositive sıfır hatalı sonuç ile) ve yakın infrared yansıma ile 99.5% (sadece 2% hatalı sonuç ile) fekal kaynaklıbulaşı tespit edilerek, yüksek başarı elde edilmiştir. Bir diğer hiperspektral sistem ElMasry vd. (2008) tarafından McIntosh cinsi elmalarda berelenme tespiti için denenmiştir.sistem nmspectral aralığındadır. Ancak infrared bölgesine yakın üç dalga boyu (750, 820, 960 nm) umut vaat edici sonuçlar vermiştir. Çalışma sonucunda bereli elmalar ile beresiz elmalar başarı ile birbirinden ayrılmıştır. Önceki çalışmalardan farklı olarak söz konusu sistem ile analizden yalnızca bir saat önce berelenmiş elmalar ayırt edilebilmekte hatta farklı renkli (kırmızı, yeşil veya kırmızımsı) elmalarda da bereliler tespit edilebilmektedir. Yang vd. (2012), Golden Delicious türü elmaların yüzeylerindeki olasıfekalbulaşınınhiperspektralyüzey tarama floresan görüntüleme ve geliştirilen basit bir multispektral algoritma ile tespit edilme olanağı incelenmiştir. Bir çift viyolet kırmızı aydınlatma, elma yüzeylerinde oluşturulan farklı konsantrasyonlardakifekalbulaşı bölgelerini uyarmak amacıyla kullanılmıştır. Algoritma dört dalga boyundaki (680, 684, 720 ve 780nm) dört farklı floresan yoğunluğunda kullanılmıştır. Belirtildiği üzere fekal bölgelerin 99% undan fazlası bulaşı olmayan elmalardan ayırt edilebilmiştir. Gıda güvenliğini sağlamak, riskleri azaltmak ve gıda kaynaklı rahatsızlıkları engellemek amacıyla bu sistemin yüksek hızlı elma işleme hatlarında uygulanması mümkündür. Sofu vd. (2013), çalışmalarında beş farklı elma cinsi (Starking, Golden, Fuji, Granny Smith, Braburn) üzerinde sınıf ve renk tahmini, leke belirleme çalışmaları yürütmüşlerdir. Tasarlanan sistemde CCD kamera görüntü yakalayıcı sensor olarak, LED ışıklar ise aydınlatma ekipmanı olarak kullanılmıştır. Toplam 221 örnek üzerinde gerçekleştirilen çalışmada oldukça yüksek başarı oranı (sınıflandırma başarısı; %) ile elma renkleri tahmin edilmiştir. Elma cinsi tahmini denemeleri de umut vaat eden sonuçlar (sınıflandırma başarısı; %) verirken, sistem lekeleri belirlemede daha düşük başarı (leke belirleme verimi; yaklaşık 70%) elde edilmiştir. Mandarinlerde görülen hafif bozulmaların tespit edilmesi zor olduğu için işçiler tarafından ultraviyole aydınlatma altında elle ayıklanmaktadır. Bozulma sıklıkla Penicillium sp. Fungienfeksiyonundan kaynaklanmakta olup, bu organizmalar temizlenmezse büyük miktarda meyveye sıçrayabilmekte ve önemli maddi kayıplara neden olabilmektedir. Gómez-Sanchis vd. (2008),Penicilliumdigitatummikroorganizmasının neden olduğu mandarin bozulmalarının tespit edilme olanağını araştırmıştır. Çalışma hem işçilerin ultraviyole ışığın zararlı etkilerinden korunmasını hem de bozulma eğiliminde olan mandarinlerin daha hızlı ve daha etkin bir yöntemle belirlenmesini amaçlamaktadır. Bu nedenle araştırmada UV radyasyon uygulaması yerine hiperspektral görüntüleme sistemi kullanılmıştır. Çalışmada 91% in üzerinde bir oranla çürük mandarinler sağlamlardan ayrılmıştır. Bu sonuç Penicilliumdigitatumnedeniyle mandarinlerde gözlenen hasarın 70

107 hiperspektral bilgisayar görüntüleme sistemleri kullanılarak başarı ile önlenebileceğini göstermektedir. Bilgisayar destekli görüntü analiz sistemleri kullanılarak meyve ve sebzeleri tahrip etmeden onların bazı iç kalite özelliklerinin tespit etmek de mümkündür. ElMasry vd. (2007) tarafından yürütülen çalışmada çileklerin nem miktarı, toplam çözünebilir kuru madde miktarı ve ph değerinin hiperspektral görüntüleme ve yakın infrared ( nm) bölgede yüksek doğrulukla belirlenebildiği ortaya konmuştur. Bunun yanı sıra çileklerde olgunluk düzeyini tespit edebilmek için grey-levelco-occurancematrix (GLCM) kullanılarak görüntü temelli tekstür analizi gerçekleştirilmiştir. GLCM parametreleri kullanılarak 89.61% gibi yüksek doğrulukla sınıflandırma yapılabilmiştir. Daha güncel bir araştırmada domatesflavorunu etkileyen iki önemli iç kalite özelliği olan çözünebilir kuru madde miktarı ve titrasyon asitliği Flores vd. (2009) tarafından belirlenmiştir. Çalışmada yakıninfraredreflektans spektroskopi kullanılmıştır. Söz konusu teknik hem gerçek zamanlı hem de gerçek zamanlı olmayan sistemlerde, ürüne herhangi bir zarar verilmeden, domatesler bireysel olarak incelenebilmekte ve kalite parametreleri doğru bir şekilde tahmin edilebilmektedir. Wang vd. (2011),çalışmalarındahünnap meyvesinin dış kısmında görülen haşere istilasının tespiti üzerine denemeler gerçekleştirmişlerdir. Araştırmacılar hiperspektral reflektans görüntüleme sistemi kullanarak, nm aralığındaki spektral bölgede çalışmışlardır. Ancak sadece üç dalga boyu (500, 650, 690 nm) ile iyi tanımlama sağlanmıştır. Çalışmada meyve kısımları (gövde, sap ve kök kısmı vb.) tam doğrulukla tespit edilmiştir. Hasar görmemiş hünnaplar 98.0% oranından daha yüksek, haşereler tarafından istila edilmiş meyveler ise en az 94.0% oranında doğru tanımlanabilmiştir. Sistemin genel sınıflandırma başarısı ise yaklaşık 97.0% dir. Kılıç vd. (2007) tarafından yapay sinir ağları kullanılarak geliştirilen sistem ile fasulyelerin sınıflandırılma olanakları araştırılmıştır. Uygulama için ayırt edici parametreler boyut ve renk olarak belirlenmiştir. İlk olarak fasulyelerin boy ve en uzunlukları el ile belirlenmiş, ardından sistem kullanılarak aynı nicelikler tahmin edilmiştir. İki sonuç arasında yüksek doğrulukta ilişki olduğu tespit edilmiştir (r değerleri boy ve en uzunluğu için sırasıyla ve bulunmuştur). İkinci olarak fasulyeler, gözlemci işçiler ve sistem tarafından renklerine göre sınıflandırılmıştır. Sınıflandırmanın doğruluk oranı beyaz fasulyeler için 99.3%, sarı-yeşil renkli kusurlu fasulyeler için 93.3%, siyah kusurlu fasulyeler için 69.1%, az kusurlu fasulyeler için 74.5% ve çok kusurlu fasulyeler için 93.8% olarak tespit edilmiştir. Genel sınıflandırma doğruluğu ise 90.6% bulunmuştur. Bilgisayar destekli görüntü analiz sistemlerinde kullanılan bir diğer teknik ise termal kameralardan faydalanmaktır.stajnko vd. (2004) tarafından geliştirilen termal görüntüleme sistemi ile bir meyve bahçesi içerisinde, dalında bulunan elmaların yaklaşık sayısı ve boyutları tahmin edilmeye çalışılmış ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Sistem tarafından tahmin edilen sonuçlar ile incelendiğinde, elma sayılarının tahmini çalışmalarında arasında ve boyut tahminiçalışmalarında aralığında yüksek korelasyon(r 2 ) elde edilmiştir. Olgunlaşma ilerledikçe korelasyon katsayıları her iki parametre için artış göstermiştir. Gan-Mor vd. (2011) havuç ambalajlama işleminden önce Sclerotiniasclerotiorum(Lib.) de Bary mantarına karşı havuçların yüzeyini hedef alarak uygulanan yüksek sıcaklıkta ısıl işlemin optimizasyonu amacıyla termal görüntülemeden yararlanmışlardır. Gereğinden fazla uygulanan ısıl işlem havuç yüzeylerinde renk kaybına neden olurken, yetersiz ısıl işlem ise eksik dezenfeksiyona neden olmaktadır. Geliştirilen sistemin amacı,prosesi takip ederek kızgın buhar seviyesinin ayarlanması ve 3 saniyelik, kısa süreli buhar uygulaması ile havuç yüzeylerinde homojenliği sağlamaktır. Ayrıca yapılan işlem ile depolama esnasında meydana gelen renk değişimlerinin 60-80% oranında 71

108 72 azaldığıve Sclerotiniasclerotiorum kaynaklı hafif çürümelerin önemli ölçüde engellendiği gözlenmiştir. ET VE ET ÜRÜNLERİ Bilgisayar destekli görüntü analiz sistemleri et sanayiinde de kullanmaya uygundur. Bu sistemler taze etlerin yüzey rengi, ph, gevreklik ve bulaşılar gibi bazı kalite özelliklerinin tespitinde kullanılabilir. Park vd. (2011),tavuk karkaslarında gerçekleştirdikleri çalışmada düşük miktarlarda (yaklaşık 10 mg) fekalatık ve sindirim sistemi içeriği (mide içeriği) bulaşısınıgerçek zamanlı tarama gerçekleştiren hiperspektral görüntüleme sistemleri ile başarı ile belirleyebilmişlerdir.sistemendüstriyel hıza yani dakikada 140 karkas tarayabilecek seviyeye erişmiştir. Bir başka çalışmada da Feng vd. (2013), tavuk filetoları üzerinde bulunan Enterobacteriaceae bakterilerinin tespitini amaçlamışlardır. Yakın infraredhiperspektral görüntüleme sistemi kullanılan çalışmada farklı üç dalga boyunda (930, 1121 ve 1345 nm) sırasıyla 0.89, 0.86 ve 0.87 olmak üzere yüksek korelasyon (R 2 ) elde edilmiştir. Görüntüleme sistemlerinin geleneksel yöntemlere göre bir diğer üstünlüğü, analiz edilen özelliğin tek tek örnekler için incelenmesinin yanı sıra tüm yığın içindeki dağılımınında izlenebilmesidir. Ayrıca hat üzerinde ilerleyen kanatlı karkaslarının gerçek zamanlı takip edilmesi de mümkün olmaktadır. ElMasry vd. (2012), geleneksel yöntemlerle belirledikleri kaliteözelliklerini yakın infrared bölgede ( nm) elde ettikleri hiperspektral görüntüleme sistemi verileri ile eşleştirerek bir model geliştirmişlerdir. Elde ettikleri sonuçlar yeterli olsa da araştırıcılar daha iyi sonuçlar elde edebilmek ve daha kuvvetli bir model kurabilmek için çok sayıda örneğe ihtiyaç olduğunu belirtmişlerdir. Taze sığır etinde elde edilen bu başarılı sonuçlar ile sistemin sanayiye uygulanabilir, güvenilir, hammaddeyi tahrip etmeyen ve geleneksel yöntemlere alternatif olabilecek hızlı bir analiz yöntemi olduğu belirtilmiştir. Basset vd. (2000) ve Li vd. (2001), başta sığır eti olmak üzere et kalitesini etkileyen önemli faktörlerden birisi olan gevrekliğin tespiti için geliştirdikleri sistemlerde başarılı sonuçlar elde etmişlerdir. Et ürünlerinin gevrekliğini etkileyen kas tipi, yaş, beslenme tipi gibi birçok faktör bulunmaktadır. Ancak tek bir kas kendi içerisinde ele alındığında kastaki bağ doku miktarı ve bu bağ dokunun dağılımı etin yumuşaklığını doğrudan etkilediği için öne çıkmaktadır. Bu nedenle yapılan çalışmalarda et parçalarının fotoğraf görüntüleri incelenerek gözlenen renk farkına göre etlerin gevrekliği tahmin edilmiştir. Her iki çalışmada da tahmin edilen sonuçların kıyaslanmasında analitik yöntemler kullanılmıştır. Li vd. (2001) analitik yöntemlerin yanı sıra gerçek panelistler kullanarak pişmiş örnekler üzerinde duyusal analizlerde gerçekleştirmiş, böylece değişebilen tüketici algısı çalışmaya dâhil edilmiştir. Söz konusu araştırmada örnekler 83.3% oranında sert ya da gevrek olarak doğru sınıflandırılabilmiştir. Shackelford vd. (2003), çalışmalarında endüstriyel koşullarda (saatte karkas hızında) gerçek zamanlıişlenen sığır karkaslarında farklı randıman değerlerini, longissimus kas alanını ve mermerleşme puanını tahmin etmeye çalışmışlardır. Toplamda 800 karkas çalışmaya dâhil edilmiş, bunların 400 tanesi modelin geliştirilmesi için geri kalanı ise sistemin denenmesi için kullanılmıştır. Tahminlerde kesim sonrası karkas ağırlığı ve elde edilen görüntüler kullanılmıştır. Geliştirilmiş görüntü işleme sistemi ilgili değerler için yüksek oranda tahmin kabiliyeti göstermiştir. Ancak mermerleşme puanının tahmin başarısı yetersiz bulunmuş, geliştirilmesi gerektiği vurgulanmıştır.

109 73 DİĞER GIDA UYGULAMALARI Mokhtar vd. (2011), makarna üretiminde oluşan ufalanma, homojen olmama, boyut eşitsizliği, çatlaklar ve yapışkan yüzeylerin (yapışmaların) gerçek zamanlı tespiti için çalışmıştır. Düz LED ışık kaynağı, bir CCD kamera kullanılarak üretim hattını izleyen bir sistem geliştirmişlerdir. Yapışkanlık, ufalanma ve boyut eşitsizliği belirlemede sistemin gösterdiği hata oranı sırasıyla 1%, 5% ve 13% dir. Ayrıca çalışmada yapışkanlığın çok kolay belirlenebildiği belirtilmiştir. Taghizadeh vd. (2010), farklı materyaller ile ambalajlanmış taze beyaz mantarların (Agaricusbisporus) raf ömürlerini incelemiştir. Çalışma sonunda hiperspektral görüntüleme sistemi kullanılarak mantarlar analiz edilmiş ve depolama sırasında mantarlarda meydana gelen kalite kaybına dikkate alınarak ambalajlama materyallerinin birbirine olan üstünlüğü belirlenebilmiştir. Renk inceleme süresini mantarlara el sürmeden, 1 dakikanın altına indiren sistem sayesinde geleneksel yöntemlerle mümkün olmayan yığın içerisindeki kalite dağılımını tespit edebilmişlerdir. Shafiee vd. (2014), ballarırenklerine göre karakterize edebilen bir sistem geliştirmişlerdir. Kül miktarı, antioksidan aktivite ve toplam fenolik madde içeriği yapay sinir ağları kullanılarak tahmin edilmiştir. Ortaya çıkan sonuçlar oldukça umut vaat edicidir. Kül miktarı, antioksidan aktivite ve toplam fenolik madde miktarı için sırasıyla 0.99, 0.98 ve 0.87 olarak bulunan yüksek korelasyon, sistemin sanayide etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir. Görüntüleme sistemleri alanında en yeni teknolojilerden bir tanesi Lee ve Lee (2014) tarafından araştırılan terahertz (THz) (ultrasonik teknoloji) görüntülemedir. Gıda ürünleri içerisinde bulunabilecek metal parçaları gibi yabancı maddelerin takibi genellikle X-ray radyasyon veya ultrasonik tarayıcılarla gerçekleştirilmektedir. Bünyesinde laktobasillus veya mantarlar gibi aktif mikroorganizmalar barındıran gıdalarda, radyasyonun zararlı etkileri olduğu veya belirli maddelerle radyasyon kalıntılarının gıdaya bulaştığı belirtilmektedir.radyasyonun zararlarını taşımadığı için, ultrasonik teknoloji, özellikle düşük foton enerjisi gıdalarda kullanıma uygundur. Yüksek performanslı cihazlar kullanılarak oldukça yüksek çözünürlükte görüntüler elde edilebilmiştir. Bu işleme yönelik çalışmalarda metal ve kauçuk parçalar, içeriği gözükmeyen ambalajlar içerisinde tespit edilebilmiştir. Sonuç olarak söz konusu teknik yardımıyla ambalaj içeriği görülmeyen ürünlerde dahi gıdalara zarar vermeden ve radyasyonun zararlarına maruz kalmadan yabancı nesne taraması yapılabilmektedir. Buradaki tek engel alüminyum gibi metalleri içeren ambalaj malzemelerinin sistemin çalışmasını engellemesidir. Görüntüleme sistemleri sadece gıda ve tarım ürünlerinin analizinde değil aynı zamanda gıda ile temas eden yüzeylerde de kullanılmaktadır. Jun vd. (2009), çalışmalarında gıda ile temas eden yüzeylerde oluşan mikrobiyel biyofilmlerin belirlenmesini araştırmışlardır. Çalışmada hiperspektral floresan görüntüleme sistemi kullanılmış olup, maksimum enerji yayımı (emission)yaklaşık 480 nm de elde edilmiştir. Ortaya çıkan sonuçlar çerçevesinde paslanmaz çelik, polipropilen, formika ve granit gibi farklı yüzeylerde mikrobiyel biyofilm varlığının belirlenebildiği ortaya konmuştur. SONUÇ Bilgisayar destekli görüntü analiz sistemleri gıda ve tarım ürünlerinin güvenlik ve kalitesini artırmak amacıyla kullanılmaktadır. Ürünlerin iç ve dış kalite özelliklerinin tahmini için bu sistemlerden faydalanılabilir. Otomatik, hızlı, hijyenik olması, ürünü tahrip etmemesi ve nesnel sonuçlar alınabilmesi sistemin sağladığı başlıca avantajlardır. Bunların

110 74 yanı sıra geniş uygulama alanı, esnekliği, ucuzluğu ve gerçek zamanlı izleme imkânı sunması görüntüleme sistemlerini daha cazip hale getirmektedir. Görüntü işleme sistemleri gıda endüstrisine yönelik uygulamalar baz alındığında önemli bir potansiyel sunmaktadır. Ayrıca teknolojik ilerlemelerin getireceği muhtemel yeniliklerle birlikte görüntü analiz sistemlerinin daha komplike proseslerde dahi iyi sonuçlar vereceği ve gıda endüstrisinin artan ihtiyaçlarını gelecekte de başarı ile karşılayabileceğigörülmektedir. Kaynaklar [1] Basset, O., Buquet, B., Abouelkaram, S.d., Delachartre, P. ve Culioli, J., Application of texture image analysis for the classification of bovine meat. Food Chemistry. 69(4), [2] Brosnan, T. ve Sun, D.W., Improving quality inspection of food products by computer vision - a review. Journal of Food Engineering. 61(1), [3] Du, C.-J. ve Sun, D.-W., Learning techniques used in computer vision for food quality evaluation: a review. Journal of Food Engineering. 72(1), [4] ElMasry, G., Sun, D.-W. ve Allen, P., Near-infrared hyperspectral imaging for predicting colour, ph and tenderness of fresh beef. Journal of Food Engineering. 110(1), [5] ElMasry, G., Wang, N., ElSayed, A. ve Ngadi, M., Hyperspectral imaging for nondestructive determination of some quality attributes for strawberry. Journal of Food Engineering. 81(1), [6] ElMasry, G., Wang, N., Vigneault, C., Qiao, J. ve ElSayed, A., Early detection of apple bruises on different background colors using hyperspectral imaging. Lwt-Food Science and Technology. 41(2), [7] Feng, Y.-Z., ElMasry, G., Sun, D.-W., Scannell, A.G.M., Walsh, D. ve Morcy, N., Near-infrared hyperspectral imaging and partial least squares regression for rapid and reagentless determination of Enterobacteriaceae on chicken fillets. Food Chemistry. 138(2 3), [8] Flores, K., Sánchez, M.-T., Pérez-Marín, D., Guerrero, J.-E. ve Garrido-Varo, A., Feasibility in NIRS instruments for predicting internal quality in intact tomato. Journal of Food Engineering. 91(2), [9] Gan-Mor, S., Regev, R., Levi, A. ve Eshel, D., Adapted thermal imaging for the development of postharvest precision steam-disinfection technology for carrots. Postharvest Biology and Technology. 59(3), [10] Gómez-Sanchis, J., Gómez-Chova, L., Aleixos, N., Camps-Valls, G., Montesinos-Herrero, C., Moltó, E. ve Blasco, J., Hyperspectral system for early detection of rottenness caused by Penicillium digitatum in mandarins. Journal of Food Engineering. 89(1), [11] Gowen, A.A., Tiwari, B.K., Cullen, P.J., McDonnell, K. ve O'Donnell, C.P., Applications of thermal imaging in food quality and safety assessment. Trends in Food Science & Technology. 21(4), [12] Gunasekaran, S., Computer vision technology for food quality assurance. Trends in Food Science & Technology. 7(8), [13] Jun, W., Kim, M.S., Chao, K., Lefcourt, A.M., Roberts, M.S. ve McNaughton, J.L., Detection of microbial biofilms on food processing surfaces: hyperspectral fluorescence imaging study. Sensing for Agriculture and Food Quality and Safety.

111 [14] Kılıç, K., Boyacı, İ.H., Köksel, H. ve Küsmenoğlu, İ., A classification system for beans using computer vision system and artificial neural networks. Journal of Food Engineering. 78(3), [15] Kim, M., Chen, Y.-R., Cho, B.-K., Chao, K., Yang, C.-C., Lefcourt, A. ve Chan, D., Hyperspectral reflectance and fluorescence line-scan imaging for online defect and fecal contamination inspection of apples. Sensing and Instrumentation for Food Quality and Safety. 1(3), [16] Lee, W.-H. ve Lee, W., Food inspection system using terahertz imaging. Microwave and Optical Technology Letters. 56(5), [17] Li, J., Tan, J. ve Shatadal, P., Classification of tough and tender beef by image texture analysis. Meat Science. 57(4), [18] Mokhtar, A., Hussein, M.A. ve Becker, T., Monitoring pasta production line using automated imaging technique. Procedia Food Science. 1(0), [19] Park, B., Yoon, S.-C., Windham, W., Lawrence, K., Kim, M. ve Chao, K., Line-scan hyperspectral imaging for real-time in-line poultry fecal detection. Sensing and Instrumentation for Food Quality and Safety. 5(1), [20] Shackelford, S.D., Wheeler, T.L. ve Koohmaraie, M., On-line prediction of yield grade, longissimus muscle area, preliminary yield grade, adjusted preliminary yield grade, and marbling score using the MARC beef carcass image analysis system. Journal of Animal Science. 81(1), [21] Shafiee, S., Minaei, S., Moghadam-Charkari, N. ve Barzegar, M., Honey characterization using computer vision system and artificial neural networks. Food Chemistry. (0). [22] Shirai, Y., Three-Dimensional Computer Vision. Springer-Verlag, Berlin. [23] Sofu, M.M., Er, O., Kayacan, M.C. ve Cetişli, B., Elmaların Görüntü İşleme Yöntemi ile Sınıflandırılması ve Leke Tespiti. Electronic Journal of Food Technologies. 8(1), [24] Stajnko, D., Lakota, M. ve Hočevar, M., Estimation of number and diameter of apple fruits in an orchard during the growing season by thermal imaging. Computers and Electronics in Agriculture. 42(1), [25] Taghizadeh, M., Gowen, A., Ward, P. ve O'Donnell, C.P., Use of hyperspectral imaging for evaluation of the shelf-life of fresh white button mushrooms (Agaricus bisporus) stored in different packaging films. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 11(3), [26] Velioğlu, H.M., Multispektral Görüntü İşleme Teknolojisinin Gıdalarin Kalite Özelliklerini Belirlemede Kullanımı. 11. Gıda Kongresi, Hatay. [27] Wang, J., Nakano, K., Ohashi, S., Kubota, Y., Takizawa, K. ve Sasaki, Y., Detection of external insect infestations in jujube fruit using hyperspectral reflectance imaging. Biosystems Engineering. 108(4), [28] Yang, C.-C., Kim, M.S., Kang, S., Cho, B.-K., Chao, K., Lefcourt, A.M. ve Chan, D.E., Red to far-red multispectral fluorescence image fusion for detection of fecal contamination on apples. Journal of Food Engineering. 108(2), [29] Zhang, R., Ying, Y., Rao, X. ve Li, J., Quality and safety assessment of food and agricultural products by hyperspectral fluorescence imaging. Journal of the Science of Food and Agriculture. 92(12),

112 76 BASINÇLI DÖKÜM İLE ÜRETİLMİŞ Al-Si ALAŞIMLARININ KURU SÜRTÜNME AŞINMA DAVRANIŞI Ş. Hakan ATAPEK, Fulya KAHRIMAN, O. Sinan GÖKÇE Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Umuttepe Yerleşkesi Kocaeli Özet Al-Si alaşımlarının döküm ile kolay üretimi, hafifliği, yeteri aşınma, korozyon ve yorulma direncine sahip olması gibi yapısal, fiziksel ve kimyasal özellikleri günümüz ulaşım araçlarının birçok bileşeni olarak kullanımına fayda sağlamaktadır. Alaşımın kimyasal kompozisyonu, proses koşulları ve nihai mikroyapısı tüm özellikleri doğrudan etkilemektedir. Bu çalışmada, farklı kompozisyonlardaki AlSi alaşımlarının çelik bilya ile olan tribolojik etkileşimlerinde mikroyapısal bileşenlerin alaşımın aşınma davranışına olan etkisi irdelenmiştir. Başlangıçta alaşımların içyapıları mikroskobik yöntemler ile incelenmiştir. Kuru sürtünme testleri ball-on-disc türü bir tribometre kullanılarak yapılmış olup 100Cr6 çelik bilyanın 10 N yüklenme altında 0.8 m/s lik bir hızla alaşım yüzeyinde kayması sağlanmıştır. Mekanik ve mikroyapısal karakterizasyonlar, matriks sertliğinin ve ikincil fazların alaşımın tribolojik karakteristiğini doğrudan belirlediğini ortaya koymuştur. Anahtar kelimeler: Al-Si, mikroyapı, triboloji, karakterizasyon. 1. Giriş Ötektik veya ötektik altı Al-Si alaşımları kolay dökülebilir ve iyi korozyon direncine sahip olmalarıyla birlikte hafiflikleri doğrultusunda başta otomotiv ve havacılık endüstrisi olmak üzere birçok mühendislik uygulamasında kullanılan malzemelerdir. Bu alaşımlarda mukavemet artışı bakır, magnezyum veya demir başta olmak üzere birçok alaşım elementlerinin (Mn, Ti, Zn) düşük oranlarda ilavesi ile sağlanabilir. Katkı elementlerin mikroyapı bileşenleri üzerine doğrudan etkide bulunabilir. Kompozisyonda yüksek demir içeriği kırılgan AlFeSi plakalarının oluşumuna katkı sağlarken, mangan elementinin varlığı bu intermetaliğin ince dağılımına neden olur. Alaşım içeriğinin ötektik kompozisyonun altında, yakınında veya üstünde olup olmamasına bağlı olarak mikroyapıda çeşitli döküm morfolojileri oluşmaktadır. Ötektik altı Al-Si alaşımları α-al fazı ile çevrelenmiş bir ikincil faz ağ yapısına sahiptir. Al matriks içine dağılmış ikincil faz iğnemsi veya lamelli morfolojiye sahiptir. İğnesel Si partikülleri çatlak başlangıç yöreleri olarak rol oynayabildikleri için mekanik özellikleri olumsuz etkilerler. Sodyum, stronsiyum gibi elementlerin düşük oranlarda ilavesi ile ötektik faz morfolojisi kaba iğnesel şekilden fasetli olmayan fibersi morfolojiye dönüşür. Ötektik ve ötektik üstü kompozisyonlarda ise, döküm yapısı hem çökelen ikincil faz partikülleri hem de α-al tarafından çevrelenmiş ikincil faz ağ yapısının oluşturduğu karışık morfolojiye sahiptir. Bu durumda çökelen ikincil faz partikülleri katılaşma sırasında ötektik sıcaklık üzerinde birincil oluşan mikroyapı bileşeni olarak meydana gelebilirler. Ötektik üstü alaşımlar köşeli primer Si kristalleri içerirler. Bu tür alaşımlarda, faz morfolojileri sıvı halde iken yapılan modifiye edici elementlerin ilavesi ile veya katı halde yapılan kütlesel prosesler veya ısıl işlemler ile değiştirilebilir [1-5]. Özellikle otomotiv endüstrisinde çelik veya dökme demir parçalar kullanılmasına rağmen son yıllarda küçük boyutlu-ince cidarlı, hassas ve karmaşık parçaların dökümünde estetik

113 77 görünümü, tasarım esnekliği gibi nedenlerden dolayı hafif alüminyum alaşımları tercih edilmeye başlanmıştır. Bu tür parçalar çoğunlukla basınçlı döküm yöntemi ile üretilirler. Alüminyum alaşımları bu yöntem ile üretildiklerinde, diğer döküm yöntemlerine göre çok daha yüksek mekanik özellikler gösterirler. Hafif metal alaşımları, yapısal özellikleri itibariyle dış etkenlerden kaynaklanan darbeleri kolaylıkla absorbe ederler. Bu malzemeler için aşınma davranışı da önemli olup özellikle yüzeyde çizilmeye karşı yüksek direnç istenmektedir. Basınçlı döküm, sıvı metalin basınç altında metal kalıba doldurulması yoluyla elde edilen yöntemdir. Yöntemin dezavantajları ise kalıcı kalıp pahalı olduğundan sadece seri üretimde ekonomik olması ve küçük parçaların üretimi için uygun olmasıdır [6-14]. Bu çalışmada, Al-Si esaslı üç farklı alüminyum alaşımının mikroyapıları incelenmiş ve kuru sürtünme koşullarında aşınma davranışları incelenmiştir. Testler sonrası malzeme sertliğinin bir fonksiyonu olarak sürtünme katsayı ve aşınma hız değişimleri irdelenmiştir. Aşınma yüzeyleri ve yüzey altı kesit incelemeleri yapılarak mikroyapısal karakterizasyon gerçekleştirilmiştir. 2. Deneysel Çalışma Deneysel çalışma kapsamında alçak ve yüksek basınçlı döküm ile üretilmiş ve Tablo 1 de kimyasal kompozisyonu verilen üç farklı alaşım ile çalışılmıştır. Alaşımlar tipik Al-Si döküm alaşımı kompozisyonundadır. SG-2 alaşımı alçak basınçlı döküm ile SG-3 ve SG-4 alaşımları ise yüksek basınçta döküm ile üretilmiştir. Döküm parçalarından 20 x 20 x 10 mm boyutlarında numuneler alınarak mikroskobik incelemeler ve aşınma testleri öncesi standart metalografik işlemler uygulanmıştır. Dağlanmış konumda mikroyapısal karakterizasyon Zeiss Axiotech 100 model ışık mikroskobu (IM) ve Jeol JSM 6060 model taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. Mikro sertlikler ise Fischersope H100 model mikro Vickers batıcı uç kullanılarak çoklu ölçümler sonrasında belirlenmiştir. Tablo 1. Alaşımlara ait kimyasal kompozisyon (ağ.-%). Malzeme Si Cu Fe Mn Mg Ti Zn Al SG balans SG balans SG balans Aşınma testleri ise Nanovea model ball-on-disc tipi bir tribometre kullanılarak oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Testlerde 100Cr6 çelik bilyanın 10 N yüklenme altında 0.8 m/s lik bir hızla alaşımların yüzeylerinde kayması sağlanmıştır. Testler sonrası mesafeye bağlı sürtünme katsayısı değişim grafikleri ve aşınma hız değerlerinin belirlenerek alaşımların kuru sürtünme koşullarındaki performansları değerlendirilmiştir. Aşınma yüzeyinde SEM kullanılarak yapılan incelemeler aşınma türünün belirlenmesine fayda sağlamıştır. Malzemelerin test boyunca maruz kaldıkları deformasyonun belirlenmesi için aşınma yüzeylerinin altında kesit incelemeleri de yapılmıştır.

114 78 3. Bulgular ve Tartışma 3.1. Alaşımların Mikroyapısal Karakterizasyonu Şekil 1 de alaşımlara ait IM görüntüleri verilmiştir. Bilindiği üzere çoğu Al-Si alaşımı döküm konumunda tipik dendritik katılaşma yapısı içerir. Matriks Şekil 1a da gösterildiği üzere aydınlık kontrastta α-faz alanları içermektedir. Al-Si alaşımları ötektik alaşım ailesi içerisinde yer alır ve matrikslerinde özellikle interdendritik bölgelerde hem α-fazı hemde silisyum içeren ötektik yapılar da içerir (Şekil 1a). SG-2 alaşımının üretiminde stronsiyum ilavesi ötektik silisyumun küreselleşmesine neden olmuştur (Şekil 1b). Stronsiyumun kompozisyonda yer almadığı durumda iğnesel görünümlü veya bloksu primer silisyum kristalleri oluşabilmektedir. Şekil 1c ve e de aydınlık kontrastta α-faz alanları ve gri kontrastta Si kristalleri gözlenmektedir. Kompozisyonda bakır, demir mangan, magnezyum ve çinko gibi alaşım elementlerinin olması matriks içerisinde çeşitli morfolojide ve türde intermetaliklerin (Al2Cu, AlCuMgSi, Al5FeSi, AlSi7Cu3Mg, Al15(MnFe)3Si2, α- Al(Fe,Mn)Si, β-alfesi) oluşumuna da katkı sağlamaktadır [15-18]. Şekil 1d ve f de gösterildiği üzere mikroyapılar aynı zamanda daha koyu kontrastlarda ve bloksu/globular/iğnesel görünümlü intermetalikler içermektedir. SG-3 alaşımında intermetalikler SG-4 alaşımının içerdiği intermetaliklere kıyasla daha kaba görünümlüdür (Şekil 1c ve e). SG-3 alaşımının sahip olduğu magnezyumun varlığı ve oluşturduğu intermetalikler çoğunlukla kaba intermetalik bileşenlerin oluşumuna neden olur. Kompozisyonda manganın olması Al5FeSi gibi bir intermetaliğin hem de α-fazının daha da incelmesine katkı sağlamaktadır [19]. Elementlerin bu etkisi SG-3 ve SG-4 alaşımındaki ince/kaba dağılımı açıklamaktadır Aşınma Verilerinin Değerlendirilmesi Şekil 2 de sürtünme katsayısı kayma mesafesi diyagramı verilmiştir. Diyagram kayma sisteminde ilk kayma periyodunda oluşan tipik sürtünme mekanizmalarını içermektedir. Başlangıçta sürtünme nedeni ile yüzeydeki pürüzlülüğün giderimi söz konusudur. İlerleyen kayma mesafesinde yüzeyde oluşabilen adhezyon sürtünme katsayı değerlerinde bir artışa neden olur. Bu artış SG-4 alaşımının sürtünme katsayısı değerinin ilk 15 m ulaşıncaya kadar belirgin bir şekilde gözlenmektedir. Sürtünme katsayısı, kayma yüzeyleri arasında sıkışan aşınma partiküllerinin sayısındaki hızlı artış ile birlikte artar. Pürüzlerin deformasyonu devam eder ve oluşan yeni yüzeylerin sonucunda adhezyon kuvveti artar. Bazı aşınma partikülleri yüzeyler arasında kalarak kazımaya neden olabilir. Tüm alaşımlarının sürtünme katsayısı değerleri yaklaşık 15 m sonrasında kararlı hal aşınmasının oluştuğunu işaret etmektedir. SG-2 alaşımı kararlı hal aşınması boyunca arasında değişen bir sürtünme katsayısı aralığına sahip iken SG-3 alaşımı için bu değer aralığındadır. SG-4 numunesinde ise sürtünme katsayısı aralığı olup tüm alaşımlar arasında en düşük aralık değerindedir. Şekil 3 de alaşımlar için sertliğin bir fonksiyonu olarak aşınma hız değerlerindeki değişim verilmiştir. SG-3 alaşımı en yüksek sertliğe (100 HV0.1) sahip olmasına rağmen en yüksek aşınma kaybına uğramıştır. Bu alaşıma göre daha düşük sertlikte olan SG-4 alaşımı (80 HV0.1) en düşük aşınma hızına sahiptir. Malzemelerin aşınma direnci üzerine sertlik kadar malzemenin plastik deformasyon kabiliyeti ve mikroyapısal bileşenleri etkisi de vardır. Lokal plastik deformasyonun giderek artması ve malzemeyi pekleştirerek sertleşmesi aşınmaya karşı direnç sağlayabilmektedir. Aynı zamanda mikroyapıda bulunan kaba

115 79 intermetalikler aşınmaya karşı direnç sağlayabilen bir öğe olarak düşünülse de çoğu zaman matriks ile olan zayıf bağlantıları nedeni ile yapıyı terk edip beklenen özellikleri sağlayamamaktadır. Kuru sürtünme koşullarında sert ancak kırılgan olan kaba bileşenler aşınma oranının artmasına neden olmaktadır. Tüm bunlar göz önüne alındığında en yüksek sertlikte olmasına rağmen kaba intermetalik içeren SG-3 alaşımının en yüksek oranda aşınmaya uğraması açıklanabilir. Daha ince α-faz dağılımına sahip SG-4 alaşımı ise tipik Hall-Petch bağıntısı gereği daha mukavim bir davranış sergilemiştir. Stronsiyum katkısı ile iğnesel Si kristal yapısı bozunmuş ve kaba dendritik yapı sergileyen en düşük sertlikteki SG-2 alaşımı (55 HV0.1) kuru sürtünme koşullarında en düşük aşınma direnci sergileyen malzemedir. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Şekil 1. Alaşımlara ait IM ve SEM görüntüleri; (a ve b ) SG-2, (c ve d) SG-3, (e ve f) SG-4.

116 80 Şekil 2. Test edilen alaşımlar için mesafeye bağlı sürtünme katsayısı değişim diyagramı. Şekil 3. Test edilen alaşımlar için sertliğin bir fonksiyonu olarak aşınma hızı değişim diyagramı Aşınma Yüzeylerinin ve Yüzey Altı Kesitlerin Karakterizasyonu Alaşımların kuru sürtünme testleri sonrası aşınma davranışlarının anlaşılmasında aşınma yüzey ve yüzey altı kesit incelemeleri de fayda sağlamaktadır. Şekil 4 de kuru sürtünme koşullarında test edilen alaşımların aşınma yüzey SEM görüntüleri verilmiştir. Aşınma yüzeyinde abrasif ve adhesif aşınma izleri yanı sıra plastik deformasyon izleri belirgin bir şekilde gözlenmektedir. SEM görüntüleri, çelik bilya (65 HRC) ile olan tribolojik etkileşimde alaşımların aşınma yüzeylerinde kendisine göre oldukça sert olan bilya tarafından abrasif olarak aşındığını göstermektedir. Abrasif aşınma yöreleri derin çizilmeler halinde aşınma yüzeylerinde gözlenmektedir. Bu tribolojik etkileşimde aynı zamanda alaşımların sahip oldukları sertliklerin bir fonksiyonu olarak yüzeylerinde farklı aşınma iz genişlikleri oluşmuştur (Şekil 4a, c ve e). Aşınma iz genişlikleri SG-2, SG-3 ve SG-4 alaşımları için sırası ile ortalama 1.60, 1.02 ve 0.81 mm dir. En düşük sertliğe sahip SG-2 alaşımının aşınma yüzeyinde kalın adhezyon tabakaları gözlenmektedir. Bu tabakalar

117 81 altlık malzemenin oksit formunu içermekte ve soğuk kaynaklanma nedenli olarak yüzeye yapışmaktadır. Yapışma tabakası zamanla pekleşerek kırılır ve yüzeyden koparak ayrılır. Şekil 4b de verilen SEM görüntüsü tabaka ayrışmasını göstermektedir. Yüklenme altında yüzeyden koparak tekrar yüzeye yapışabilen oksit formdaki bu yapışma tabakaları tribolojik etkileşimde bir arayüzey gibi davranabilmekte ve altık malzeme - çelik bilya tribolojik çifti yerine oksit tabakası - çelik bilya tribolojik çiftinin oluşumuna neden olmaktadır. SG-2 alaşımının aşınma yüzeyine kıyasla SG-3 alaşımının aşınma yüzeyinde bu tabaka yapısı oldukça incedir (Şekil 4d). SG-4 alaşımının aşınma yüzeyinde bilyanın ilerlediği mesafe boyunca özellikle malzeme yığınların olması plastik deformasyonun bu tribolojik etkileşimde oluştuğunun bir kanıtıdır (Şekil 4f). (a) (b) (c) (d) (e) (f) Şekil 4. Kuru sürtünme testleri sonrası alaşımlara ait aşınma yüzey SEM görüntüleri; (a ve b ) SG-2, (c ve d) SG-3, (e ve f) SG-4.

118 82 Aşınma yüzey altı kesitlerinde yapılan SEM incelemeleri plastik deformasyonun hangi seviyede olduğunu ve oluşturulan tribolojik etkileşimde mikroyapısal bileşenlerin nasıl davrandığını göstermiştir. Şekil 5a da SG-2 alaşımının aşınma yüzey altı kesiti pekleşen α- fazı içerisinde oluşan ve ilerleyen çatlakları göstermektedir. Şekil 5b-d de test edilen tüm alaşımların aşınma yüzey altı kesitlerinde plastik akış izleri belirgin bir şekilde gözlenmektedir. Şekil 5b de SG-2 alaşımın içerisinde yer alan kaba dendritlerin test kayma doğrultusunda deforme olup uzadıkları gözlenmektedir. Tribolojik etkileşim boyunca dar bir bölgede lokal deformasyon ve ısınmalar nedeni ile ötektik yapıların orijinal morfolojisi kısmen çubuksu formdan daha ince ve küresel hale geçmiştir. SG-3 ve SG-4 alaşımlarının aşınma yüzey altı kesitlerinde de benzer plastik akışlar tespit edilmiştir (Şekil 5c ve d). Orijinal matrikslerinde bulunan sert intermetalikler deformasyon etkisi ile kırılmış ve lokal ısınmalar bu yapıları kısmen küreselleştirmiştir. Kırılan bu intermetalikler atomistik bağ içermedikleri matrikslerini kolaylıkla terk edip test koşullarında daha fazla hacimsel kayıplara neden olabilmektedir. (a) (b) (c) Şekil 5. (a) SG-2 alaşımının aşınma yüzey altı kesitinde pekleşen matriks içerisinde çatlak ilerlemesi, (b d) test edilen alaşımların aşınma yüzey altı kesitlerine ait SEM görüntüleri; (b) SG-2, (c) SG-3, (d) SG-4. Şekil 6, test edilmiş alaşımların aşınma yüzeyinden merkezlerine doğru mikrosertlik değerlerindeki değişimi göstermektedir. Daha önceden de bahsedildiği üzere, test edilen alaşımlarda plastik deformasyon ve pekleşme kaçınılmazdır. İçerdiği intermetaliklere kıyasla çok daha düşük sertlikte olan α-fazı pekleşme eğilimine sahiptir. Şekil 6 da verilen sertlik değerleri aşınma yüzeyinin hemen altındaki bir bölgede sertlik değerinin merkez (orijinal) sertlik değerinin üzerinde olduğunu göstermektedir. Dendritik katılaşma yapısından ziyade tane yapısı görünümlü α-fazı ve intermetalik içeren SG-3 ve SG-4 (d)

119 83 alaşımlarında yüzey merkez arası sertlik farklılığı kaba dendritik ve ötektik içeren SG-2 alaşımına göre daha yüksek seviyedir. 4. Sonuçlar Şekil 6. Test edilen alaşımların aşınma yüzey altından merkezlerine doğru mikrosertliklerinde meydane gelen değişim. Bu çalışmada, farklı kompozisyonlarda Al-Si alaşımlarının alçak ve yüksek basınçlı dökümleri sonrası mikroyapısal karakterizasyonları yapılmış olup iç yapı bileşenlerinin kuru sürtünme koşullarında aşınma davranışına etkileri irdelenmiştir. Çalışma kapsamında aşağıda verilen sonuçlar elde edilmiştir: (i) Alçak basınçlı döküm ile üretilen SG-2 alaşımı kaba dendritik α-fazı alanlarına ve tipik ötektik Si yapısına sahiptir. Test edilen tüm alaşımlar içerisinde en düşük sertliğe sahip olan bu alaşımda çelik ile olan tribolojik etkileşimde en yüksek sürtünme katsayısı ve aşınma hızı belirlenmiştir. (ii) Yüksek basınçlı döküm ile üretilen alaşımlarda özellikle Cu, Mn ve Mg elementleri matriks içerisinde α-fazı ve intermetaliklerin hacimsel dağılımını etkilemiştir. Cu-Mn-Mg içeren SG-3 alaşımında oldukça kaba görünümlü intermetalikler tespit edilmişken, Mg içermeyen SG-4 alaşımında daha ince intermetalik dağılımı gözlenmiştir. En yüksek sertliğe sahip olmasına rağmen kaba intermetalikler içeren SG-3 alaşımında en yüksek aşınma hızı tespit edilmiştir. (iii) Kuru sürtünme testleri sonrasında aşınma yüzeylerinde tipik abrasif ve adhesif aşınma izleri gözlenmiştir. Çelik bilyanın etki temas çevresinde malzeme yığınlarının olması plastik defromasyonun gerçekleştiğini göstermiştir. Aşınma yüzey altı kesit incelemeleri de alaşımlarda matrikslerinin test koşullarında plastik akış bantları içerdiğini ortaya koymuştur. Matriks içerisinde bulunan intermetalikler tribolojik etkileşim sırasında kırılmış ve kısmen morfolojik değişime uğramıştır.

120 84 Kaynaklar [1] ASM Handbook, Metallography and Microstructures, Solidification structures of aluminum alloys, Volume 9, , [2] M. M. Makhlouf, H. V. Guthy, The aluminum-silicon eutectic reaction: mechanisms and crystallography, Journal of Light Metals 1, , [3] ASM Handbook, Metallography and Microstructures, Metallographic techniques for aluminum and its alloys, Volume 9, , [4] J. Chang, I. Moon, C. Choı, Refinement of cast microstructure of hypereutectic Al-Si alloys through the addition of rare earth metals, Journal of Materials Science 33, , [5] S. Shin, E. Kim, G. Yeom, J. Lee, Modification effect of Sr on the microstructures and mechanical properties of Al 10.5Si 2.0Cu recycled alloy for die casting, Materials Science and Engineering A 532, , [6] M. Guofa, L. Xiangyu, W. Kuangfei, F. Hengzhi, Numerical simulation of low pressure die-casting aluminum wheel, China foundry, Vol. 6, No 1, [7] B. Zhang, S. L. Cockcroft, D. M. Maijer, J. D. Zhu, and A. B. Phillion, Casting defects in low-pressure die-cast aluminum alloy wheels, JOM, 36-43, [8] B. Meurer, D. Haferkamp, A. Jörg, Use of simulation in the production of cast aluminium wheels, Casting plant and technology international 17, 14-23, [9] Ö. Y. Topçuoğlu, Ö. B. Çe, U. Aybarç, M. Keskiç, Alçak basınç döküm prosesinde kullanılan kalıp kaplama malzemesinin metal akışkanlığına etkisi, 17. Uluslararası Metalurji ve Malzeme Kongresi 2014 (IMMC 2014). [10] C. Reilly, J. Duan, L. Yao, D. M. Maijer, S. L. Cockcroft, Process modeling of lowpressure die casting of aluminum alloy Automotive wheels, JOM, Vol. 65, No. 9, , [11] R. Wang, H. Zhu, H. Zhang, Study on the technology and defects in low pressure semi-solid die casting of aluminum alloy wheel hub, Advanced materials Research Vol. 936, , [12] L. Zhang, R. Wang, An intelligent system for low-pressure die-cast process parameters optimization Int J Adv Manuf Technol 65, , [13] J. Duan, D. Maijer, S. Cockcroft, C. Reilly, Development of a 3D filling model of low-pressure die-cast aluminum alloy wheels, Metallurgical and materials transactions A, Volume 44A, , [14] M. Merlin, G. Timelli, F. Bonollo,G. L. Garagnani, Impact behaviour of A356 alloy for low pressure die casting automotive wheels, Journal of Materials Processing Technology 209, , [15] F. Grosselle, G. Timelli, F. Bonollo, A. Tiziani, E. D. Corte, Correlation between microstructure and mechanical properties of Al-Si cast alloys, La Metallurgia Italiana, 25-32, 2009.

121 85 [16] T. Tański, L. A. Dobrzański, R. Maniara, Microstructures of Mg-Al-Zn and Al-Si- Cu cast alloys, Journal of Archieves in Materials and Manufacturing Engineering, 38 (1), 64-71, [17] M. Krupiński, K. Labisz, L. A. Dobrzański, Z. Rdzawski, Image analysis used for aluminum alloy microstructure investigation, Journal of Archieves in Materials and Manufacturing Engineering, 42 (1-2), 58-65, [18] H. R. Kotadia, N. H. Babu, H. Zhang, Z. Fan, Microstructural refinement of Al- 10.2%Si alloy by intensive shearing, Materials Letters, 64 (6), , [19] A. Darvishi, A. Maleki, M. M. Atabaki, M. Zargami, The mutual effect of iron and manganese on microstructure and mechanical properties of aluminium silicon alloy, Association of Metallurgical Engineers of Serbia, AMES, 16 (1), 11-24, 2010.

122 86 AlTiN KAPLANMIŞ DIN ÇELİĞİNİN TRİBOLOJİSİ ÜZERİNE KAPLAMA ÖNCESİ NİTRASYON İŞLEMİNİN ETKİSİ Gülşah AKTAŞ, Şeyda POLAT, Ş. Hakan ATAPEK Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Umuttepe Yerleşkesi, Kocaeli Özet DIN sıcak iş takım çeliği, ısıl işlemler ile sertleştirebilir bir CrMoV çeliği olup yüksek sıcaklıkta aşınma direnci gösteren ve çoğunlukla aluminyum alaşımlarının ektrüzyonunda tercih edilen bir malzemedir. Sıcak iş takım çeliklerinin farklı malzemelerle olan tribolojik etkileşiminde yük taşıma kapasitesini arttırılabilmek için yüzeyden merkeze doğru sertliği derecelendirilmiş bir mikroyapı tasarlanması günümüz araştırma ve geliştirme çalışmaları arasında yer almaktadır. Bu amaçla farklı ısıl işlem çevrimlerini takiben çelik yüzeyleri CrN veya AlTiN ince filmleri ile kaplanmaktadır. CrN kaplamalara kıyasla AlTiN kaplamalar yüksek sertliği ve yüksek kimyasal kararlılığı nedeniyle sıcak iş takım çeliklerinin yüzey özelliklerini daha da geliştirmek amacı ile tercih edilmektedir. Bu çalışmada, DIN çeliğine konvansiyonel ısıl işlemleri takiben bir nitrasyon işlemi yapılmış ve sonrasında çelik yüzeyleri fiziksel buhar biriktirme yöntemi kullanılarak AlTiN ince film ile kaplanmıştır. Yüzey tribolojisine nitrasyon işleminin etkisi oda sıcaklığı ve yüksek sıcaklık aşınma testleri ile araştırılmış olup sonuçlar yapı-özellik, sürtünme katsayısı ve aşınma hızlarının bir fonksiyonu olarak değerlendirilmiştir. Anahtar kelimeler: DIN , nitrasyon, AlTiN kaplama, triboloji. 1. Giriş Ekstrüzyon yöntemi birçok aluminyum alaşımının şekillendirilmesinde kullanılan bir yöntem olup deformasyonun kolay bir şekilde yapılması için çoğunlukla alaşımların rekristalizasyon sıcaklıkları işlem sıcaklığı olarak seçilir. Yüksek sıcaklıkta işlem yapıldığında, şekillenen metal ile temas eden kalıp yüzeyleri mekanik, termal ve tribolojik gerilmelere, bazı durumlarda ise kimyasal etkilere maruz kalır [1, 2]. Aluminyum ekstrüzyonunda genellike ekstrüze edilecek billet malzeme 450 C 500 C arası bir sıcaklığa ısıtılır ve 5 m/dak. 100 m/dak. arası hızlarda kalıp arasından geçmeye zorlanır. Billetin hareketi sırasında, kalıp yüzeyinde 30 MPa ın altında sürtünme gerilmeleri oluşurken, kalıbın yüzey sıcaklığı 600 C ye ulaşır. Bu ağır çalışma koşullarında kalıp yüzeylerinde takımın zarar görmesine ve yetersiz ürün kalitesine neden olan aşınma, çatlama, kırılma ve eğilme gibi çeşitli hasarlar oluşur [1-4]. Kalıp malzemesi olarak yaygın bir şekilde kullanılan sıcak iş takım çeliklerinde uygun ısıl ve yüzey işlemler ile bahsedilen hasarların oluşumu önemli ölçüde azaltılabilmektedir [5, 6]. Sıcak iş takım çelikleri, alaşım kompozisyonları doğrultusunda seçilen ısıl işlem uygulamaları ile, ihtiyaca yönelik yüksek sertlik ve tokluk sağlayan bir mikroyapıda tasarlanabilir. Yüzey işlemleri ile de çelik yüzeyi aluminyumun aşındırıcı etkisine ve aluminyum transferine karşı kararlı/dirençli hale getirilir [5]. Bu amaçla nitrasyon işlemi ya da fiziksel buhar çöktürme (PVD) yöntemi ile yüzeylere tekli ya da çoklu yüzey işlemleri uygulanır. PVD ile oluşturulan CrN, TiN gibi ince film kaplamalar nitrasyon

123 87 işlemi ile elde edilen beyaz tabakaya oranla daha yüksek sertliğe sahiptir. AlTiN kaplamalar ise yüksek sertliğinin yanı sıra daha yüksek kimyasal kararlılık göstererek ekstrüzyon koşullarında kalıbın yüzey özelliklerini CrN, TiN gibi tekli kaplamalara göre daha fazla geliştirir [7-9]. Yapılan çalışmalar yüksek sıcaklıklarda CrN kaplama yapısının AlTiN kaplamaya göre aluminyuma daha yüksek afinite sergilediğini ve ve bu nedenle aşınma direncinin daha düşük olduğunu göstermiştir [8, 9]. Kimyasal kararlılığın ve sertliğin yanı sıra yüzey özelliklerinin geliştirilmesinde önemli olan başka bir parametre ise kaplamaların yük taşıma kapasiteleridir [10-12]. Rodriguez ve arkadaşları yaptıkları çalışmada, tekli kaplama sistemin sınırlı yük taşıma kapasitesi sebebiyle, AISI H13 altlıkta plastik deformasyon oluştuğunu ve (Ti,Al)N kaplamanın gevrek kırılarak nitrasyon/(ti,al)n çoklu kaplama sistemine göre hacimsel olarak daha yüksek oranda aşındığını bildirmişlerdir [12]. Bu çalışmada sertleştirilebilen bir CrMoV çeliği olan DIN sıcak iş takım çeliğinin ısıl işlem, nitrasyon işlemi ve AlTiN kaplama sonrası aşınma davranışları incelenmiştir. AlTiN kaplama öncesi yapılan nitrasyon işleminin yüzey tribolojisine etkisi oda sıcaklığı ve yüksek sıcaklık aşınma testleri ile araştırılmış olup sonuçlar yapı-özellik, sürtünme katsayısı ve aşınma hızlarının bir fonksiyonu olarak değerlendirilmiştir. 2. Deneysel çalışma 2.1. Malzeme Deneysel çalışma kapsamında kullanılan DIN sıcak iş takım çeliğinin kimyasal kompozisyonu Tablo 1 de, çeliğe uygulanan konvansiyonel ısıl işlem parametreleri ise Tablo 2 de verilmiştir. Çeliğin alaşım kompozisyonunda bulunan yüksek miktardaki Mo ve V alaşım elementleri temperleme işleminde ikincil karbür çökelmesini destekler ve ikincil sertliğin elde edilmesini sağlarlar. Tablo 1. DIN sıcak iş takım çeliğinin standart kimyasal kompozisyonu (ağ. %). C Mn Si Cr Mo V Fe balans Tablo 2. DIN sıcak iş takım çeliğine uygulanan ısıl işlemler ve matriks sertlik değeri. Ön ısıtma I 625 C 60 dak. Ön ısıtma II 825 C 60 dak. Östenitleştirme 1080 C 30 dak. Su verme Hava (4 Bar) Temperleme* 585 C 560 C 560 C *Temperleme işlemi üç kademede (2+2+2 saatte) gerçekleştirilmiştir. Sertlik, HV ±2 Deneysel çalışma kapsamında çeliğinden üç farklı numune hazırlanmıştır. Tablo 3 de numune kodları ile numunelere uygulanan işlemler verilmiştir. Nitrasyon işlemi A3 çeliğine gaz nitrasyon ünitesinde 585 C de, 6 saat boyunca uygulanmış ve sonrasında soğutma işlemi 1.1 bar havada yapılmıştır. AlTiN kaplama ise Novatech NVT-11 manyetik

124 88 alan odaklamalı katodik ark buharlaştırma PVD sistemi (CAPVD) ile Tablo 4 te verilen parametreler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Isıl işlemi takiben kaplama öncesi A2 numunesinin yüzeyi ayna görünümünde parlatılmıştır. A3 numunesinin kaplanması öncesinde ise nitrasyon ile oluşturulan beyaz tabaka 800 ve 1000 mesh lik zımparalar ile yüzeyden giderilmiştir. Tablo 3. Numunelere uygulanan işlemler ve yüzey sertlik değerleri. Malzeme Uygulanan işlemler Sertlik HV0.01 A1 Isıl işlem 504 ± 2 A2 Isıl işlem + AlTiN kaplama 1782 ± 4 A3 Isıl işlem + nitrasyon + AlTiN kaplama 2167 ± 2 Tablo 4. CAPVD yöntemi ile gerçekleştirilen AlTiN kaplama parametreleri. Katot ark akımı Bias voltajı Kaplama süresi Başlangıç vakum değeri Kaplama azot kısmi basıncı Azot akışı 50 A 200 V 30 dak. 5x10-5 Torr 8 mtorr sccm 2.2. Metalografik işlemler ve mikroskobik incelemeler Konvansiyonel ısıl işlemlerden sonra numuneler sırasıyla 120, 320, 600 ve 1000 no lu zımparalar ile zımparalanmış ve sonrasında 1 ve 3 μm luk elmas pasta kullanılarak parlatılmıştır. Mikroyapının belirlenmesi için numuneler % 3 lük nital çözeltisi ile dağlanmıştır. Numuneler dağlanmış konumda ve sıcak aşınma testlerinden sonra Jeol JSM 6060 model taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Oda sıcaklığında yapılan aşınma testlerinden sonra yüzey incelemelerinde SEM ve Nikon Eclipse L150 A model ışık mikroskobu (IM) kullanılmıştır Aşınma testleri Aşınma testleri, oda sıcaklığında ve ekstrüzyon sıcaklığını referans alan yüksek bir sıcaklıkta yapılmıştır. Oda sıcaklığında yapılan aşınma testi Nanovea model ball-on-disc tipi bir tribometre ile gerçekleştirilmiştir. Testlerde aşındırıcı olarak Al2O3 seramik bilya kullanılmış ve Tablo 5 te verilen parametreler ile testler yapılmıştır. Çeliklerin ekstrüzyon koşullarındaki aşınma davranışları block-on-cylinder tipi tribometre ile belirlenmiştir. Kullanılan test düzeneği Şekil 1 de verilmiştir. Bu test düzeneğinde fırın sıcaklığı 450 C olarak sabitlenmiş olup A6080 alaşımı çelik malzeme ile temas halindedir. Tablo 6, sıcak aşınma testlerinde kullanılan koşulları göstermektedir. Verilen bu koşullar aluminyum ekstrüzyon koşullarına benzerlik göstermektedir. Testler sonrası aşınma yüzey incelemelerinin yapılabilmesi için numuneler NaOH çözeltisinde bir miktar bekletilmiştir. Böylece yüzeye yapışan aluminyum tabakaları önemli ölçüde giderilmiştir

125 89 Tablo 5. Ball-on-disc tipi tribometre ile yapılan aşınma testinde kullanılan aşınma parametreleri. Aşındırıcı bilya Aşındırıcı bilya sertliği* Bilya çapı Dönme hızı Normal yük Toplam kayma mesafesi Al2O3 9 5 mm 0,08 m/s 20 N 150 m * Moh s sertlik değeri Şekil 1. Sıcak aşınma testlerinde kullanılan block-on-cylinder tipi tribometre düzeneği. Tablo 6. Block-on-cylinder tipi tribometre ile yapılan aşınma testinde kullanılan koşullar. Aşındırıcı disk malzemesi Aşındırıcı disk çapı Test sıcaklığı Dönme hızı Normal yük Toplam kayma mesafesi A mm 450 C 0,27 m/s 70 N 2000 m 3. Bulgular ve Tartışma 3.1. Mikroyapısal Karakterizasyon Şekil 2 de çeliklerin mikroyapıları verilmiştir. Tipik sertleştirme ve temperleme işlemi sonrası çelik mikroyapısı temper martenzitik matriks içermektedir. (Şekil 2a). Takım çelikleri, alaşım kompozisyonu ve ısıl işleme bağlı olarak MC, M23C6, M7C3, M6C türü sert birincil veya ikincil karbür çökeltileri içerebilir [5, 6]. Yüksek oranda Cr, Mo ve V içeren çelik mikroyapısında aydınlık kontrastta küresel karbürler (Mo-ce zengin M6C) gözlenmiştir. Deneysel çalışmada, ısıl işlemi takiben CAPVD yöntemi ile çelik yüzeyine AlTiN kaplama yapılmıştır. Şekil 2b de A2 numunesinin kesitinden, kaplamanın yaklaşık 2 µm kalınlıkta olduğu gözlenmektedir. Daha önce de üzerinde durulduğu üzere A3 numunesinde ısıl işlem sonrası ve kaplama öncesi ara işlem olarak bir nitrasyon işlemi de yapılmıştır. Şekil 2c, kaplamanın hemen altında iğnemsi görünümlü nitrür çökeltilerini de içeren bir difüzyon tabakasının varlığını göstermektedir. Kırılgan/gevrek yapıya sahip olması nedeniyle beyaz tabaka kaplama işlemi öncesinde çelik yüzeyinden kaldırılır [8,9]. Altlık sertliği, çelik matrikse göre daha yüksek sertliğe sahip olan difüzyon tabakası ile

126 90 desteklenir. Isıl işlem+nitrasyon+altin kaplama işlemleri ile tasarlanan mikroyapı sayesinde kesitten yüzeye doğru fonksiyonel sertlik artışı sağlanmış olur (Tablo 3). (a) (b) (c) Şekil 2. Çeliklerin mikroyapılarını gösteren SEM görüntüleri; (a) A1, (b) A2 ve (c) A Aşınma verilerinin değerlendirilmesi Oda sıcaklığı aşınma testleri Oda sıcaklığında yapılan aşınma testlerinden elde edilen sürtünme katsayısı-mesafe diyagramı Şekil 3 te verilmiştir. Sürtünme katsayısı temas alanının ve kayma gerilmesinin fonksiyonudur. Kaplanmış yüzeylerde sertliğin artması, aşındırıcı ile yüzey arasındaki temas alanını azaltırken, yüzeyde oluşan kayma gerilmelerini arttırır. Artan kayma gerilmesi sürtünme katsayısının yükselmesine neden olur [10]. AlTiN kaplı A2 çeliğinin sürtünme katsayısı ortalama 0.26 iken, nitrasyon işleminin etkisiyle yüzey sertliği daha yüksek olan A3 çeliğinin sürtünme katsayısı artmış ve ortalama 0.33 değerine ulaşmıştır. En düşük yüzey sertliğine sahip A1 çeliğinde ise sürtünme katsayısı kayma gerilmesinden çok temas alanından etkilenmiştir. Aşındırıcı ile numune yüzeyi arasındaki artan temas alanı nedeniyle sürtünme katsayısı A2 çeliği ile yakın değere ulaşmıştır. Şekil 3. Oda sıcaklığında yapılan aşınma testlerinden elde edilen sürtünme katsayısımesafe diyagramı. Oda sıcaklığında yapılan aşınma testleri sonrası numunelerin aşınma hızları hesaplanmış ve sertliğin bir fonksiyonu olarak aşınma hız değişimi Şekil 4 de verilmiştir. Çeliklerin aşınmaya karşı dirençleri yüzey sertliğinin ve yük taşıma kapasitesinin fonksiyonudur. Yüzey sertliğinin artması aşındırıcının yüzeye batması, kazıması veya abrasif olarak

127 91 çizmesine karşı direnç oluşmasını destekler. Ancak altlık ile kaplama arasındaki sertlik gradyenti yüksek olan kaplama sistemlerinde kaplama sertliği yüksek olsa da yük taşıma kapasitesi düşer. Düşük yük taşıma kapasitesine sahip kaplama sistemlerinde, atlık malzeme yükü taşıyamayarak plastik deformasyona uğrar. Bu şekil değişimine uyum sağlayamayan kaplamada ise çatlak oluşumu, kırılma ve tabaka ayrılması gibi hasarlar oluşur [10]. En düşük sertliğe sahip A1 çeliği beklenildiği üzere en yüksek aşınma hızına sahiptir. Nitrasyon işlemi sayesinde kesitte dereceli sertlik geçişinin sağlandığı A3 çeliği ise en düşük aşınma hızına sahiptir. Şekil 4. Oda sıcaklığında yapılan aşınma testlerinde elde edilen numunelere ait sertlik- aşınma hızı ilişkisi Yüksek sıcaklık aşınma testi Yüksek sıcaklık aşınma testi, ekstrüzyon koşulları esas alınarak 450 C de gerçekleştirilmiştir. Testler sonunda elde edilen sürtünme katsayısı-mesafe diyagramı Şekil 5 te verilmiştir. A6080 alaşımı 450 C de yüzeye transfer olarak sıvanma eğilimi gösterir. Sıvanma sonucunda çelik-disk arasında sürtünme kuvvetlerine ek olarak yapışma kuvvetlerinin oluşması sürtünme katsayısının artarak 1 değerinin üzerine çıkmasına neden olur [4, 8, 9, 13]. Sıcak aşınma testinde sürtünme katsayısı üzerindeki etkin mekanizma yüzeye aluminyum sıvanmasıdır. Aluminyum sıvanmasının oluşması, kırılması ve tekrar oluşması döngüsü sürtünme katsayısında dalgalanmaya neden olmuştur. AlTiN kaplı A2 ve A3 yüzeyleri benzer sürtünme katsayısı değişim aralığı göstermiştir. A1 çeliği ise diğer iki çeliğe göre daha düşük sürtünme katsayısı değişim aralığına sahiptir. Test sıcaklığında çelik yüzeyinde yüksek miktarda oksit oluşumu ve oksit yapısının sınırladığı aluminyum sıvanması bu çelikte daha düşük sürtünme katsayısına neden olmuştur. Ekstrüzyon koşullarında nitrasyonun kaplamanın aşınmasını azaltan etkisi Bölüm 3.3 de verilen aşınma yüzeylerinin SEM incelemeleri ile irdelenmiştir Aşınma yüzeylerinin karakterizasyonu Oda sıcaklığında yapılan aşınma testlerinde oluşan aşınma yüzeylerinin IM görüntüleri Şekil 6 da verilmiştir. En düşük sertliğe sahip A1 çeliği daha geniş aşınma izine sahiptir ve izde baskın olarak abrasif çizilmeler ve katmanlı yapışma tabakaları oluşmuştur (Şekil 6a). AlTiN kaplama sayesinde A2 numunesinin yüzeyi A1 e göre daha iyi korunmasına rağmen kaplamanın deforme olduğu görülmüştür (Şekil 6b). A3 numunesi A2 numunesi ile benzer aşınma karakteristiği sergilemiştir ancak A3 numunesinde kaplamanın deforme olduğu alan A2 ye göre daha dardır (Şekil 6c). Şekil 7 de verilen SEM görüntüleri IM

128 92 görüntülerini desteklemektedir. Nitrasyon işlemi sayesinde elde edilen kademeli sertlik artışı A3 numunesinde kaplamanın test koşullarında A2 numunesine göre daha iyi aşınma direnci sergilemesini sağlamıştır. Şekil 5. Sıcak aşınma testlerinden elde edilen sürtünme katsayısı-mesafe diyagramı Yüksek sıcaklık aşınma testlerinde numunelerin aşınma davranışları Şekil 8 de aşınma yüzeylerinin SEM görüntüleri üzerinden değerlendirilmiştir. 450 C de çelik yüzeyi oksitlenmekte ve aluminyum yüzeye sıvanma eğilimi göstermektedir. Şekil 8a da verilen A1 numunesine ait aşınma yüzeyinde koyu kontrastlı aluminyum sıvanmalarının yanı sıra kübik ve ince dağılımlı morfolojilerde oksit yapıları gözlenmiştir. Aynı zamanda yüzeyde derin abrasif izin varlığı çelik yüzeyinin aşınmaya ve okstilenmeye karşı direncinin düşük olduğunu göstermiştir (Şekil 8a). AlTiN kaplı A2 ve A3 numune yüzeyleri A1 numunesine göre daha kararlı davranış sergilemiştir. AlTiN kaplı A2 numunesinin yüzeyinde yoğun droplet ayrışmaları (Şekil 8b) ve çatlak oluşumu gözlenirken nitrasyon+altin kaplı A3 numunesinin yüzeyinde droplet ayrışması oldukça azdır ve çatlak oluşumu gözlenmemiştir (Şekil 8c). (a) (b) (c) Şekil 6. Oda sıcaklığında yapılan aşınma testinde elde edilen aşınma yüzeylerinin IM görüntüleri; (a) A1, (b) A2, (c) A3.

129 93 (a) (b) (c) Şekil 7. Oda sıcaklığı kuru sürtünme testleri sonrası aşınma yüzeyi SEM görüntüleri; (a) A1, (b) A2, (c) A3. (a) (b) (c) Şekil 8. Sıcak aşınma testleri sonrası aşınma yüzeyi SEM görüntüleri; (a) A1, (b) A2, (c) A3. 4. Sonuçlar Deneysel çalışma kapsamında nitrasyon işleminin AlTiN kaplanmış DIN çeliğinin aşınma davranışı üzerine etkisi incelenmiştir. Oda sıcaklığında ve ekstrüzyon koşullarında 450 C de yapılan aşınma testleri sonrasında veriler değerlendirilmiş ve aşınma yüzeyleri incelenmiştir. Mikroyapısal ve mekanik karakterizasyonlar sonrası aşağıda verilen sonuçlar elde edilmiştir: (i) Konvansiyonel ısıl işlemler sonrasında çelik numuneleri M6C karbürleri içeren temper martenzitik matriks yapısına sahiptir. (ii) AlTiN kaplamalar 2 µm kalınlığında olup kaplama işlemi ile çelik yüzey sertliği arttırılmıştır. Nitrasyon+AlTiN kaplama yapılmış çelikte difüzyon tabakasının varlığı yüzey sertliğini daha da arttırmıştır. (iii) Oda sıcaklığında yapılan aşınma testleri en yüksek sertlikte olan çeliğin (A3) en yüksek sürtünme katsayısına sahip olduğunu göstermiştir. Hesaplanan aşınma hız değerleri en yüksek yüzey sertliğine sahip malzemede en düşük değerde aşınmanın gerçekleştiğini

130 94 göstermiştir. Kaplama işlemleri ile çelik yüzeyin aşınma direnci gelişmiştir. Nitrasyon işlemi dereceli sertlik artışı sağlayarak AlTiN kaplamanın aşınma direncini daha da arttırmıştır. IM ve SEM incelemeleri kuru sürtünme test koşullarında A1 ve A2 numune yüzeylerinde abrasif çizilme ve tabaka yapışmalarının oluştuğunu, A3 çeliğinin yüzeyinde sadece pürüzlülüklerin giderildiğini göstermiştir. (iv) Yüksek sıcaklıkta yapılan aşınma testlerinde aluminyum sıvanmasından dolayı sürtünme katsayıları 1 in üzerindedir. AlTiN kaplama ile altlık malzeme yüzeyleri sıcak aşınmaya karşı kararlılık sergilemiştir. Nitrasyon işlemi ise AlTiN kaplamanın yük taşıma kapasitesini arttırarak kaplamanın aşınma direncini arttırmıştır. SEM incelemeleri, A1 çeliğinin yüzeyinde abrasif aşınma ve oksitlenmenin oluştuğunu, A2 numunesinin kaplama yüzeyinde droplet ayrışmalarının ve çatlakların meydana geldiğini, A3 çeliğinde ise belirgin bir hasarın gerçekleşmediğini ortaya koymuştur. Kaynaklar [1] Bauser M., Sauer G., Siegert K. (editors), Extrusion, 2nd ed., ASM International, Materials Park, Ohio, [2] Lange K. (editor), Handbook of Metal Forming, McGraw-Hill, New York, [3] Bombač D., Terčelj M., Peruš I., Fajfar P., The progress of degradation of the bearing surfaces of nitrided dies for aluminium hot extrusion with two different relative lengths of bearing surface, Wear, 2013, 307, [4] Jerina J., Kalin M., Initation and evoluation of the aluminium-alloy transfer on hot work tool steel at temperatures from 20 C to 500 C Wear, 2014, 319, [5] Roberts G., Krauss G., Kennedy R., Tool steels, 5th ed., ASM International, Materials Park, Ohio, [6] Totten G. E., Steel heat treatment handbook, 2nd ed., Taylor & Francis Group, London, [7] Aihua L., Jianxin D., Haibing C., Yangyang C., Jun Z., Friction and wear properties of TiN, TiAlN, AlTiN and CrAlN PVD nitride coatings, Int. Journal of Refractory and Hard Materials, 2012, 31, [8] Birol Y., Sliding wear of CrN, AlCrN and AlTiN coated AISI H13 hot work tool steels in aluminium extrusion, Tribology International, 2013, 57, [9] Pellizzari M., High temperature wear and friction behaviour of nitrided, PVD-duplex and CVD coated tool steel against 6082 Al alloy, Wear, 2011, 271, [10] Holmberg K., Matthews A., Coatings tribology, properties, mechanisms, techniques and applications in surface engineering, 2nd ed., Elsevier, Oxford, [11] Hardell J., Prakash B., Tribological performance of surface engineered tool steel at elevated temperature, International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2010, 28, [12] Rodríguez-Baracaldo R., Benito J. A., Puchi-Cabrera E. S., Staia M. H., High temperature wear resistance of (TiAl)N PVD coating on untreated and gas nitrided AISI H13 steel with different heat treatments, Wear, 2007, 262, [13] Vilaseca M., Molas S., Casellas D., High temperature tribological behaviour of tool steels during sliding against aluminium, Wear, 2011, 272,

131 95 DEPREM MÜHENDİSLİĞİNDE KULLANILAN ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLAR İÇİN FİZİKSEL METALURJİK YAKLAŞIMLAR Gülşah AKTAŞ 1, Ş. Hakan ATAPEK 1, Şeyda POLAT 1, Savaş DİLİBAL 2,3 1 Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Umuttepe Yerleşkesi, Kocaeli 2 Gedik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, 34876, Kartal, İstanbul 3 Bahçeşehir Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, 34349, Beşiktaş, İstanbul Özet Deprem gibi bir doğal olayın insan yaşamına verdiği yıkıcı etki karşısında günümüz mühendislik bilimlerinin ortaklaşa araştırma ve geliştirme çalışmaları akıllı binaların yapım sürecini oluşturmuştur. Bu binalar yıkım etkisini azaltabilen uyumsal, duyumsal, kontrollü, aktif ve akıllı yapı unsurlarını içermektedir. Herhangi bir sismik harekete karşı bu yapı unsurları eşzamanlı çalışarak binanın yıkıcı etkiyi sönümlemesine katkı sağlamaktadır. En yüksek seviyede sönümlemenin olabilmesi için akıllı bina yapım sürecine malzeme bilim mühendisliği ve temel yaklaşımları dahil olmuştur. Sismik hareketlere karşı yüksek seviyede yer değişim kapasitesine sahip akıllı binaların tasarısında şekil hafızalı alaşımların kullanımı hızla yaygınlaşmaktadır. Şekil hafızalı alaşımlar, uygun ısıl işlemler sonrası östenit ve martenzit fazlar arasında süperelastik davranış gösterebilenileri teknoloji malzemeleridir. Bu çalışmada, şekil hafızalı alaşımların deprem mühendisliğindeki uygulamaları tanıtılacak olup bu alaşımların sönümleme karakteristikleri üzerine fiziksel metalurjik esasların etkisi irdelenecektir. Anahtar kelimeler : Deprem mühendisliği, sönümleme, şekil hafızalı alaşımlar, fiziksel metalurji. 1. Giriş Binalar yer çekiminin oluşturduğu statik yüke ve depremin oluşturduğu dinamik yüklere maruz kalırlar. Geleneksel binalar hesaplanan ortalama statik ve dinamik yüklere karşı mukavim ve rijit olarak tasarlanır. Bu binalarda kullanılan malzemeler dinamik enerjiyi dağıtabilecek (sönümleyebilecek) özelliğe sahip değildir. Sınırlı enerji sönümleme kapasiteleri nedeniyle geleneksel binalar deprem gibi dinamik yüklere maruz kaldığında yapısal bütünlüğünü koruyamaz. Geleneksel binaların sınırlayıcı özellikleri yeni arayışları teşvik etmiş ve akıllı malzemelerin kullanılması ile uyumsal ve duyumsal özeliklere sahip akıllı binalar geliştirilmiştir. Akıllı bir bina duyumsal özelliği ile çevresel değişiklikleri hissederken, uyumsal özelliği sayesinde bu değişikliklerin oluşturduğu şartlara uyum sağlayarak sistemin bütünlüğünü korumaktadır. Başka bir deyişle, akıllı bir binada kritik bölgelerde oluşan herhangi bir problem tanımlanır, kaydedilir ve ölçülen veri işlenir ve sistemin performansını arttırmak, yapısal bütünlüğünü korumak için en uygun hareket devreye alınır [1]. Geliştirilen elektroreolojik, magnetoreolojik malzemeler ve piezoelektrik tabakaların yanı sıra şekil hafızalı alaşımlar (SMA, ShapeMemory Alloy) akıllı bina bileşeni olarak yerini almıştır. Dinamik yükler altında binalara titreşim sönümleme özelliği, şekil hafızalı

132 96 alaşımlar sayesinde kazandırılır. Bu amaçla akıllı binalarda şekil hafızalı alaşımlar aktif kontrol, yarı aktif kontrol ve pasif kontrol sistemlerinin bileşenleri olarak kullanılırlar [2]. Aktif kontrol sistemlerinde belli bir rezonans frekansıyla titreşen binanın titreşimi, aktüatörlerin (uyarıcılar) bu titreşimi aktif olarak ayarlaması ile azaltılır. Bu sistemlerde şekil hafızalı alaşımdan üretilen aktüatörlerin rijitlikleri ısıtma ile artar ve böylece binaların doğal frekansları aktif olarak ayarlanır. Yarı aktif kontrol sistemlerinde ise binanın özelliklerini şartlara göre uyarlamak için aktif kontrol sistemlerine oranla oldukça az enerji kullanılır. Pasif kontrol sisteminde dış bir güç gerekli değildir, darbe kuvvetleri binanın hareketine karşı oluşan tepki ile gelişir. Bu sistemlerde ağır yüklenmelere maruz kalan yapının tepkisini ve plastik deformasyonunu azaltmak için şekil hafızalı alaşımların sönümleme özelliğinden yararlanılır. Bu amaçla şekil hafızalı alaşımlar zemin izolasyon sistemi ve enerji dağıtım sisteminde kullanılırlar [1-3]. Şekil hafızalı alaşımların inşaat yapılarında kullanılmaya başlanması ilk keşfinden oldukça uzun zaman sonra olmuştur. İlk olarak 1932 yılında Au-Cd alaşımında tersinir faz dönüşümü gözlenmiştir li yıllarda Cu-Al-Ni alaşımı geliştirilmiş ancak 1962 yılında geliştirildiği laboratuvarın adı (Naval Ordnance Laboratory) nedeniyle nitinol olarak anılan Ni-Ti alaşımının keşfedilmesi ile şekil hafızalı alaşımlar konusundaki araştırmalar ve uygulamalar genişlemiştir. Nitinol termomekanik ve termoelektrik özellikleri sayesinde en çok kullanılan şekil hafızalı alaşım olmuştur [2-4]. Ancak bu alaşımın üretimi ve işlenebilirliği ile ilgili zorluklar ve yüksek maliyeti nedeniyle farklı alaşımlara yönelim gerçekleşmiştir. Bakır esaslı alaşımlardan Cu-Zn-Al alaşımı ticari olarak değer gören ilk bakır esaslı şekil hafızalı alaşımdır. Cu-Al-Ni alaşımı 100 C nin üzerinde kullanılan şekil hafızalı alaşım olma özelliğinden dolayı tercih edilen şekil hafızalı alaşımdır [3]. Düşük maliyet ve kolay işlenebilirlik arayışı ile 1982 yılında Fe-Mn-Si alaşımı geliştirilmiştir [5] lı yıllardan itibaren şekil hafızalı alaşımları inşaat yapılarındakullanılmaya başlanmış 2000 li yılların başında bu alanda yapılan çalışmalar artmıştır. Wilde ve arkadaşlarının 2000 yılında yaptıkları çalışmada, köprü yapılarında kullanılan şekil hafızalı alaşım çubuklarından yapılmış izolasyon sistemleri sayesinde köprüye yüksek enerji etki etmesine rağmen oluşan hasar enerjisinin diğer sistemlere oranla daha az olduğu belirlenmiştir [6]. Bruno ve Valente, şekil hafızalı alaşım esaslı cihazların sismik titreşimi kauçuk izolatörlerden daha fazla sönümlediğini ispatlamıştır. Enerji dağıtımı için çerçeve yapılarda şekil hafızalı mesnetlerkullanılır. Yüklenme anında şekil hafızalı alaşımlardan üretilmiş tel gergiler gerilme kaynaklı martenzit dönüşümü ya da martenzitin yeniden yönlenmesi sayesinde enerjiyi dağıtırlar [7]. Baratta ve Corbi ninyaptığıçalışmada şekil hafızalı alaşımlardan üretilen tendonların daha az tepki yarattığı, daha küçük kalıntı gerinme sağladığı ve mükemmel yük sönümleme kabiliyetine sahip olduğu bildirilmiştir [8]. DesRoches ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada şekil hafızalı alaşımlardan oluşturulan sınırlayıcıların köprü ayaklarında çelik kablo sınırlayıcılarına oranla daha etkili olduğu bildirilmiştir. Yüksek elastik gerinme aralığı sayesinde şekil hafızalı alaşımlardan üretilen cihazlar elastik özelliğini kaybetmeden yüksek oranda deformasyona uğrayabilirler. Buna ek olarak süperelastik özelliği sayesinde şekil hafızalı alaşımlar köşe bağlantılarında bağlantı elemanı olarak enerji dağıtımı sağlarlar [9]. Şekil hafızalı alaşımların akıllı binalarda kullanımının artması, alaşımların mekanik özelliklerinin geliştirilmesinin yanı sıra üretim, işleme ve uygulama maliyetlerinin azalmasına bağlıdır. Bu nedenle son yıllarda yapılan çalışmalarda Ni-esaslı alaşımların yerine Cu-esaslı alaşımlara odaklanılmıştır. Düşük kalıntı gerinmeler ile yüksek enerji sönümleyebilen Cu-esaslı şekil hafızalı alaşımların uygulanabilirliğini arttırma çalışmaları

133 97 devam etmektedir. Bu amaçla Cu-Al-Be ve Cu-Zn-Al gibi bakır esaslı alaşımların enerji dağıtım ve enerji sönümleme esaslı cihazlarda kullanımları için çalışmalar gerçekleştirilmektedir [10-12]. 2. SMA malzemeleri için fiziksel metalurjik esaslar Şekil hafızalı alaşımlar, metalik malzeme grubu içerisinde tek şekil hafıza etkisine ve süperelastisite etkisine sahip alaşımlardır. Şekil hafıza etkisi düşük sıcaklıklarda deformasyonu takiben ısıtma ile malzemenin orijinal şeklini alması olarak ifade edilebilir. Süperelastik özellik ise uygun bir sıcaklıkta yükün verilmesi ve geri alınması gibi bir çevrim içerisinde gerinimlerin elastik olarak toparlanmasını içerir. Bu tür özellikler yüksek sıcaklıkta kararlı bir östenit fazından düşük sıcaklık martenzit fazına termoelastik dönüşümler için oldukça iyi bilinir [13]. Bilindiği üzere martenzitik dönüşümler çekirdeklenme ve büyüme dönüşümleri şeklinde sınıflandırılamazlar. Bu dönüşümde bir çekirdeklenme aşaması ve bir büyüme aşaması vardır; fakat büyüme hızı o kadar yüksektir ki hacimsel dönüşüm hızı hemen hemen tamamen çekirdeklenme aşaması ile kontrol edilir. Çoğu Fe-C alaşımı için martenzit yapısı hızlı su verme sonrası oluşan bir denge dışı reaksiyon ürünü olarak bilinir.ancak bir çok martenzitik dönüşümde düşük sıcaklık fazı, kararsız faz olmaktan ziyade bir denge fazıdır, çok düşük soğuma hızlarında bile oluşur (Örnek:Au-Cd ve In-Tl). Bu sistemlerdeki dönüşümler doğal olarak martenzitik oluşur ve bu nedenle çelikte olduğu gibi hızlı su vererek dönüşümün bu hızlı büyüme şeklini sağlama gereksinimi yoktur. Demir dışı martenzitlerde de yüksek sıcaklık fazının östenit ve düşük sıcaklık fazının martenzit olarak adlandırılması sıkça görülür [14]. Martenzitik dönüşümler difüzyon prosesine gerek kalmaksızın kafes dönüşümleri ile gerçekleşmektedir. Bu dönüşümler için bilinen en iyi kafes değişim mekanizması ise ikizlenmedir. Bu mekanizma şekil hafızalı alaşımlar için şekil hafıza karakteristiğinde önemli bir rol oynar. Şekil hafıza etkisi, (i) östenitten soğutma ile martenzit başlangıç sıcaklığına (Ms) ulaşılmasını, (ii) kristalografik bir oryentasyon gerektiren yüksek kafes gerinmeli ve ikizlenme nedenli martenzitik dönüşümün gerçekleşmesini, (iii) deformasyonu takiben ısıtma ve kafes içi atomistik orijinal oryentasyonun geri gelmesini ifade eder. Tüm bu mekanizmalar göz önüne alınacak olursa martenzitin tersinirlik karakteristiği ve buna bağlı olarak termoelastik özelliği ön plana çıkmaktadır. Martenzitler, kayma kompenentlerinin büyüklüğüne bağlı olarak A-tipi martenzitler (Örnek: Fe-C, Fe- 30Ni) ve B-tipi martenzitler (Örnek: Au-Cd, In-Tl) olarak sınıflandırılır. B tipi martenzitler ısıtma sonucu östenite tekrar dönüşebilmektedir.isıtma ile yüksek sıcaklık fazına martenzitik geri dönüşüm belli bir sıcaklıkta başlar; bu sıcaklık, östenit start sıcaklığı (As) olarak adlandırılır. As sıcaklığı, Ms sıcaklığının daima oldukça üzerindedir ve dönüşüm eğrileri kuvvetli bir histeresis gösterir. A-tipi martenzitlerde histeresis etkisi daha geniştir. Histeresisin büyük olması tersinir dönüşümler için yüksek enerji gereksinimi ifade eder.düşük histeresis gösteren B-tipi martenzitler termoelastik özelliğe sahiptir, yani tersinir dönüşüm için enerji gereksinimi azdır [14]. Benzer histeresis etkisi deformasyon şartlarında da SMA malzemelerininenerji sönümleme karakteristiği için gözlenebilir. Bölüm 3 de bu etki irdelenmiştir.

134 98 3. SMA malzemelerin enerji sönümleme karakteristiği Şekil hafızalı alaşımlar mekanik özellik olarak martenzit ve östenit fazlarda, Şekil 1 de gösterildiği gibi temel olarak iki farklı davranış gösterirler [15-17]. Şekil hafızalı alaşımların yaygın olarak bilinen özelliği şekil hafıza özelliğidir. Alaşım martenzit fazda iken bir çekme veya basma gerilmesine maruz bırakıldığında oluşan deformasyon, Şekil 1b de gösterildiği gibi, alaşımın östenit faz sıcaklığına ısıtılması ile birlikte, çok düşük artık gerilmelerle tekrar başlangıç şekline geri dönmesini sağlar. Şekil hafızalı alaşımların bu özelliğe sahip olması birçok mekatronik sistemde hidrolik ve pnömatik geleneksel aktüatör sistemlerine göre tercih sebebi olmasını sağlamıştır [18]. Şekil hafızalı alaşımların daha çok biyomedikal uygulamalarda yaygın olarak kullanılan diğer bir özelliği ise süperelastik (pseudoelastic) özelliğidir. Tamamen östenit yapının görüldüğü Af sıcaklığı (austenite final) üzerinde yapılan testlerde hafızalı alaşımlar % 3 8 oranında gerinmelerde geri dönüştürülebilir süperelastik davranış gösterirler [2].Şekil 1a da gerilme-gerinme (birim şekil değiştirme) diyagramında görüldüğü gibi gerilmeden kaynaklanan martenzitik yapının ortaya çıkması ve oluşan bu mikroyapının geri dönüştürülebilir olması makro seviyede hafızalı alaşımların pasif bir enerji sönümleme sistemi olarak kullanılmasına büyük olanak sağlamaktadır. Histeretik sönümleme olarak adlandırılan bu özellik hafızalı alaşımların deprem mühendisliği çalışmalarında kullanılmasını hızlandırmıştır. Şekil 1. (a) Östenit ve (b) martenzit fazlarda yapılan çekme/basma testlerinde şekil hafızalı alaşımların tipik gerilme-gerinme (birim şekil değiştirme) diyagramları [18]. Deprem mühendisliğinde önemli bir parametre olan sönümleme kabiliyeti, depremde ani olarak ortaya çıkan enerjinin histeretik olarak sönümlenmesini sağlar. Şekil hafızalı alaşımların pasif enerji sönümleyici sistemi olarak kullanılması ile ilgili literatürde deneysel birçok çalışma bulunmaktadır [2, 19, 20]. Bu çalışmalardan bazıları; şekil hafızalı alaşımlarla takviyeli beton sistemleri [2], bağlantı elemanları [19] ve köprü titleşim sönümleme sistemleridir [20].

135 99 4. Sonuçlar ve ileri bakış Bu çalışmada, şekil hafızalı malzemeler arasında önemli bir yer tutan şekil hafızalı metal alaşımların tarihsel gelişimi, termoelastik ve süperelastik özelliklerinin temelindeki fiziksel metalurjik esaslar ele alınmıştır. Şekil hafıza özelliği ile ilgili kavramlar ilk kez 1932 yılında ortaya çıkmış olmasına rağmen, önemi 1962 yılında nitinol alaşımının ortaya çıkması ile artmıştır. Son 20 yıl içerisinde kullanımı giderek yaygınlaşan bu alaşım grubu, otomotiv, havacılık ve uzay, inşaat, robotik, biyomedikal gibi alanlarda geleneksel malzemelerin yerini almaktadır. Günümüzde birçok mühendislik alanında, yorulma direnci yüksek, kararlı, geniş bir gerinme aralığında çalışabilen, hafif, ısı kapasitesi düşük, yüksek sıcaklıklarda çalışabilen şekil hafızalı alaşımlara gereksinim vardır. Ancak farklı üretim prosesleri ve ısıl işlemlerle, mekanik özelliklerinin geliştirilmesinin yanı sıra üretim maliyetlerinin düşürülmesi özellikle deprem mühendisliği alanındaki uygulamalar açısından önem kazanmaktadır. Kaynaklar [1] Cheng F. Y., Hongping J., Lou K., Smart structures innovative systems for seismic response control CRC Press, Boca Raton, [2] Song G., Ma N., Li H-N., Applications of shape memory alloys in sivil structures, Engineering Structures, 2006, 28, [3] Fugazza D., Shape memory alloy devices in earthquake engineering; mechanical properties, constitutive modelling and numerical simulations, Master s Thesis, Rose School, Pavia, [4] Jani J. M., Leary M., Subic A., Gibson M. A., A review of shape memory alloy research applications and opportunities, Materials and Design, 2014, 56, [5] Cladera A., Weber B., Leinenbach C., Czaderski C., Shahverdi M., Motavalli M., Iron-based shape memory alloys for sivil engineering structures: An overview, Construction and Buildings Materials, 2014, 63, [6] Wilde K., Gardoni P., Fujino Y., Base isolation system with shape memory alloy device for elevated highway bridges, Engineering structures, 2000, 22, [7] Bruno S., Valente C., Comparative response analysis of conventional and innovative seismic protection strategies, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2002, 31, [8] Baratta A., Corbi O., On the dynamic behaviour of elastic-plastic structures equipped with pseudoelastic SMA reinforcements, Computational Materials Science, 2002, 25, [9] DesRoches R., Delemont M., Seismic retrofit of simply supported bridges using shape memory alloys. Engineering Structures, 2002, 24, [10] Moroni M., Golott P., Sarrazin M., Sepulveda A., Use of copper-base shape memory alloys in seismic energy dissipation devices, 13th World Conference on Earthquake Engineering Vancouver, B.C., Canada, Paper No. 3344, 1-6 August, [11] Qui C., Zhu S., Characterization of cyclic properties of superelastic monocrystalline Cu-Al-Be SMA wires for seismic applications, Construction and Building Materials, 2014, 72, [12] Cardone D., Gesualdi G., Design, testing and impleentation of a Cu-SMA-based device for improving the thermal behavior of steel tie-rods, Engineering structures, 2014, 65,

136 [13] Wang X., Crystallization and Martensitic Transformation Behavior of NiTi Shape Memory Alloy Thin Films, PhD Thesis, Harvard University, [14] Verhoeven J. D., Fundamentals of physical metallurgy, John Wiley & Sons, NewYork, [15] Dilibal S., Investigation of nucleation and growth of detwinning mechanism in martensitic single crystal NiTi using digital ımage correlation, Metallography, Microstructure, and Analysis, 2013, 2(4), [16] Dilibal S., Sehitoglu H., Hamilton R. F., Maier H. J., Chumlyakov Y., On the volume change in Co-Ni-Al during pseudoelasticity, Materials Science and Engineering A, 2011, 528(6), [17] Hamilton, R. F., Dilibal, S., Sehitoglu, H., Maier, H. J., Underlying mechanism of dual hysteresis in NiMnGa single crystals, Materials Science and Engineering: A, 2011, 528(3), [18] Dilibal S., TabanliR. M., Dikicioğlu A., Development of shape memory actuated ITU Robot Hand and its mine clearance compatibility, Journal of Materials Processing Technology, 2004, , [19] Speicher M.S.,DesRoches R., Leon R. T., Experimental results of a NiTi shape memory alloy (SMA)-based recentering beam-column connection, Engineering Structures, 2011, [20] Sharabash A.M., Andrawes B.O. Application of shape memory alloy dampers in the seismic control of cable-stayed bridges, Engineering Structures, 2009, 31(2),

137 101 ÇÖKELTİ SERTLEŞEBİLEN CuCoNiBe ALAŞIMINDA KOBALTIN YAŞLANMA KİNETİĞİNE VE FİZİKSEL ÖZELLİKLERE ETKİSİ Ş. Hakan ATAPEK Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Umuttepe Yerleşkesi, Kocaeli Özet CuCoNiBe alaşımları ısıl işlem uygulamaları ile çökelti sertleştirilebilen alaşımlar olup bu alaşımlar yüksek mukavemetli ve aşınma dirençli olmalarına rağmen birçok bakır alaşımına kıyasla düşük elektriksel/ısıl iletkenliğe sahiptir. Yüksek mukavemet ve iletkenlik için alaşımın yaşlanma kinetiğinin iyi bilinmesi gerekir. Bu çalışmada, kobaltın CuCoNiBe alaşımının yaşlanma kinetiğine, sertliğine ve elektriksel iletkenliğine etkisi araştırılmıştır. Farklı miktarda kobalt içeren alaşımlarda yaşlandırma süresinin bir fonksiyonu olarak belirlenen elektriksel iletkenlik değerleri kullanılarak Avrami kinetik denklemleri elde edilmiştir. Hacim kesri - yaşlandırma süresi diyagramının gösterdiği kinetik eğriler kobaltın yaşlandırmada geciktirici etkisini ortaya koymuştur. Yaşlanma süresinin bir fonksiyonu olarak sertlik ve elektriksel iletkenlik değerlerinde belirlenen değişimler de kobaltın bu geciktirici etkisini desteklemiştir. Anahtar kelimeler : CuCoNiBe, çökelti sertleşmesi, yaşlanma kinetiği, mikroyapı. 1. Giriş Birçok mühendislik uygulamasında yüksek elektriksel iletkenlik ve yüksek mekanik mukavemet eşzamanlı istenen özelliklerdir [1-5]. Cu-Be ve Cu-Co-Ni-Be alaşımları bu amaca yönelik yaygınca kullanılan bakır alaşımlarıdır [6-10]. Yüksek mukavemetli berilyum bronzları, % 2 berilyum ve nikel ve/veya kobalt içermekte olup özellikle kalıp malzemesi olarak kullanıldıkları uygulamalarda ortam sıcaklığında uzun bir süre mekanik kararlılık gösterebilmektedir. Alaşım kompozisyonunda yer alan kobalt bakırca zengin matriks içerisinde homojen dağılmış çökeltileri ile bu kararlılığa katkı sağlar [11]. Bilindiği üzere metaller alaşımlama, deformasyon ve tane inceltme yöntemleri ile sertleştirebilir. Ancak bu durumda iletkenliği önemli ölçüde azalır. Yüksek iletkenlikli ve mukavemetli alaşımlarda bu sorun elektron saçılımını önemli ölçüde sağlayan ve dislokasyon hareketlerinin bloke edildiği bir mikroyapının tasarlanması ile aşılır [12-15]. Çözeltiye alınan, su verilen ve nihai olarak yaşlandırılan birçok bakır alaşımı üzerine yapılan çalışmalar, alaşımda sertlik ve elektriksel iletkenliğin çökelti sertleşmesi mekanizması ile sağlanabildiğini ortaya koymuştur. Çökeltiler matrikse yüksek mukavemet sağlarken, matriks içerisinde çözünen atom hacmini azalttığından iletkenliği arttırmaktadır. Çökelti sertleşen matrikste mukavemet partikül boyutu, partikül şekli, partikülün hacim kesri, partiküllerin dağılımı ve interfaz sınırların doğasına bağlıdır. Aşırı yaşlanma koşullarında da mukavemetin azaldığı birçok araştırma çalışmasının sonucu olarak verilmiştir [16-20]. Çökelti sertleşebilen birçok bakır alaşımı için yaşlanma boyunca elektriksel iletkenlikteki değişimler Avrami faz dönüşüm kinetiğinin hesaplanmasına olanak vermiştir. Çökeltilerin hacim kesri ve elektriksel iletkenlik arasındaki ilişki bu kinetiğin hesaplanmasına olanak

138 102 vermektedir. Kinetik çalışmaları ile elde edilen dönüşüm eğrileri yaşlandırma prosesinin daha da anlaşılmasına katkı sağlamaktadır [21, 22]. Bu çalışmada, 0.95 ve 1.25 Co (ağ.-%) içeren CuCoNiBe alaşımlarında yaşlanma boyunca elektriksel iletkenlikte meydana gelen değişimlerden yola çıkılarak faz dönüşümlerinin kinetiği hesaplanmıştır. Çalışma aynı zamanda kobaltın yaşlandırmada elektriksel iletkenliğe ve mukavemete olan etkilerini ortaya koymuştur. 2. Deneysel Çalışma Tablo 1 de çalışmada kullanılan kompozisyonlar verilmiştir. Farklı kobalt içeren alaşımlar, ergitme tekniği ile 150 mm billet malzemesi olarak üretilmiştir. Billet malzemeden alınan numuneler 950 C de 4 saat çözeltiye alınmış ve sonrasında suda hızlıca soğutulmuştur. Soğutulmuş olan alaşımlar 450 C de saat arasında yaşlandırılmıştır. Tablo 1. Alaşımların kimyasal kompozisyonları (ağ.-%). Alaşım Co Ni Be Cu Cu Balans Cu Balans Alaşımların elektriksel iletkenlikleri Eddy akım aparatı (Auto Sigma 2000) kullanılarak tespit edilmiştir. Ölçümlerde 60 khz lik frekans kullanılmıştır. Döküm, su verme ve yaşlandırma konumlarında tüm sertlik ölçümleri FutureTech 100 model makro Vickers ölçüm cihazı kullanılarak yapılmıştır. Çoklu ölçümler sonrası ortalama bir sertlik değeri alınmıştır. Alaşımların mikroyapısal karakterizasyonu için standart metalografik işlemler uygulanmıştır. Parlatılan alaşımlar özel olarak hazırlanan bir çözelti (80 ml distile su + 5 ml H2SO g K2S2O5) ile dağlanmıştır. Mikroyapı incelemeleri Zeiss Axiovert 200 MAT model ışık mikroskobu (IM), Zeiss Evo 50 model ve JSM 6060 model taramalı elektron mikroskopları (SEM) kullanılarak yapılmıştır. 3. Bulgular ve Tartışma 3.1. Yaşlanma Kinetiği Herhangi bir alaşım sistemi için yaşlanma kinetiğinin belirlenmesi uygun bir ısıl işlem prosesinin seçimini ve sonrasında istenen özelliklere ulaşılmayı kolaylaştırmaktadır. Yaşlanma boyunca matriks içerisinde ikincil bir fazın çökelmesi elektriksel iletkenlikte değişime neden olur. Bu çalışmada, Ref. 21 ve 22 de önerilen model kullanılarak elektriksel iletkenliğin bir fonksiyonu olarak Avrami faz dönüşüm kinetiğinin nasıl hesaplanabildiği ortaya koyulmuştur Çökelti Hacim Kesrinin Hesaplanması Bilindiği üzere, yaşlanma boyunca aşırı doymuş bir katı ergiyikten çözünen atomlar çökelerek ikincil bir faz oluşturabilir. Çökeltilerin hacim kesri (f) yaşlanma zamanının (t) bir fonksiyonu olarak denklem 3.1 de verildiği gibi hesaplanabilir. (3.1)

139 103 Bu eşitlikte, V P : belirli bir zamanda birim hacim içerisinde oluşan çökelti hacmi, VB P : faz dönüşümü tamamlanıncaya kadar yeteri uzun bir zaman boyunca birim hacimde çökeltilerin balans hacmidir. Yaşlandırma işlemi öncesinde hem V P hem de f değerinin sıfır olarak kabul edilir ve alaşımın elektriksel iletkenliği σ0 olarak ifade edilir. Belirli bir zaman sonrasında, (i) faz dönüşümünün tamamlandığı, (ii) V P ve VB P değerlerinin eşdeğer olduğu, (iii) hacim kesrinin 1 değerine ulaştığı kabul edilir. Bu durumda, alaşımın maksimum bir elektriksel iletkenlik değerine (σmax) ulaşır. Martititon yasasına göre, σ ve f arasındaki lineer ilişki denklem 3.2 ve 3.3 de verilmiştir. (3.2) (3.3) Çökelti hacim kesri herhangi bir zamanda elektriksel iletkenlik değerinin bilinmesi ile denklem 3.3 e göre hesaplanabilir. Tablo 2, 450 C de saatte yaşlandırılan Cu-95 ve Cu-125 alaşımları için ölçülmüş elektriksel iletkenlik ve hesaplanmış çökelti hacim kesir değerlerini göstermektedir. Tablo C de farklı sürelerde yaşlandırılan Cu-95 ve Cu-125 alaşımları için ölçülmüş elektriksel iletkenlik ve hesaplanmış çökelti hacim kesir değerleri. Cu-95 alaşımı Cu-125 alaşımı t (saat) σ (MS/m) f (%) σ (MS/m) f (%) Avrami Katsayılarının Belirlenmesi Zaman bağımlı birçok faz dönüşümü Avrami kinetiğine uyar ve dönüşen hacim denklem 3.4 de verilen eşitlik ile hesaplanabilir. (3.4) Bu eşitlikte, f : dönüşen hacim kesri (örneğin, çökelti hacmi), t : yaşlanma zamanı, b ve n : sabittir. b sabiti faz dönüşüm sıcaklığına, aşırı doymuş katı ergiyik kompozisyonuna ve kristalin tane yapısına bağlıdır. Faz dönüşümün türü ve çekirdekleşme yöreleri de n sabitini

140 104 etkiler. Denklem 3.4 yeniden düzenlenerek denklem 3.5 ve 3.6 elde edilebilir ve bu denklemler yardımı ile b ve n sabitleri hesaplanabilir. (3.5) (3.6) Tablo 2 de yer alan veriler kullanılarak lg[in(1/1-f)] - lg t diyagramı çizilebilir (Şekil 1). Şekil 1 de her bir alaşım için gösterilen eğrinin eğiminden ve interseptinden sırası ile n ve b değerleri elde edilir. Tablo 3 de 450 C de saat aralığında yaşlandırılan Cu-95 ve Cu-125 alaşımları için Avrami eşitliklerinde kullanılan sabitleri listelenmiştir. Tablo 4 ise alaşımlar için Avrami faz dönüşüm eşitliklerini ve elektriksel iletkenlik için kinetik eşitlikleri göstermektedir. Şekil 2 den de görüleceği üzere hesaplanmış iletkenlik değerleri ölçülmüş olan iletkenlik değerleri ile benzeşim göstermektedir. Tüm iletkenlik ölçümlerinde tespit edilen standart sapma değeri ±0.01 ve ±0.05 MS/m aralığındadır. Şekil 2 de verilen eğriler, (i) 48 saatlik yaşlandırma sonrasında kararlı hale geçişin başladığını ve iletkenlikte önemli bir değişimin gerçekleşmediğini, (ii) daha düşük kobalt içeren alaşım tüm yaşlandırma boyunca daha yüksek iletkenlik değerlerine ulaşmakta avantajlı olduğunu ifade etmektedir. Şekil C de yaşlandırılan alaşımlar için lg[in(1/1-f)] - lg t ilişkisi. Tablo C de yaşlandırılan alaşımlar için σmax-σ0, n ve b değerleri. Malzeme σmax-σ0 n B Cu-95 alaşımı Cu-125 alaşımı Tablo C de yaşlandırılan alaşımlar için Avrami faz dönüşümü ve elektriksel iletkenlik kinetik eşitlikleri. Malzeme Cu-95 alaşımı Eşitlikler Cu-125 alaşımı

141 Cuconibe Alaşımlarında Faz Dönüşümleri İçin Kinetik Eğriler Tablo 4 de verilen eşitlikler kullanılarak Şekil 3 de gösterildiği gibi dönüşüm dinamiğini tanımlayan tipik S-eğrileri çizilebilir. Eğriler açık bir şekilde daha yüksek kobalt içeren Cu-125 alaşımı için % 50 dönüşümün gerçekleşmesinin daha uzun sürelere ihtiyaç duyduğunu göstermiştir. Bu alaşım için inkübasyon (kuluçkalama) zamanı daha uzundur. Bu sonucu anlamak için CuCoNiBe alaşımların fiziksel metalurjisinin iyi değerlendirmek gerekir. Kobalt berilyuma karşı yüksek seviyede afinite sergiler ve berilit çökeltilerini oluşturur. Bu alaşımlar için çözeltiye alma ve su verme işlemini takiben yaşlandırmada çökelme sıralaması Guiner-Preston (GP) zonları γ" γ' γ şeklindedir. Kobalt bu alaşım sisteminde tüm bu dönüşümlerin gecikmesine neden olur [7, 23, 24]. Bu tür bir etki Cu- 125 alaşımında inkübasyon zamanının neden daha uzun sürelere ihtiyaç duyduğunu ve kinetiğin neden daha yavaş olduğunu açıklar. Şekil C de saat yaşlandırılan Cu-95 ve Cu-125 alaşımları için deneysel ve hesaplanmış elektriksel iletkenlik değerleri Mikroyapı ve Özelliklerdeki Değişimi Kobalt ve nikel elementleri berilyuma yüksek afinite gösterip birincil ve ikincil berilit olarak çökelebilir. Şekil 4 de Cu-95 alaşımının döküm konumunda sahip olduğu mikroyapıyı göstermektedir. Yapı içerisinde birincil berilitler Çin yazısı benzeri görünümündedir (Şekil 4a). CuCoNiBe alaşımlarında, kobalt-nikel içeren ikincil berilitler (γ-fazı) katı-katı dönüşümleri sonrası α-cu içerisinde yer alır ve matriks içerisinde tercihli kristalografik oryentasyonlarda çubuksu yapılarda gözlenir (Şekil 4b). Bu alaşımların yüksek mekanik özellikleri yaşlanma boyunca bu berilitlerin matriks içerisinde çökelmesi ile sağlanır [7-10].

142 106 Şekil C de yaşlandırılan alaşımların faz dönüşümünü gösteren kinetik eğriler. (a) (b) Şekil 4. Cu-95 alaşımına ait mikroyapılar; (a) IM, (b) SEM görüntüsü. Elektriksel iletkenlik değerleri Cu-95 ve Cu-125 alaşımları için sırası ile ve MS/m olarak ölçülmüştür. Bu değerler yaşlandırma ile elde edilen değerlerden daha düşüktür (Şekil 2). Bakır alaşımlarında, kobalt bir katı ergiyik sertleştiricidir. Kobalt miktarındaki artış mukavemette bir artış sağlasa da elektriksel iletkenlikte azalmaya neden olur. Su verme sonrası çözünen atomlarca aşırı doymuş bir bakır matriksi oluşur. Bu durumda mekanik ve fiziksel özellikler en düşük seviyededir [1]. Çözeltiye alma ve su verme işlemleri sonrası Cu-95 ve Cu-125 alaşımları için sırası ve MS/m olarak belirlenmiştir. Yaşlandırma ile elektriksel iletkenliğin artması beklenir. Bakır kafesinden empürite atomlarının uzaklaştırılması ve su verme ile oluşturulan kafes distorsiyonlarının giderimi iletkenlik artışına neden olur. Aynı zamanda kafesten uzaklaştırılan çözünen atomların α-cu matriks içerisinde ince dağılımlı çökelmesi bu sürece katkı sağlar [1]. Şekil 5 de verilen diyagram yaşlandırılan alaşımlar için yaşlandırma süresinin bir fonksiyonu olarak sertlik değişimini göstermektedir. Yüksek kobalt içeren Cu-125 alaşımı (115 HV) Cu-95 alaşımına (105 HV) alaşımına göre döküm konumunda daha yüksek sertlik değerine sahiptir. Çözeltiye alma ve takiben su verme ile bu sertlik değerleri daha

143 107 düşük seviyededir. Bilindiği üzere, yaşlandırma ile matriks içerisinde ince dağılım göstermiş çökeltilerin dislokasyonlar ile etkileşimi sonrası sertlik artışa geçer. Ancak aşırı yaşlandırma ile çökeltileri kabalaşması sonucunda sertlik yeniden azalma eğilimi gösterir [7, 23, 24]. Şekil 6 da verilen mikroyapılar Cu-125 alaşımı için yaşlandırma süresine bağlı olarak çökelti boyutundaki değişimi göstermektedir. Şekil 6a da oldukça ince gözlenen bu çökeltiler Şekil 6b de görüleceği üzere kabalaşmıştır. Şekil 5. Yaşlandırma süresinin bir fonksiyonu olarak Cu-95 ve Cu-125 alaşımlarında sertlik değişimi. Şekil 7 de yaşlandırma süresine bağlı olarak verilen [(H/Hmax)*(σ/σmax)] değerleri mukavemet-iletkenlik optimizasyonu için ideal yaşlandırma koşullarını göstermektedir. Cu-95 ve Cu-125 alaşımları için en yüksek [(H/Hmax)*(σ/σmax)] değerleri sırası ile 0.89 ve 0.96 dır. 450 C de 24 saatlik bir yaşlandırma ile Cu-95 alaşımı en yüksek sertlik ve elektriksel iletkenliğe sahiptir. Cu-125 alaşımında ise en yüksek sertlik ve iletkenlik değerine 450 C de 48 saatlik yaşlandırma sonrasında ulaşılmıştır. (a) Şekil 6. Farklı sürelerde yaşlandırılmış Cu-125 alaşımına ait SEM görüntüleri; (a) pik yaşlandırma, (b) aşırı yaşlandırma. (b)

144 Sonuçlar Şekil 7. Alaşımlar için yaşlandırma süresininin bir fonksiyonu olarak [(H/Hmax)*(σ/σmax)] değişimi; H : sertlik, σ : iletkenlik. Bu çalışmada, CuCoNiBe alaşımlarında kobaltın yaşlandırma kinetiği ve özelliklere olan etkisi irdelenmiş olup aşağıda verilen sonuçlar elde edilmiştir: (i) elektriksel iletkenlik ve çökelti hacmi arasındaki lineer ilişkiyi kullanarak farklı kobalt içeren alaşımlarda faz dönüşüm için Avrami kinetiği ve elektriksel iletkenlik değişim eşitlikleri belirlenmiştir. Ölçülmüş ve hesaplanmış değerler benzeşim göstermiştir. (ii) kobalt miktarı arttıkça çökelme kinetiği uzun sürelere ötelenmiştir ve bundan dolayı Cu-125 alaşımı sertlikteki pik değerine 48 saat yaşlandırma sonrasında ulaşmıştır. Cu-95 için bu pik değer 24 saatlik yaşlanma ile elde edilmiştir. (iii) yaşlandırılmış alaşımlar döküm konumlarına kıyasla daha yüksek mukavemet ve elektriksel iletkenlik değerlerine sahiptir. Kaynaklar [1] High conductivity coppers for electrical engineering, Copper Development Association, CDA Publication 122, (1998). [2] H. A. Kuhn, I. Altenberger, A. Käufler, H. Hölzl, M. Fünfer: Properties of high performance alloys for electromechanical connectors, copper alloys - early applications and current performance - enhancing processes, ISBN: , (2012). [3] J. Langer: Copper alloys for connectors, springs and lead frames, DiehlMetall- Sundwiger Messingwerk, (2000). [4] A. Popa, S. Constantinescu, J. R. Groza, I. Bock: New high-temperature copper alloys, Journal of Materials Engineering and Performance, 5 (1996), pp [5] M. Li, J. K. Heuer, J. F. Stubbins, D. J. Edwards: Fracture behavior of high-strength, high-conductivity copper alloys, Journal of Nuclear Materials, (2000), pp

145 [6] W. Ozgowicz, E. Kalinowska-Ozgowicz and B. Grzegorczyk: Thermomechanical treatment of low-alloy copper alloys of the kind CuCo2Be and CuCo1NiBe, JAMME, 46 (2011), pp [7] M. Jovanović, B. Djurić, D. Drobnjak, O. Nešić and R. Kostić: Aging of Cu-Be alloys with and without cobalt, Materials Science and Technology, 2 (1986), pp [8] L. Yagmur: Effect of microstructure on internal friction and Young s modulus of aged Cu-Be alloy, Materials Science and Engineering A, 523 (2009), pp [9] L. Yagmur, O. Duygulu, B. Aydemir: Investigation of metastable γ' precipitate using HRTEM in aged Cu-Be alloy, Materials Science and Engineering A, 528 (2011), pp [10] H. Tsubakino, R. Nozato, A. Yamamoto: Precipitation sequence for simultaneous continuous and discontinuous modes in Cu-Be binary alloy, Materials Science and Technology, 9 (1993), pp [11] H. Chandler: Metallurgy for the non-metallurgist, ASM International, (1998). [12] M. Li, S. J. Zinkle: Physical and mechanical properties of copper and copper alloys, Comprehensive Nuclear Materials, 4 (2012), pp [13] H. Fernee, J. Nairn, A. Atrens: Precipitation hardening of Cu-Fe-Cr alloys: part I. mechanical and electrical propertie', Journal of Materials Science, 36 (2001), pp [14] G. Durashevich, V. Cvetkovski, V. Jovanovich: Effect of thermomechanical treatment on mechanical properties and electrical conductivity of a CuCrZr alloy, Bulletin of Materials Science, 25 (2002), pp [15] K. R. Anderson, J. R. Groza: Microstructural size effects in high-strength highconductivity Cu-Cr-Nb alloys, Metallurgical and Materials Transactions A, 32 (2001), pp [16] A. D. Ivanov, A. K. Nikolaev, G. M. Kalinin, M. E. Rodin: Effect of heat treatments on the properties of CuCrZr alloys, Journal of Nuclear Materials, (2002), pp [17] S. Suzuki, N. Shibutani, K. Mimura, M. Isshiki, Y. Waseda: Improvement in strength and electrical conductivity of Cu-Ni-Si alloys by aging and cold rolling, Journal of Alloys and Compounds, 417 (2006), pp [18] G. Hagino, H. Eguchi, Y. Takayama, H. Kato: Effects of aging parameters on the mechanical properties in Corson alloy system with high contents of Ni and Si, Materials Science Forum, (2010), pp [19] P. Liu, B. X. Kang, X. G. Cao, J. L. Huang, H. C. Gu: Strengthening mechanisms in a rapidly solidified and aged Cu-Cr alloy, Journal of Materials Science, 35 (2000), pp [20] A. K. T. Lau, J. Lu, V. K. Varadan, F. K. Chang, J. P. Tu, P. M. Lam: Ageing behavior of Cu-Ag alloys, Advanced Materials Research, (2008), pp [21] J. Lei, P. Liu, X. Jing, D. Zhao, J. Huang: Aging kinetics in a CuNiSiCr alloy, Journal of Materials Science and Technology, 20 (2004), pp [22] Q. Lei, Z. Li, Z. Y. Pan, M. P. Wang, Z. Xiao, C. Chen: Dynamics of phase transformation of Cu-Ni-Si alloy with super-high strength and high conductivity during aging, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 20 (2010), pp [23] Y. Mishima, T. Okuba, R. Shiromizu: Ageing, reversion and reageing of copperberyllium alloys, Transactions of the Japan Institute of Metals, 24 (1983), pp [24] M. Miki, Y. Ogimo: Effect of Co, Ni and Ti additions on the cellular precipitatation in Cu-2%Be alloy, Materials Transactions, 35 (1994), pp

146 110 CrMoV ÇELİĞİ İLE A6080 ALAŞIM ÇİFTİNİN YÜKSEK SICAKLIK TRİBOLOJİK KARAKTERİSTİKLERİ Gülşah AKTAŞ, Şeyda POLAT, Ş. Hakan ATAPEK Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Umuttepe Yerleşkesi, Kocaeli Özet Aluminyum ekstrüzyonunda kalıp malzemesi olarak kullanılan CrMoV sıcak iş takım çelikleri, C sıcaklıkta ekstrüze edilen sıcak metalin aşındırıcı etkisine maruz kalmaktadır. Yüksek sıcaklıkta aşınma direnci gösterebilen çeliklerin ömrünü ve tribolojik karakteristiklerini sahip oldukları yapısal, fiziksel ve kimyasal özellikler doğrudan etkilemektedir. Bu çalışmada, ısıl işlemler ile sertleştirilebilen CrMoV esaslı DIN , ve sıcak iş takım çeliklerinin A6080 alaşımının ekstrüzyon koşullarındaki aşınma davranışları yapı-özellik ilişkisine dayandırılarak karşılaştırılmıştır. Yüksek sıcaklık aşınma testleri block-on-cylinder tipi tribometre kullanılarak gerçekleştirilmiş olup A6080 alaşımının endüstriyel şekillendirme koşulları esas alınmıştır. Aşınma testleri öncesi ve sonrası yapılan karakterizasyon çalışmaları ile, mikroyapı ve sertliğin bir fonksiyonu olarak, çeliklerin tribolojik karakteristikleri irdelenmiştir. Anahtar kelimeler: CrMoV çelikleri, ısıl işlem, mikroyapı, triboloji. 1. Giriş Sıcak iş takım çelikleri CrMoV kompozisyonunda çelikler olup aluminyum ekstrüzyonunda kalıp malzemesi olarak kullanılırlar. Ekstrüzyon prosesi boyunca kalıp ile aluminyum alaşımı arasındaki temas sonucu kalıp yüzeyinde plastik deformasyon, ısıl yorulma, sürtünme ve aşınma nedenli ısıl, mekanik ve tribolojik gerilmeler oluşur. Bu gerilmelerin bir sonucu olarak kalıp malzemesinde hasar oluşumu kaçınılmazdır. Hasarların engellenmesine, tercih edilen kalıp çeliğinin birçok özelliği doğrudan etkide bulunmaktadır. Plastik deformasyon ve aşınmanın azaltılması için çeliğin yeterince yüksek sertlikte olması istenir. Proses şartlarında kalıp malzemesinde çatlak oluşumu olasıdır ve bundan dolayı çelik matriksinin yüksek toklukta olması önemli bir diğer gereksinimdir. Bu özelliklerin yanı sıra proses sıcaklığında çeliğin mekanik özelliklerini kaybetmeden çalışmaya devam etmesi ise çeliğin yumuşama direncine bağlıdır [1-4]. Çeliklerin ekstrüzyon koşullarındaki aşınma davranışı plastik deformasyondan, çatlak oluşumundan ve yumuşama davranışından bağımsız olarak düşünülemez. Bu nedenle çeliklerin ekstrüzyon koşullarındaki yüksek sıcaklık aşınma davranışı mikroyapı özellik ilişkisi üzerinden incelendiğinde, mikroyapının aşınma ve plastik deformasyon direncini destekleyecek yüksek sertliği, çatlak ilerlemesini engelleyecek tokluğu sağlayacak ve aynı zamanda yumuşama direncini arttıracak bileşenlere sahip olması gereği ortaya çıkar [1, 5-9]. Genel olarak kullanım koşullarında sıcak iş takım çelikleri ikincil karbürlerin çökelmesi ile ikincil sertliğin ve tokluğun kazandırıldığı temper martenzitik matrikse sahiptir. Yapılan çalışmalar tane boyutunun ve temper martenzitik matriks içinde çökelen karbürlerin dağılımının, morfolojisinin ve miktarının çeliklerin aşınma davranışını değiştirdiğini göstermiştir [6-8]. Podgornik ve arkadaşları temper martenzitik matrikste karbür oranının azalmasının aşınma direncini azalttığını bildirmişlerdir [8]. Yüksek sıcaklıkta yumuşamaya karşı direncin sağlanması ise karbürlerin kabalaşmasının geciktirilmesi ile mümkündür [7].

147 111 Bu çalışmada farklı alaşım kompozisyonuna sahip DIN , , sıcak iş takım çeliklerinin A6080 alaşımına karşı yüksek sıcaklık aşınma davranışı araştırılmıştır. Tribolojik çalışmalar ekstrüzyon koşullarına benzer koşullarda gerçekleştirilmiş olup aşınma yüzey ve yüzey altı kesitler mikroskobik olarak incelenmiştir. 2. Deneysel Çalışma 2.1. Malzeme Deneysel çalışma kapsamında kullanılan sıcak iş takım çeliklerinin standart kimyasal kompozisyonları Tablo 1 de verilmiştir. DIN ve çelikleri eşdeğer karbon içermekte olup bu çeliklerde sertleşebilirlik kabiliyeti Cr-Mo-V içerikleri doğrultusunda geliştirilmektedir. DIN çeliği ise daha yüksek karbonlu olup diğer iki kalite çeliğe kıyasla daha yüksek Cr-Mo-V içeriğine sahiptir. Çelikler konvansiyonel ısıl işlem uygulamaları ile sertleştirilmiş ve çoklu temperleme yapılmıştır (Tablo 2). Kompozisyon etkisi ile DIN çeliğinin DIN çeliğine göre daha yüksek sertlik değerine sahip olduğu Tablo 2 den görülmektedir. DIN çeliği ise DIN çeliğine yakın bir sertliğe sahiptir. Tablo 1. Deneysel çalışma kapsamında kullanılan sıcak iş takım çeliklerinin standart kimyasal kompozisyonları (ağ. %). Malzeme C Mn Si Cr Mo V Fe Balans Balans Balans Tablo 2. Sıcak iş takım çeliklerine uygulanan ısıl işlemler ve matriks sertlik değerleri. Malzeme Ön ısıtma I 625 C 60 dak. Ön ısıtma II 825 C 60 dak. Östenitleştirme 1030 C 30 dak C 30 dak C 30 dak. Su verme Hava (4 Bar) Temperleme* 585 C 120 dak. 560 C 120 dak. 560 C 120 dak. *Temperleme işlemi tüm malzemeler için tabloda belirtilen üç kademede gerçekleştirilmiştir. Sertlik, HV ± ± ± Metalografik İşlemler ve Mikroskobik İncelemeler Konvansiyonel ısıl işlemlerden sonra numuneler sırasıyla 120, 320, 600 ve 1000 no lu zımparalar ile zımparalanmış ve sonrasında 3 μm luk elmas pasta kullanılarak

148 112 parlatılmıştır. Mikroyapının belirlenmesi için numuneler % 3 lük nital çözeltisi ile dağlanmıştır. Numuneler dağlanmış konumda ve aşınma testlerinden sonra Jeol JSM 6060 model taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir Aşınma Testleri Çeliklerin ekstrüzyon koşullarındaki aşınma davranışları block-on-cylinder tipi tribometre ile yapılan çoklu aşınma testleri ile belirlenmiştir. Kullanılan test düzeneği Şekil 1 de verilmiştir. Bu test düzeneğinde fırın sıcaklığı 450 C olarak sabitlenmiş olup A6080 alaşımı çelik malzeme ile temas halindedir. Tablo 3, testlerde kullanılan parametreleri göstermektedir. Bu parametrelerin seçiminde aluminyum ekstrüzyon koşulları esas alınmıştır. Testler sonrası aşınma yüzey incelemelerinin yapılabilmesi için numuneler NaOH çözeltisinde bir miktar bekletilmiştir. Böylece yüzeye yapışan aluminyum tabakaları önemli ölçüde giderilmiştir. Şekil 1. Aşınma testlerinde kullanılan block-on-cylinder tipi tribometre düzeneği. Tablo 3. Block-on-cylinder tipi tribometre ile yapılan aşınma testinde kullanılan parametreler. Aşındırıcı Toplam Aşındırıcı Test Dönme Normal disk kayma disk çapı sıcaklığı hızı yük malzemesi mesafesi A mm 450 C 0,27 m/s 70 N 2000 m 3. Bulgular ve tartışma 3.1. Mikroyapısal karakterizasyon Konvansiyonel ısıl işlemler sonrası çeliklerin mikroyapıları Şekil 2 de verilmiştir. Tüm çelikler temper martenzitik matrikse sahiptir. Çelik kompozisyonunda vanadyum miktarının artışı yapının incelmesine katkı sağlayabilmektedir [4]. DIN çeliği diğer çeliklere kıyasla daha yüksek oranda vanadyum içermesi nedeniyle daha ince dağılımlı bir

149 113 martenzit yapısı sergilemektedir. Çeliklerin kompozisyonlarında bulunan karbür yapıcı elementlerinin miktarı da matriks içerisinde yer alan alaşım karbürlerinin miktarını doğrudan belirlemektedir. Bilindiği üzere çelik kompozisyonunda yer alan Cr, Mo ve V sadece sertleşebilirlik sağlayan elementler olmayıp aynı zamanda güçlü karbür oluşturucu elementlerdir. Bu karbürler kimyasal kompozisyona ve seçilen ısıl işleme göre çoğunlukla MC, M23C6, M7C3, M6C türü sert karbürler olup birincil veya ikincil karbür çökeltileri olarak matriks içerisinde dağılım gösterebilmektedir. Mikroyapılar içerisinde küresele yakın formda ve aydınlık kontrastta gözlenen karbürler Mo-ce zengin M6C türü karbürlerdir ve birçok sıcak iş takım çeliğinin matriksinde bulunabilirler [4]. Bu karbürlerin varlığı ve hacimsel dağılımı, artan molibden içeriği ile birlikte artmıştır (Şekil 2a, b ve c). Bu tür karbürler aşınmaya karşı direnç sağlayan önemli mikroyapı bileşenlerindendir [4] (a) (b) (c) Şekil 2. Konvansiyonel ısıl işlem uygulanmış çeliklerin mikroyapılarına ait SEM görüntüleri; (a) DIN , (b) DIN , (c) DIN Aşınma verilerinin değerlendirilmesi Şekil 3 de yapılan sıcak aşınma testleri sonrası çeliklerin mesafeye bağlı sürtünme katsayı değerlerindeki değişim verilmiştir. Yapılan testler yaklaşık 2 saat içerisinde tamamlanmış olup tüm mesafe boyunca sürtünme katsayı değerlerinin 1 değerinin üzerinde olduğu gözlenmiştir. Bunun nedeni ise çelik-aluminyum tribolojik çiftinin yüksek sıcaklıkta sürtünme etkileşiminde, alüminyumun çelik yüzeyine yapışması ve artan sıvanma ile birlikte sürtünme katsayısının yüksek ve kararsız hale gelmesidir [10-12] Bazı çalışmalar artan sertlik ile sürtünme katsayısının azalacağını ortaya koymuştur [13]. Sürtünme katsayıları ile sertlikleri kıyaslandığında en düşük sertliğe sahip DIN çeliğinin en yüksek sürtünme katsayısına sahip olduğu görülmektedir. En yüksek sertliğe sahip olan DIN çeliğinde ise beklenen en düşük sürtünme katsayısı gözlenmemiştir. Bu çeliğe göre nispeten daha düşük ancak yakın sertlikte olan DIN çeliği en düşük sürtünme katsayısına sahiptir. Aşınma testlerinin 450 C de gerçekleştirilmesi çeliklerde yumuşamaya veya ikincil sertleşmeye neden olabilir. Testlerin gerçekleştirildiği sıcaklıkta kararlılığını koruyan, yumuşamaya ve plastik deformasyona karşı direnç gösteren çeliklerin aşınma dirençleri de korunmuştur. Bölüm 3.3 kapsamında test edilen çeliklerin aşınma yüzeyleri ve yüzey altı kesitleri SEM ile incelenmiş ve test sıcaklığında plastik deformasyonun hangi çeliklerde oluşabildiği ortaya konulmuştur.

150 114 Şekil 3. Çelik alüminyum tribolojik çiftlerinin test sıcaklığında mesafeye bağlı sürtünme katsayısı değişimleri Aşınma yüzeylerinin ve yüzey altı kesitlerinin karakterizasyonu Şekil 4 te verilen sıcak aşınma testleri sonrası çelik yüzeylerine ait SEM görüntüleri çeliklerin aşınma karakteristiğinin anlaşılmasına katkı sağlamaktadır. NaOH çözeltisi çelik yüzeylerindeki aluminyum sıvama yörelerinin çözünmesini tümüyle sağlamamış olup Şekil 4a da görüldüğü üzere bu yöreler daha koyu kontrastta gözlenebilmektedir.yüzey aynı zamanda abrasif derin izler ve bu derin izler içerisinde ayrışmış halde demir oksit yapısı da içermektedir. Benzer derin izler DIN ve çeliğinde de görülmektedir ve yüzeylerde partiküller halinde demir oksit yapıları da mevcuttur (Şekil 4b ve c). Şekil 4d de verilen DIN çeliğine ait aşınma yüzey görüntüsü A6080 alaşımı içerisinde yer alabilen sert intermetaliğin çelik yüzeylerinde abrasif izler oluşturmasının mümkün olduğunu işaret etmektedir. Bölüm 3.2 de sertliğin bir fonksiyonu olarak çeliklerde sürtünme katsayısı değişimleri irdelenmiş olup çeliklerde plastik deformasyonun meydana gelebileceği belirtilmiştir. Şekil 5, sıcak aşınma testleri sonrası çeliklerin kesitlerine ait SEM görüntülerini vermektedir. Şekil 5a da verilen SEM görüntüsü DIN çeliğinin yüzeyin altında yaklaşık 5 μm bir derinlikte plastik deformasyona uğradığını göstermektedir. Bu tür bir plastik deformasyon eğilimi plastik akışı işaret eden tipik bantlar halinde görülmektedir. Test sıcaklığı bu çelikler için bir temperleme sıcaklığı niteliğindedir. Sıcak aşınma testinin yaklaşık 2 saat sürmesi matriksin temper sıcaklığında yumuşamasına neden olmuştur. Bu plastik akış izleri DIN çeliğinde yüzeyin altında oldukça dar bir bölgede gözlenmiştir (Şekil 5b). Şekil 5c de ise DIN çeliğinin kesitine ait SEM görüntüsü verilmiştir. Yüzey altında herhangi bir plastik akış izlenmemekle birlikte Şekil 2c deki orijinal matriksine kıyasla çelik matriksinde alaşım karbür miktarı nispeten artmıştır. Bu tür bir artış ancak ikincil karbür çökelmesi ile mümkündür. Bilindiği üzere ikincil karbür çökelmesi çelik sertliğinin temperleme sıcaklığında korunmasına katkı sağlayabilmektedir [4]. Şekil 6 da sıcak aşınma testleri sonrası tüm çeliklerin yüzeylerinden merkezlerine doğru sertlik değişimleri verilmiştir. Görüldüğü üzere DIN çeliğinin sertliği orijinal değeri olan 504 HV nin üzerinde olup diğer iki çeliğe göre test sıcaklığında en yüksek sertlik değeri olan 531,7 HV değerine kadar ulaşmıştır. Kesit incelemeleri, sıcak aşınma testleri sonrası sertlik ölçümleri ve sürtünme katsayıları göz önüne alınacak olursa DIN çeliğinin orijinal sertliğinin yanı sıra test sıcaklığında daha düşük plastik akış sergilemesi DIN ve DIN çeliklerine kıyasla aşınmaya daha dirençli olmasını açıklamaktadır.

151 115 (a) (b) (c) (d) Şekil 4. Sıcak aşınma testleri sonrası çeliklerin yüzey SEM görüntüleri; (a) DIN , (b) DIN , (c) DIN , (d) DIN çeliğinde intermetalik ve intermetalik nedenli oluşan çizilme (a) (b) (c) Şekil 5. Sıcak aşınma sonrası çelikelere ait kesit SEM görüntüleri; (a) DIN , (b) DIN , (c) DIN

152 116 Şekil 6. Sıcak aşınma sonrası numune kesitinden alınan sertlik değerleri; kesikli çizgiler ilk sertlik değerlerini, simgeler test sonrası sertlik değerlerini göstermektedir. 4. Sonuçlar Yapılan çalışmada konvansiyonel ısıl işlem uygulanmış üç farklı sıcak iş takım çeliğinin aluminyum ekstrüzyonu koşullarında AA6080 alaşımına karşı aşınma davranışı incelenmiştir. Bu çalışma sonunda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir; (i) Konvansiyonel ısıl işlemler sonrasında çelikler temper martenzitik mikroyapıya sahip olup alaşım element içeriği en yüksek olan DIN çeliğinde en yoğun alaşım karbür dağılımı gözlenmektedir. (ii) DIN ve çelikleri birbirine yakın yüksek sertlik değerlerinde olmalarına karşın DIN çeliği daha düşük sertliğe sahiptir. (iii) 450 C de gerçekleştirilen testler sonrası yapılan mikroskobik incelemeler CrMoV çeliği - A6080 alaşım tribolojik çifti için yumuşama eğilimin sürtünme katsayısına doğrudan etkisi olduğunu ortaya koymuş olup test sıcaklığında ikincil karbür sertleşmesi nedeni ile yüksek sıcaklık kararlılığını koruyabilen DIN çeliğinin en yüksek aşınma direnci sergilediğini göstermiştir. (iv) AA6080 alaşımının matriksinde yer alan intermetalikler çelik yüzeyinde derin çizikler oluşturup kalıp malzemesini aşındırabilmektedir. Kaynaklar [21] Roberts G., Krauss G., Kennedy R., Tool steels, 5th ed., ASM International, Materials Park, Ohio, [22] Bauser M., Sauer G., Siegert K (editors)., Extrusion, 2nd ed., ASM International, Materials Park, Ohio, [23] ASM International Handbook Committee, Properties and selection: irons, steels and high performance alloys, ASM Handbook, Vol. 1, ASM International, Materials Park, Ohio, [24] Totten G. E., Steel heat treatment handbook, 2nd ed., Taylor & Francis Group, London, [25] Gahr K. H. Z., Microstructure and wear of materials, Elsevier, New York, [26] Bahrami A., Mousavi Anijdan S. H., Golozor M. A., Shamanian M., Varahram N., Effects of conventional heat treatment on wear resistance of AISI H13 tool steel, Wear, 2005, 258, [27] Madvedeva A., Bergström J., Gunnarsson S., Andersson J., High temperature properties and microstructural stability of hot work tool steels, Materials Science and Engineering A, 2009, 523,

153 [28] Podgornik B., Majdic F., Leskovsek V., Vizintin J., Improving tribological properties of tool steels through combination of deep-cryogenic treatment and plasma nitriding, Wear, 2012, 288, [29] Wei M. X., Wang S. Q., Wang, L., Chen, K. M., Effect of microstructure on elevated-temperature wear resistance of a hot working die steel, Journal of Iron and Steel Research, International, 2011, 18, [30] Jerina J., Kalin M., Initiation and evoluation of the aluminium-alloy transfer on hot-work tool steel at temperatures from 20 C to 500 C, Wear, 2014, 319, [31] Birol Y., Yüksel B., Performance of gas nitrided and AlTiN coated AISI H13 hot work tool steel in aluminium extrusion, Surface & Coatings Technology, 2012, 207, [32] Vilaseca M., Molas S., Casellas D., High temperature tribological behaviour of tool steels during sliding against aluminium, Wear, 2011, 272, [33] Polat Ş., Atapek Ş. H., Türedi E., Aktaş G., Wear behavior of heat treated hot work tool steels under dry sliding conditions, MP Materials Testing-Materials and Components Technology and Application, 2013, 55,

154 118 Sevgi her türlü sorunu çözer. Meslek sevgisi ve etiği önemlidir. Uyumlu çalışmalar sonunda başarılar gelir. Editörden

155 119 Elektrik / Elektronik / Bilgi Teknolojileri Konuları

156 120

157 121 ENERJİ VE GÜÇLER BÖLGESİNDE TÜRKİYE M.Oktay ALNIAK Prof. Dr. Yük. Müh. bahcesehir.edu.tr 1.GİRİŞ Aynı coğrafyada yaşayan eşit güçlerin bir şekilde birbirine galebe çalmaya gayret ettiği bir düzen, insanlığın evrimi boyunca doğal hayatın bir parçası olmuştur. Farkedilir bir güce erişenler çeşitli sebeplerle bir şekilde güç gösterisinde bulunmuşlardır. Karizmatik güçler stratejileri ve siyasetleri nedeniyle içlerinde biriktirdikleri enerjiyi ani bir refleksle ya bir coğrafyayı ya da bir kaç ülkeyi istila ederek açığa çıkarıyorlar. Gücünün zirvesine eriştiğinde, kendini sanki tutamayıp, yumruğunu rakibinin gözüne indiriveriyorlar... Ayıkla pirincin taşını! Bu güçler kendilerini aslında adil bir güvenlik sistemi olmayan dünyanın polisi, jandarması sayıyorlar. 2. AÇIKLAMA Geçmişin harp tarihi cerideleri genelin detayına daha çok yer ayırıyor. İnsanoğlunun ya dili, ya da aklı yetersiz! Harp tarihi veya uygarlığın evrimini not alan cerideler; geçmiş tarihi, dünü bir türlü bütün bir resim olarak bizlere gösteremiyor. Aslında dikkatli bakanların cerideleri anlaması ve fotoğrafın tümünü görebilmesi gerekir. Özetle, bakan görür veya görebilen görür! Bilhassa bulunduğumuz coğrafyada, bölgede, geçmişten gereken dersleri bir türlü çıkaramayan bir algılama noksanlığı vardır. Doğu da mı, Batı da mı olduğunu kestirmeye çalışan bölge insanının, detaylarla uğraşırken altındaki coğrafya kayıyor. Topraklarda çatlamalar oluyor. Erezyonun yaşamı tehlikeye sokması muhtemeldir. Bölgede yaşanan göç, sosyal şizofreni, sosyal kültürlerdeki kaygılar, toplumdaki korku ve güvensizlik, bölgenin coğrafyasını her gün yeni bir oldubittiye getiriyor. İşin önemli tarafı, biz bu bilinçaltı hazırlığın farkında bile olmuyoruz... Yazılı ve görsel medyamız, kimin adına ve namına bizi hipnotize ediyor? Neyin karşılığında bu oyun oynanıyor? Toplum, idare edenler, idare edilenler grogi durumda... Soğuk harp, sıcak harp derken bugün başka bir tür basıncın altındayız... Yeni bir bölgesel coğrafi ve sosyal değişimin olup, olamayacağına karar verebilmek için, bölgedeki entelektüel alt yapının incelenmesi gerekir. Entelektüel yapıdan anlaşılanlar nelerdir? Acaba bölgedeki tarihsel geçmiş, insan hakları kavramı, eğitim anlayışı, teknolojik birikim, enerji imkânları ve ekonomik varlıklar bölgenin entelektüel yapısıyla ilgili midir? Bölgedeki komşuluk ilişkileri, savunma sanayii ve ekonomi arasındaki güç dengesi, siyaset kurumunun demokrasi kültürü, bölgedeki devlet yönetimi mekanizmaları ile bölgedeki geleceğin yönetilmesi kavramlarının incelenmesi gerekebilir. Etnisite aldı başını gidiyor! Din işleri ve cemaat tartışmaları, alevilik, sünnilik, mezhepçilik, azınlıklar bölgeyi etkiliyor! Bizi bizlikten çıkarıyor... Huzur sanki bölgeye gelmeyecek gibi görünüyor! Zaten amaç da budur... Bölgenin yönetimi kavramı geniş tutulduğunda, bölge yönetimlerinin yönetimi akla gelmektedir. Kendinizi yönetemediğiniz takdirde, sizin yönetiminize müdahale ediliyor! Sizi ve bölgeyi yönetmeye başlıyorlar... Yeni yönetim kendine uygun bir vizyon belirliyor. Bu tip yönetimler demokrasi adına sizi yönetme hakkını kendinde görürken, siz kendi ülkenizde azınlık oluyor ve ülkenize yabancılaşıyorsunuz. Ülkenizden kovuluyorsunuz! Topraklarınızı bırakıp başka ülkelere sığınıyor, paranız varsa kaçıyorsunuz. İnsanlar bu kaçışta canlarını zor kurtarıyorlar.

158 Paranız yoksa kendi ülkenizde korku ve kuşku ile yaşamaya başlıyorsunuz ve kaderinize razı oluyorsunuz. Önce çok iyi yetişmişler ve gençler kaçıyorlar. Kaçırılıyorlar... Bölge olmak için sınırı ve çerçeveyi belirlemek gerekir. Bir çınarın toprağa yapışması köklerinin gücüne bağlıdır. Dalları taşıyacak gövdedir. Askeri, siyasi, ekonomik, kültürel, jeopolitik, stratejik gücü olan toplumlar bölgesinde huzur içinde yaşarlar. Çevresindekiler de huzurludurlar. Güç dengesi ilkelerine göre herkes gücünü ve haddini bilir... Gereken bölgesel gücünüz yoksa acı çekersiniz. Yaşamaya kararlı olanlar toprağa tutunurlar. Yaratılan fırtına sonunda gelir ve geçer... Bu fırtınada ayakta kalmak zordur. İşte bu durumlarda toplumlar, çocuklar, analar bu fırtınada çok zarar görürler. Ekonominin gücü ile silahlanma arasında bir denge olması gerekir. Gelişmiş ülkeler ulusal toplumlara özelleştirme fikrini dayatıyorlar. Özelleştirme bir merhemmiş gibi 25 yıldır bütün vücuda sürüldü. Bir savunma kaldı özelleşmeyen! O da kıyısından, köşesinden özel güvenlik adıyla zorlanıp duruluyor. Privatization kelimesiyle yıllar geçirdik. Elde ne varsa sattık, savduk... Siz sağ, biz selamet! Borç, harç demişken; Osmanlı İmparatorluğu zamanında İngilizler Senin bana borcun var! demişler ve bunun karşılığı Kıbrıs ı istemişler. Yönetim olmaz demiş! Sen misin olmaz diyen, ertesi gün İskenderiye yi topa tutmuşlar ve Mısır ı işgal etmişler. Mısır ın gidişi o gidiş! Sonra oralarda bir güzel yerleşmişler. Ordular ve donanmalar kurmuşlar. Hazırlıklar yapmışlar. Hindistan dan ve Avustralya dan asker getirmişler. Aylarca eğitim yaptırmışlar. Hızlarını alamayıp Çanakkale ye gelmişler! yılları... İmparatorluğun dokuz parçasını yutmuşlar ve bir parçasını zoraki bölgenin sahiplerine bırakmışlar. Bu son parçayı, imparatorluğun onda biri olan parçayı kurtarabilmek için Atatürk ve Arkadaşlarının yaptıklarını Cumhuriyet sürecinde okuduk ve öğrendik. İnşaallah öğrenmişizdir, yine de hatırlatılması faydalı olacaktır. Kurtuluş Harbi nde, Sakarya Muharebeleri nde ve Büyük Taarruz da 5000 subay ve Mehmetcik şehit olmuş... Bu harp, tabancasında mermisi olmayan subayların kılıç harbidir. Türkiye Cumhuriyeti olabilmek için ödenen bedel büyüktür. Şimdi, bölgenin gücü olan Türkiye Cumhuriyeti, bu ülkenin sahibi olabilmek için bedelini on misli ödemiş! 1900 yıllarından başlayarak bölge etnik ve zamanın küresel güçlerince paramparça yapılmış! Geriye bir çekirdek kalmış! Bölge üzerinde oyun oynayanlar ve bu oyunun parçası olanlar dikkat etmelidirler! Aynı oyunların tekrar oynanması mümkün değildir. Küçük Asya denilen çekirdekte yaşayan bölge insanının Orta Anadolu nun bozkırına sıkıştırılması planları akıl dışıdır. Bölge insanı, Türkiye Cumhuriyeti vatandaşları oldukça, siz siz olun böyle birşey denemeyin. Kimseleri bu işlere alet etmeyin! Ne yazık ki, her kesimden bu küresel güçlerin adamı ve kalemi vardır. Eskiden casus denildiğinde insanların tüyleri ürperir ve insanlar korkarlardı! Şimdilerde küresel güçlerin her ülkede görevlileri vardır. Bunlar küresel yapılmış projeleri gerçekleştirmek için çalışırlar. Bu görevliler küresel güçlerden beslenirler. Onların namına yazar ve çizerler. Masum vatandaşların beynini yıkarlar. Masum, temiz, işsiz, okulsuz, istikbali olmayan gençliği geçmişine, millete ve devlete düşman ederler... Bu kalemlere göre ulus, ordu, birlik ve dirlik tehlikelidir. Bunların görevi ülkenin birliğini, dirliğini dağıtmak, değerlerini, kültürünü ve ordusunu aşağılamak, Cumhuriyetle kazanılan ulusal her ne değer varsa darmadağın etmektir. Bunlar Cumhuriyeti kategorize ederler! Akıllarınca yeni cumhuriyetler kurarlar. Bunlar da bizim ve bölgenin insanıdır... Lakin küresel güçlere önemli bir ücret karşılığı köşelerinden ve makamlarından hizmet ederler... Bu çatışmaların tamamı sanki güçler savaşı! Küresel güçler bölgelerinde ulusal güçleri istemezler. Ulusal güçler küresel güçlerin gelişmesine karşı olduklarından küresel güçlerce devamlı hırpalanırlar. Mikro milliyetçilik akımları bu çevreyi rahatsız eder. Para, 122

159 123 güç, propaganda, medya vasıtasıyla kendilerine aydın dedirten bir kısım insanlar küresel güçlere hizmet ediyor! Nasıl baş edilir? Küresel güçlerle baş etmek zordur. Kimin ulusal, kimin küresel olduğu belli olmayan karmaşık bir kaos ortamı bölge insanını tedirgin eder. İstikrar bozulur. Korku ve kuşku sinir sistemini bozar. Zaten istenen budur! Patinaj yapan ve enerjisini boşa harcayan bir bölge toplumu! Patinaj yapmaktan yorulmuş insanlar... Moraller bozulur! Oyun kuramayan bir futbol takımı olunur... Bu duruma kültürel enerji kaybı denilebilir. Enerji kaybı sistemin ve toplumların patinaj yapması demektir. İyi niyetinizin, gayretinizin, enerjinizin kaybolması emeğinizin boşa gitmesi demektir. Ne yapmak gerektiğini düşünmek akılcı olmaktır. İlk akla gelen herkesin kendi köyüne dönmesidir. Küresel güçleri iyilikle ikna etmek gerekli! Sizin ne işiniz var buralarda? Sizin dağlarınız, ormanlarınız, Okyanuslarınız var! Sizin zengin ülkeleriniz ve mutlu bir yaşamınız var. Size yeter enerjiniz, petrolünüz, paranız var... Sizin aileleriniz, çocuklarınız var! Bölgenize dönünüz... Bu bölgenin insanını, çoluk çocuğunu, taşını toprağını, kurdunu kuşunu rahat bırakınız demek gerekir. Birleşmiş Milletler Platformlarında Bölgeye huzur gelecek dediniz nifak geldi, demokrasi gelecek dediniz terör geldi, barış dediniz savaş geldi gerçeğini ısrarla hatırlatmak gerekir. Orta Doğu Bölgesi nde iki milyon masum insanın öldürülmesine neden olan vahşeti kimin eseridir? Bu felaketin sorumlusu kimdir? Adil ve uzun süreli bir barış için bunların araştırılması ve açıklanması faydalıdır. Bölgede insanlar Hani bizim enerjimiz, petrolümüz, uygarlığımız, huzurumuz, anamız, babamız, çocuklarımız, eski güzel vatanımız, insanca yaşam güvencemiz diye ağlıyorlar ve ölüyorlar. Bu felaket Orta Doğu da insanlık adına, insanlığın tükendiği yerde yaşanıyor... Korku, terör ve güvensizlik yaratan bu felaket daha ne kadar sürecek? Bu şartlarda Dünya jandarmalığı daha ne kadar sürdürülebilir ki? 3. SONUÇLAR Bölgede beklenen; sosyal dengesi yerinde, ekonomik gücü kuvvetli olan bölge yönetimleri günü ve geleceği yönetebilirler. Başkalarının etkisine girmeyebilirler. Evrensel insani değer ölçüleriyle, etkin kültürleriyle kendi güvenlikli yaşam alanlarını oluşturabilirler. Bölgelerinde huzuru tesis edebilirler. Bölgenin gücü olabilenler, aynı zamanda uygarlığın ışığı ve insanlığın aradığı huzurun temsilcisi olabilirler. Böyle düşünülmesine rağmen, bölgede liderlik yapan yönetimler uzun ömürlü olmamıştır. Bölgede geleneksel yapı, krallık, demokrasinin yerleşmemesi gibi sebepler devamlıdır. Arap Baharı denilen rüzgar, darbeler, isyanlar, küresel istilalar bölgeyi karıştırmıştır. Son yüz yıldır bölgedeki liderler ve yönetim sistemleri uzun süreli olarak ülkelerini yönetememişlerdir. Ülkelerini küresel güçlerin gölgesinde uzun süreli yönetenler de ülkelerinde uygarlaşma adına istenilen ilerlemeyi sağlayamamışlardır. Bölgedeki her işe küresel güçler karışmakta ve bölge ülkeleri devamlı kültürel, ekonomik ve mali büyük kayıplara uğramaktadırlar. Bu kayıplar geri gelmeyecek enerji kayıplarıdır. Bu ülkelerin kalkınmaları beklenmemelidir. Asla kalkınamazlar... Her birisi küresel güçlere asırlık savaş borçlusu haline getirilmişlerdir. Türkiye bölgede kültürel, sosyal, ekonomik, askeri, stratejik bir güç olarak ne durumdadır? Gücü ve enerjisi ne kadardır? Gücünün alanı ve şiddeti nedir? Bu konularda bir değerlendirme yapmak için yakın geçmişle beraber bin yıllık Anadolu entelektüel alt yapı varlığının incelenmesi faydalı olur. Bu inceleme sonucu bazı ipuçları bulmak mümkündür. Olumlu olarak değerlendirilenler; yönetimde eşitlik, adalet, hakkaniyet, çalışkanlık, bilimin evrensel değerleridir. Olumsuz olarak değerlendirilenler ise bu

160 değerlerden uzaklaşmaktır. Türkiye nin bölgesel bakış açısına yön verilebilmesi için bir modele ihtiyacı vardır. Bu model; Türkiye nin bölgede ve yaşamında oluşturduğu; adil, güvenli, uygar, entelektüel, bilimsel ve istikrarlı ülke imajıdır. Bu imaj aynı zamanda herkes için bir güven ölçüsüdür. Türkiye nin aşındırılmaya çalışılan entelektüel gücü vardır. Bu güç asırların oluşturduğu bir kültür olarak tanımlanabilir. Türkiye, bölgesel bir aktör olarak kendine güvenini tazelediği, gücünün değerini doğru olarak ölçtüğü nispette bölgede aktördür. Türkiye ile ilgili veriler incelendiğinde, Türkiye nin entelektüel gücünün bölgede önemli olduğu görülür. Bu güç Türkiye ye verilmek istenen zahiri rollerden çok daha fazlasını hak ve ifade eder. Türkiye nin bölgedeki potansiyeli, bölgenin manyetik alanını türbülansa çevirmiş güçler tarafından, güç çekişmesi nedeniyle bir olumsuzluk olarak görülebilir. Türkiye nin bölgesinde sürekli, dinamik, demokratik, kültürel, toplumsal ve güvenilir güç olduğu gerçeği küresel güçlerce bilinmekte, ancak bu rolün verilmesinden sakınılmaktadır. Türkiye nin yönetimleri; Türkiye nin mevcut entelektüel alt yapısı nedeniyle, bölgenin vazgeçilemeyecek en önemli istikrar unsuru olduğuna inanmaları gerekir. Bu inancın; ekonomik, siyasi ve askeri güç olarak bölgeyi idare etmeye çalışan küresel güçlere kabul ettirilmesi esastır. Türkiye nin gücünün bölgede insani görevlerle kullanılması ideal olur. Kendi sancılarından kurtulmuş bir Türkiye, evrensel ve bölgesel politikalarda ülke halkına ve bölge halklarına daha etkin, faydalı, insanlığa yararlı, tarihine ve geleceğine yakışır hizmet ve politikalar sunabilir. Bunların olabilmesi için küresel güçlerin bölgeyi ve Türkiye yi rahat bırakmaları gerekir. Türkiye nin kendi entelektüel gücüne inanması ve yeri geldiğinde bu gerçeği dünyaya uygun yöntemlerle hatırlatması gerekecektir. Farkında olmak ve olunmak önemlidir. Konuşmalarda, barışı sürdürme faaliyetlerde ülkelerin gerçek gücü kadar kendilerini ifade etmeleri ve aksiyonlarda durulacak yeri bilmeleri gerçekçilik olacaktır. Bu kontrollü davranış, insanların kendini koruması amacıyla yaptığı davranışlara benzemektedir. Toplumların ve devletlerin korunma reflekslerinin olması tabiidir. Geleceğin garantisi için gerekli kültürel enerjiye ve değerlere sahip olmak gerekir. Karmaşık kültürel enerji sorunları içinde bulunan ve küresel güçlerin bölgeye getirdiği baskı altındaki Türkiye nin barışın, kendi gücünün ve ülkedeki adaletin değerini bilmesi önem taşımaktadır. Bilim ve ileri teknolojiler Türkiye nin ve uygarlığın geleceğinin garantisidir /Sarıyer 124

161 125 OPERASYONEL SANAL FABRİKA İÇİN ESNEK VERİ MODELİ VE VERİ TABANININ GELİŞTİRİLMESİ B. Lotfi SADİGH 1, S. NİKGHADAM 1, Yrd. Doç. Dr. H. Özgür ÜNVER 2, Yrd. Doç. Dr. A. Murat ÖZBAYOĞLU 3, Doç. Dr. Erdoğan DOĞDU 3, Prof. Dr. S. Engin KILIÇ 4 1 Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye 2 TOBB ETÜ, Makine Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye 3 TOBB ETÜ, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye 4 Atılım Üniversitesi, İmalat Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye Bahram.lotfisadigh@gmail.com, shrzd.nikghadam@gmail.com, hounver@etu.edu.tr, mozbayoglu@etu.edu.tr, edogdu@etu.edu.tr, engin.kilic@atilim.edu.tr Özet Yüksek katma değerli ürünlerin üretimi ülkelerin bilimsel, teknolojik, sosyal ve ekonomik gelişmelerinde çok önemli bir etken olarak gözükmektedirler. Bu sınıfa giren ürünlerin başında savunma sanayisine dönük ürünler, elektrik ve elektronik cihazlar, ileri teknolojiler içeren taşımacılık ürünleri gelmektedirler. Türkiye nin teknolojik ve ekonomik gelişiminde hedef gösterdiği milli teknolojiler ve ürünlerin geliştirilmesi ve bu ürünlerin üretimi için zemininin oluşturulması için çok önemli nedenler ortaya koymaktadır. Bu ürünlerin geliştirilmesinden üretimine kadar değişik alanlarda faaliyet gösteren birçok farklı araştırma geliştirme firması, enstitüler, üniversiteler ve üretici firmalar ortaklık yapmaktadırlar ve bu zincirin büyük bir parçasını KOBİ ler oluşturmaktadır. Bundan dolayı Ankara OSTİM OSB sinde KOBİ ler arası işbirliğinin artırılması ve eş zamanlı üretim ortamının geliştirilmesi ve bu OSB deki firmaların yapıları ve kapasitelerin aydınlatılması amacıyla sanal fabrika yapısı geliştirilmektedir. Bu makalede bu sistemin geliştirilmesinde yapılan araştırmalar ve elde edilen sonuçlar sunulmuştur. Anahtar Kelimeler: Sanal Fabrika, Yüksek katma değerli ürünler, İşbirliği Sanal Fabrika Sistemine Genel Bir Bakış Dünyada farklı akademik kuruluşları ve uluslararası firmalar sanal fabrika (Virtual Enterprise) üzerinde geniş araştırmalar yapmış ve yapmaya devam etmektedirler. Bu araştırmaların çoğu karmaşık üretim sistemleri ve firma yapılarının modellenmesi ve benzetim üzerinde odaklanmıştır. Üretim amaçlı bağımsız firmaların işbirliği için uygun bir platformun yaratılması veya bu işbirliğini güçlendirmeyi amaçlayan çalışmalar, İş den İşe (Business to Business (B2B)) yazılımlardan daha farklı olarak bir yöntem ve bir sistem yapısı yaratmayı hedefleyen araştırmalar yeni bir eğilim olarak ortaya çıkmıştır [1]. Organize Sanayi Bölgelerde (OSB) ve tekno-parklarda faaliyet gösteren çok sayıda bağımsız araştırma odaklı, üretici ve ticari firmalar ve kuruluşlar bulunmaktadır. Sanal Fabrika (SF) yöntemi özellikle OSB lerde ve tekno-parklardaki firmalar arasında işbirliğini yaygınlaştırarak bu bölgelerin ve buralarda faaliyet gösteren firmaların büyümesinde ve gelişmesinde çok etkili bir rol alması beklenmektedir. Aynı zamanda sanal fabrika çerçevesinde coğrafi konumlar göz önünde bulundurulmadan, değişik yerlerden bu sisteme katılma şansı bulunmaktadır ve böylece bu sistemin üyeleri farklı bölgelerde ve hatta ülkelerde bulunan firmalarla işbirliği yapmakla bir şekilde çalışma imkânını bulacaklardır

162 126 ve böylece KOBİ ler uluslararası satış imkânını da yakalamış olacaklardır. Bir ayrı değimle Sanal fabrika, bağımsız şirket veya kurumların çekirdek yeteneklerini bilgi ve iletişim teknolojilerinin (BİT) etkin kullanımı ile bir araya getirerek müşteri taleplerini karşılamak için oluşturduğu geçici ve yeniden yapılandırılabilir bir ağ olarak tanımlanabilir [2]. Sanayi bakanlığının SAN-TEZ projeleri çerçevesinde desteklediği OSTİM için sanal fabrika projesinde sanal fabrika yöntemi geliştirilmiştir. Araştırma, sanal fabrikanın kurulumu, ortak ürün tasarımı, üretimi ve firma ağı yapısının kurulumu ile ilgili çalışmaları kapsamaktadır. Bu makalede bu araştırmada yapılan çalışmalar ve elde edilen sonuçlar sırasıyla sunulmuştur. Sanal fabrika için esnek bir veri tabanına ulaşmak için öncelikle SF nin sistem yapısı, elemanları ve işleyişi standart sistem modelleme yöntemleri ile modellenmelidir. Modelleme süreci farklı aşamalardan oluşmaktadır. Her şeyden önce sistem işlevsel bakımdan modellenip ve değerlendirilmelidir. Bunun için Amerikan Hava Kuvvetleri tarafından geliştirilen program (IDEF) ve bu IDEF bünyesinde bulunan IDEF0 diyagramları kullanılmıştır. IDEF0 diyagramları hakkında bilgiler ve değerlendirme sonuçları bir sonraki bölümde sunulmuştur. IDEF0 diyagramlarından elde edilen sonuçlar doğrultusunda sistem birimleri, birimler arası ilişkiler, veri akışları ve veri türleri belirlenmelidir. Bu bulgular da ayrıca belli standartlara göre tekrar modellenip ve sistem davranışları, kullanım durumu ve etkileşimleri değerlendirilmelidir. Bunun için bu projede Unified Modelin Language (UML) standardında geliştirilen diyagramlar kullanılmıştır. SF nin UML diyagramları ve UML diyagramlarının çıktıları bu makalenin üçüncü kısmında ele alınmıştır. Sanal fabrikanın daha önceki deneyimlerinde en önemli eksikliği ve bu sistemin bir türlü verim sağlayamamasının nedenlerinin başında gelen sorun, yeterince esnek veri tabanı ve veri yönetim sistemlerine sahip olamamasıdır. Bu araştırmada bu llevent llliği gidermek ve istenilen esnekliği sisteme kazandırmak amacıyla ontoloji temelli modeli ve ona bağlı veri tabanı ve veri yönetimi sisteminin geliştirilmesi olmuştur. Makalenin dördüncü bölümünde ise sistemin ontoloji temelli veri modeli hakkında bilgi verilmiştir. Bu çalışmadan gelen sonuçlar ve bu sonuçlar hakkında değerlendirmeler ve sonraki adımlar makalenin son kısımlarını oluşturmaktadır. Sanal Fabrika IDEF0 Diyagramları Belli bir veya kaç hedefe odaklı geliştirmekte olan bir sistemin görüntülü olarak işlevsel modellenmesi için bir dizin IDEF diyagramları geliştirilir [3]. Geliştirilmiş olan sanal fabrika yapısı içinde, bu sistemin işlemlerini içeren ve IDEF standartlarına uygun, 3 seviyeli IDEF0 diyagramları geliştirilmiştir [4]. Şekil 2 bu modelin ilk seviyesi olan A0 kutucuğunun göstermektedir. Bu modelde her bir kutucuk içerisindeki işlemler yarılarak açık bir şekilde gösterilebilmektedir.

163 127 Sanal Fabrika Gereksinimleri Sanal Fabrika Üyelik Gereksinimleri Müşteriden Gelen İstek Sanal Fabrika Sistemi Endüstriyel Kümeler Ürünler Fırsatın Yakalanması A0 Veri Tabanı Güncellenmesi Sanal Fabrika Üyeleri Şekil 2 Sanal Fabrika IDEF0 Diyagramı- A0 kutucuğu Birinci çekirdeği ayrıştırdıktan sonra sanal fabrika sistemi aşamaları ve hayat döngüsüne göre farklı işlemler ve bu işlemleri gerçekleştirmek için çeşitli gereksinimler, girdiler ve çıktılar bizi karşılamaktadır. Sanal fabrikanın yaşam döngüsü literatürde dört esas aşamadan oluştuğunu görmekteyiz. Ancak gelişmiş yeni ağ tabanlı teknolojiler sayesinde ortak tasarım ve geliştirmeye olanak sağlanmıştır. Bu projede sanal fabrika yaşam döngüsü işleyiş aşamasını iki farklı ayrı bölüme bölerek beş aşamalı bir döngü halinde önermiştir [5]. Şekil 3 Sanal Fabrikanın yaşam döngüsü ve yapısı [5] Şekil 3 her iki yaklaşımda gösterilmektedir. Yaşam döngüsü halkalarına göre SF sistemin farklı işlemlere ihtiyacı olacaktır bu işlemler Şekil 4 de gösterilmiştir. Bu şekilde gösterilen bütün kutucuklar ayrıca açılıp her aşamanın içerdiği işleyişler detaylı biçimde açıklanmalıdır [2].

164 128 Enerji ve Kalite Yönetimi Yasalar ve Kurallar Havuz Üyeliği Gereksinimleri KOBİ havuzu Oluşumu İsteği KOBİ Havuzu A1 SF nin Gereksinimleri Gönüllü KOBİ ler Fiyat Alma Önerisi SF nin Oluşumu Anlaşmalar Fırsatın Yakalanması A2 Havuz Üyeleri Ana Süreç Tasarımı ve Zaman Çizelgelemesi SF Ortak Tasarım JIT stratejisi Temin zinciri orkestrasyonu A3 İhaleyi Kazanan Firmalar ve KOBİ ler Detaylı Tasarım Bilgileri Dışarıdan Temin Edilen Parçaların Bilgileri SF nin İşleyişi A4 Ürün Değerlendirme Kıstasları SF nin Sonlandırılması Satış Sonrası hizmetler A5 SF yönetim Gereksinimleri Üye Performans Değerlendirilmesi Üryeler SF Bilgi ve Verileri SF Yönetimi A6 Bilgi ve Güncel veriler SF Yönetici NODE: Müşteri A0 TITLE: Sanal Fabrika Lifecycle NO.: Şekil 4 A0 Kutucuğunun Açılımı [2]

165 129 IDEF0 diyagramından elde edilen detaylı işlevsel bilgiler ve gereksinimler sayesinde SF nin veri modeli, bilgi akışı ve geleneksel veri tabanı yapısı belirtilmiştir. Bunu belirtmekte yarar var, geliştirilmiş olan sanal fabrika sistemi geleneksel veri tabanı sistemleri mantığıyla çalışmamaktadır ve bu yapı yalnızca geliştirilmiş olan yeni yapıyla kıyaslamak ve performansın değerlendirilmesi için geliştirilmiştir. Bunun nedeni de literatür de daha önce farklı deneyimlerde değişik amaçlar ile geliştirmiş olan SF yapıları yeterince esnek olamadıklarının ve yeniden kullanılabilirliklerinin olmadığını gösterebiliriz. Geliştirilmiş olan yapılar hepsi geleneksel veri yönetimi sistemleri üzerine geliştirilmiştir ve bu nedenle ürün veya proje türü ve yapısı değiştiğinde SF yapısı yeni ihtiyaçlara yetersiz kalmaktaydı. Bunun için daha esnek ve yeniden düzenlenebilir bir veri yapısı ve veri yönetimi sistemi gerekmekteydi. Yapılmakta olan SF yapısı ontoloji temelli veri modeli ve bu modelde elde edilen veri yönetimi üzerine kurgulanmıştır. Bu sistem istenilen değişikliklere rahatlıkla karşılık verebilmektedir. Sanal Fabrika UML Modelleri IDEF0 diyagramlarından alınan sonuçlar doğrultusunda sistemin veri akışı ve yapısı da aynı zamanda modellenmelidir. Bu nedenle Unified Modeling Language (UML) modelleme araçları kullanılmıştır. UML modelleme araçları farklı diyagramlardan oluşmaktadırlar ve değişik sistem analizleri için farklı şekilde ihtiyaca göre değerlendirebilirler. SF sisteminin yapısal modeli için UML in sınıf diyagramları kullanılmıştır. Sistemin davranışlarının analizi için etkinlik ve kullanım diyagramları ve Etkileşim için de akış diyagramları geliştirilmiştir [6]. Şekil 5 SF için geliştirilmiş olan sınıf diyagramı yansıtmaktadır. Bu diyagramda görüldüğü gibi sistemde yer alabilecek birimler ve elemanlar ayrı ayrı kategorilerde düşünülmüştür. Bu elemanlar arası ilişkiler ve veri akımı oldukça önemlidir. Bu sistem esasında geliştirilmiş olan SF sistemleri veri yönetiminin en önemli avantajı ve özelliği geliştirilmiş olan hedef ürün ve yapı için oldukça hızlı çalışmalarıdır. Ancak çok açıktır ki çeşitli tip ürün ve projeler için önemli kıstaslar ve detayların düşünülmesi ve öngörüle bilinmesi pek mümkün değildir ve zaman içerisinde sistem ilerledikçe tamamlanması daha mantıklı gözükmektedir. Böyle bir durumda bu yapının yeni tür bilgi ve veriler için baştan yenilenmesi lazımdır ve buda ekstra maliyet ve zaman kaybına yol açacaktır ve sistemi ana hedefinden ki hızlı bir biçimde müşterinin isteklerine karşılık verebilmektir oldukça uzaklaştıracaktır [2].

166 Şekil 5 SF Sınıf Diyagramı [2] 130

167 131 SF yapısında gerçekleşecek olan bütün senaryolar ve durumlar için ayrı ayrı etkinlik diyagramları geliştirilmelidir. Bu durumları görebilmek için IDEF0 diyagramlarına bakmak yeterlidir. Bunun için SF sistemi için 8 farklı ana etkinlik diyagramı ve bunların alt diyagramları olarak 14 ayrı diyagram geliştirildi. Sınıf diyagramları aksine, etkinlik, durum ve akış diyagramı veri tabanı ve veri yönetimi türünden bağımsız olarak her türlü sistem yapısı geliştirmek için geçerlidir ve sistemin elemanlarını ve bu birimler arası veri akımını belirlemektedirler. Bir örnek olarak aşağıda Şekil 6 te yeni bir projenin başlangıcında gerçekleşmesi gereken süreçleri ve bu süreçler içerisinde hangi birimin ne türlü görevleri üstleneceğini Bu diyagramda Müşteri, sistem yöneticisi ve havuzdan gelen KOBİ ler arasında ki anlaşma ve projenin detaylandırma süreçleri gösterilmiştir. Ancak bütün detayların bir tek diyagram içerisinde sığmayacağı ve sığdırıldığı takdirde oldukça karmaşık olup anlaşılmayacağın da dolayı diyagramlar alt diyagramlara ayrıştırılmıştır [7]. Örneğin bu diyagramda KOBİ ler arası ihale süreci çok kısa ve öz olarak gösterilmiştir ancak bu süreç akış diyagramı olan Şekil 7 da net bir biçimde açıklanmıştır [7]. Şekil 6 Yeni Proje Oluşumu Etkileşim Diyagramı Bu diyagramlarda eksik olan konulardan birisi bu birimlerin bütün işlemleri ve yetkilerinin bir arada belirtilmemesi ve diğeri bu işlemlerin sırası ve zaman kavramının burada

168 132 olmamasıdır. Bu iki önemli etken için de diğer kullanım ve akış diyagramları SF sistemi için geliştirilmiştir. Customer VE System Administrator VE Management Board Request for Call For Bids VBE Manager Call for Bids Submit Bids Potential VE partners in VBE Judiciary Affairs Committee Send Incoming Bids Collect Bids Select Winners and Rank Enterprises Send List of Winner Enterprises and Their Ranking Evaluate List of Winners Send Approved List of Winners Collect Winner Bids and Prepare Final Proposal for Order Send Proposal Committee Decision and Approval Negotiation Send Proposal Accept/ Reject Proposal Arrange Agreement Contract Ask Customer Approval Customer Final Approval Ask Enterprises Approval Check Contract Items according to the regulations Enterprises Final Approval Committee Approval Final Contract Sign Sign Sign Şekil 7 SF Üye Seçimi Süreci Akış Diyagramı Sanal fabrika ontoloji temelli veri modeli Sanal fabrika sistem yapısındaki verilerin dinamik olması ve sürekli değişen verilerin yönetilmesi ve çok ajanlı sistem yapısının yeniden yapılandırılabilir şekilde geliştirilmesi gerekmektedir. Daha önce sunulan sınıf diyagramının aksine SF ontoloji modelinde sisteme girilen ve girilecek olan bütün veriler 5 ayrı ana başlığın altında sınıflandırılır. Bu modelin en önemli özelliği verilerin RDF veya OWL uzantılı olarak üçlüler halinde tutulmasını ve veriler arası ilişkilendirilmesini sağlayabilmesindedir [8]. Bu model firmaların yetenekleri ve kabiliyetlerini firmaların sahip olduğu kaynaklar (İnsan kaynakları, teçhizat veya yazılımlar) üzerinden firmalar ile ilişkilendirilip ve sorgulanabilecek şekilde sistem yöneticisine sunmaktadır. Sistem yöneticisi bu sistem üzerinden gereken sorguları yaparak en uygun ve en kalifiye firmayı sanal fabrikanın kurulum aşamasında seçebilecektir [5]. Bunun için örnek olarak A firması dökümünde M makinası var ise ve bu makina P1, P2 ve P3 süreçleri gerçekleştirebiliyorsa dolaylı olarak firma bu süreçlerden her hangi birine ihtiyacı olan projelerde yer alabilmesi için aday olabilecektir ve firma tarafından gönderilecek olan teklifin kazanması durumunda projede yer alabilecektir. Birimler arası ilişkileri ve ayrıca birimlerin özellikleri bu modelin esas noktalarından birisidir. Sanal fabrika için firma seçimleri, puanlandırmak ve üretim ve tasarım faaliyetlerin atamasında önemli bir faktör olarak görülen birimler, kaynaklar, altyapılar ve operasyonların yanında bu birimlerin özellikleri de bir o kadar önemlidir. Bir tezgâhın hangi özelliklere sahip olduğu ve hangi işlemleri gerçekleştirebileceği bu özellikler

169 133 üzerinden belirlenmektedir. Bu nedenle farklı varlıklar için farklı özellikler ve farklı yetenekler atanmıştır. Sanal fabrikanın ontoloji modeli Protege 1 platformu üzerinde, İngilizce ve Türkçe olarak iki dilde geliştirilmiştir [9]. Bu nedenle kullanıcılara sunulacak olan grafik ara yüzlerde her iki dili seçme şansı da sunulmuş olacaktır. Geliştirilmiş olan modelin Protege ortamında genel görüntüsü Şekil 8 de sunulmuştur. Sonuç Şekil 8 SF Modelinin Protege Ortamında Genel Görüntüsü [5] Geliştirilmiş olan esnek ontoloji tabanlı SF veri modeli ve veri tabanı bu sistemin kullanılabilirliğini oldukça yükseltmiştir. Böylece farklı proje ve ürün ihtiyaçlarına göre sistemin uyarlanabilmesi en hızlı şekilde mümkündür. Bu yapı halı hazırda ikinci gelişme aşamasını kat etmektedir ve ikinci sürümü birinci sürümüne göre oldukça daha hızlı ve istikrarlı performans sergilemektedir. Bu veri tabanını kullanarak Jena platformu üzerine Java Server Faces (JSF) web sunucuları geliştirilmiş ve basit ara yüzler ile kullanıcıya veri girme, değiştirme ve silme imkânını sunmaktadır. Böylece sistem yöneticisi ihtiyaç olduğu zaman istediği gibi modelin yapısını ve birimlerini değiştirebilir ve yeniden veri tabanını yapılandırabilir. Bu sistemin en önemli ayrı bir özelliği çok etmenli sistemler ile ilerde birleşik hale getirilip ve firmalar arası ihaleleri ve veri yönetimini etmenler üzerinden gerçekleştirilmesidir. Etmenler ve etmenler arası yapılanma tamamlanmış ve etmenler etmen ontolojisine göre hareket etmektedirler ve yakında bu makalede sunulan veri tabanına verileri yazma okuma yetkisine de sahip olacaklardır ve otomatik biçimde projeleri tarayıp ilgili firmaları haberdar edip, firma tarafından yetkilendirmeleri durumda ihalelere girip projeye girmeye hak kazanmak için yarışacaklardır. Teşekkür Bu çalışma SAN-TEZ projeleri programı çerçevesinde Türkiye Cumhuriyeti Bilim, Teknoloji ve Sanayi Bakanlığı ve OSTİM OSB yönetim kurulu tarafından stz Akıllı sistemlerin geliştirilmesi için Stanford üniversitesi tarafından geliştirilen açık kaynaklı, ontoloji editörü ve platformu

170 134 2 no lu sanal fabrika projesinin adı altında desteklenmektedir. Makale yazarları olarak bu vesile ile ilgili kurum ve kuruluşlara teşekkürlerimizi sunarız. Kaynaklar [1] H. O. Unver and B. Lotfi Sadigh, "An agent-based operational virtual enterprise framework enabled by RFID," in Handbook of Research on Mobility and Computing: Evolving Technologies and Ubiquitous Impacts, hershey, PA: Information Science Reference, [2] B. Lotfi Sadigh, H. O. Unver, E. Dogdu and S. E. Kilic, "An Ontology Based Model for Virtual Enterprise," in Proceedings of 15th International Conference on Machine Design and Production, UMTIK 2012, Denizli- Turkey, [3] "IDEF Integrated DEFinition Methods," 18 September [Online]. Available: [4] B. Lotfi Sadigh, H. Ö. Ünver and S. E. Kılıç, "Design of a Multi Agent Based Virtual Enterprise Framework for Sustainable Production," in Virtual and Networked Organizations, Emergent Technologies and Tools, Springer Berlin Heidelberg, 2011, pp [5] B. Lotfi Sadigh, H. Ö. Ünver, E. Doğdu and S. E. Kılıç, "Ontology based Virtual Enterprise System Domain Modeling," in FAIM 2014, San Antonio, [6] "Simple Guidelines for drawing UML Class Diagrams," 7 December [Online]. Available: [7] "UML sequence diagrams: Reference," Microsoft, [Online]. Available: [Accessed 26 June 2011]. [8] D. Brickley, "RDF vocabulary description language 1.0: RDF Schema," W3C recommendation, [Online]. Available: [Accessed ]. [9] "Protege," [Online]. Available: [Accessed 2012]. [10] S. Ambler, "UML 2 Sequence Diagrams," Agile Modeling, [Online]. Available: [Accessed 4 August 2011].

171 135 ENERJİ EKİPMANLARININ YERLİ ÜRETİMİ Şayende YILMAZ TMMOB Makina Mühendisleri Odası Yönetim Kurulu Yedek Üyesi TMMOB Makina Mühendisleri Odası Enerji Çalışma Grubu Üyesi Ankara, TÜRKİYE 1. GİRİŞ Son yılda enerji sektöründe yatırımlar hızla artmasına rağmen enerji üretim tesislerinde kullanılan teçhizatın yerli üretimi konusu yeterince ciddi bir biçimde ele alınmayan bir konudur. Türkiye nin 2012 yılında enerji hammaddeleri ithalatına ödediği rakam, tüm ithalat tutarının % 25,4 üne (60,1 milyar $) ulaşmıştır. Ayrıca her yıl enerji sektöründe kullanılan makina ve ekipman ithalatına da 7-9 milyar USD harcanmaktadır. Bu düzeyiyle enerji ithalatı, dış ticaret açığının en önemli kısmını oluşturmaktadır. EPDK analizlerine göre Türkiye'de döneminde yapılacak enerji yatırımlarının toplamı milyar dolar olarak tahmin edilmektedir. Enerji yatırımlarında en büyük pay, makina ve ekipmana aittir. Yatırım tutarlarının asgari yüzde 60'ının makina ve ekipman alımına ayrılacağını kabul edersek, 20 yıllık dönemde milyar dolar olması tahmin edilen enerji yatırımlarının milyar dolarlık bölümünün makina ve ekipmana harcanacağı söylenebilir. Yerli teknoloji ve özellikle de dünyada çok eski olmayan ve bu nedenle de teknoloji seviyesini rahatlıkla yakalayabileceğimiz yenilenebilir enerji teknolojisinin geliştirilmesi ile bu yatırımlar; Türkiye ekonomisini büyüme açısından tetikler, ülkeyi pahallı uluslararası finansman ihtiyacından büyük ölçüde kurtarır, doğalgaz ve ithal kömür gibi kaynaklar için ödenecek döviz ihtiyacını azaltır, önemli boyutta istihdam sağlar. 2. ENERJİ SANTRALLERİNDE KULLANILAN EKİPMANLARIN YERLİ ÜRETİMİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ. 2.1-TERMİK SANTRALLAR: Türkiye nin 2013 sonu itibari ile kurulu gücü MW, termik kurulu gücü ise MW (% 60) olmuştur. Kurulu güç içinde doğalgaz % 32, linyit % 13,6, ithal kömür %6,2 oranında yer almaktadır. Türkiye nin 2012 elektrik üretiminin; %43,18 i doğalgaz, % 14,39 u linyit, % 12,10 u ithal kömür, % 1,99 u sıvı yakıt, % 0,73 ü taş kömürü olmak üzere toplam % 72,39 u termik santrallardan sağlanmıştır.

172 136 Ekipmanların Yerli Üretimi: Haliç'teki Silahtarağa Termik Santrali'nin 1914 yılında hizmete girdiği günden bu yana geçen 100 yıllık sürede malesef yerli kazan, türbin ve jeneratörümüzü üretebilmiş değiliz. Yerli kazan tasarımı ve imalatı ile ilgili geçmişte bir takım adımlar atılsa da devamı gelememiştir. Ülkemizdeki kömürlü termik santral kazanları genellikle pülverize tipli kazanlar olmakla birlikte son yıllarda dolaşımlı akışkan yataklı kazanlar (CFB) kullanılmaya başlanmıştır. CFB kömür yakma teknolojisini geliştirme hususunda özel firmaların, üniversitelerin ve TÜBİTAK- MAM Araştırma Enstitüsünün çalışmaları halen devam etmektedir. Özel sektörde MW aralığında akışkan yataklı kazan tasarım ve imalatı konusunda tecrübe oluşmuş durumdadır. GAZ/BUHAR türbin ve jeneratörünün tasarım ve üretimi konusunda herhangi bir çalışma yapılmamaktadır. Ancak türbin adasındaki diğer tüm teçhizatların, kondense, tanklar, AB ve YB ısıtıcıları ve dahili borulama gibi işlerin; dizayn ve imalatları yerli firmalar tarafından yapılabilmektedir. Yurdumuzda yüksek kaliteli malzeme/ çelik boru üretiminde bir yetersizlik söz konusudur. Bu sorunun aşılmasına yönelik planlamaların yapılması ve çelik sektöründe gerekli yatırımların gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Ağır sanayide yüksek teknoloji gerektiren alanlarda ciddi imalat tecrübemiz olmamasına rağmen, imalat/ çelik konstrüksiyon ise yerli sanayimizin en güçlü olduğu alan olarak göze çarpmaktadır. Yüksek basınç ve alçak basınç ısıtıcıları, ekonomizer, kömür/ kireçtaşı hazırlama sistemleri, Kül /curuf atma sistemleri, su hazırlama ve su arıtma sistemleri, yardımcı kazanlar, enerji santrallerinde kullanılan AG ve OG kuvvet kabloları ile elektromekanik teçhizatın büyük bir kısmı, trafolar, şalt sistemleri, yangın söndürme sistemleri yerli imkanlar ile yapılabilen ekipmanlardır. Santral ekipmanlarında yerli katkının az olmasının en önemli nedenlerinden biri de, santral kuran şirketlerin yaptıkları finans anlaşmaları gereği, finansmanı sağlayan ülkelerin tasarım ve imalat konusunda çok yüksek katkı paylarına sahip olmalarıdır. Bu nedenle yerli sanayimiz tarafından imal edilebilecek birçok ürün malesef zorunlu olarak yurtdışında üretilmektedir. Yurtdışı finansman desteği alınarak yapılması öngörülen enerji üretim tesislerinin şartnamelerinde yerli üretime daha fazla pay verecek düzenlemelerin yapılması (yerli katkı oranı şartnamede belirtilerek ihaleye çıkılması), yerli üretimimizi geliştirecektir. 2.2-HİDROLİK SANTRALLER: Türkiye 433 milyar kwh teorik hidroelektrik potansiyeli ile dünya hidroelektrik potansiyeli içinde % 1 paya, ve 130 milyar kwh ekonomik olarak yapılabilir potansiyeli ile Avrupa ekonomik potansiyelinin yaklaşık % 16 mertebesinde hidroelektrik potansiyele sahip bulunmaktadır.

173 sonu itibariyle barajlı ve akarsu tipi hidrolik santraların toplam kurulu gücü MW dır. Toplam kurulu gücü MW olan 216 santral ise inşa halindedir. İnşaat İşleri ve Hidromekanik Ekipman: Nehir-Kanal ve Depolamalı Hidroelektrik Santral tipine bağlı olarak değişmekle beraber genel olarak bir hidroelektrik tesiste suyapıları inşaat maliyeti toplam yatırım bedelinin yaklaşık %70 ine tekabül etmektedir. Bu bedele inşaat mühendisliğinin alanına giren, hidromekanik ekipman, krenler vb. tüm işler dahildir lı yıllarda yayımlanan bir kararname ile barajlarda kullanılan her türlü kapak, vana, cebri boru vb. hidromekanik ekipman ile kumanda mekanizmaları ve kren, vinç vb. kaldırma makinalarının yerli yapım zorunluluğu getirilmiş, bunun sonucunda yerli yapım oranı %100 lere yaklaşmıştır. Elektromekanik Ekipman: Teşvikler kapsamında bazı mekanik aksam, gömülü parçalar, veya bir kısım daha hassas parçalar projeleri verilerek müteahhit yabancı firma denetiminde yerli üretilmekle birlikte halen Türkiye de su türbini ve jeneratörü üretilememektedir. Hidrolik türbinlerin ve jeneratörlerin yurt içinde tasarım v üretiminin yapılabilmesi için 1977 tarihinde TEMSAN (Türkiye Elektromekanik Sanayii A.Ş.) kurulmuş ancak TEMSAN kendisinden beklenenleri karşılayamamış ve geçen 37 yıla rağmen ülke ihtiyaçlarını karşılayacak düzeyde yerli imalat gerçekleşememiştir. Günümüzde bir santralın türbin ve jeneratörü hariç diğer tüm elemanları tümüyle projelendirilip, imalatı ve montajları güvenilir bir biçimde ülkemizde yapılabilmektedir. Şu anda dışarıya bağımlı olduğumuz türbin ve jeneratör tasarımı, testi ve imalatı için başlatılmış olan çalışmaların özendirilmesi, teşviki, geliştirilmesi ve sürdürülebilirliği için desteklenmesi gerekmektedir. 2-3 RÜZGAR ENERJİSİ: Türkiye Rüzgâr Atlası (REPA) incelendiğinde, Türkiye nin rüzgâr potansiyelinin Ege, Marmara ve Doğu Akdeniz bölgelerinde yüksek olduğu, toplam potansiyelin MW, Kullanılabilir rüzgar potansiyelinin ise ,44 MW olarak belirlendiği görülür. Türkiye de şebekeye bağlı rüzgâr enerjisi ile elektrik üretimi 1998 yılında başlamış olup, 2013 sonu itibariyle 2760 MW a ve toplam kurulu güç içindeki payı da % 4,3 e ulaşmıştır. Rüzgâr Enerjisi Ekipmanlarının Yerli Üretimi: Rüzgâr teknolojisinde yerli üretim; politika destekleri, teknolojik uzmanlık ve işgücünden kaynaklanan bölgesel avantajlar gibi faktörlerle sağlanabilir. Yerli rüzgâr gücü teknolojisi üretimi iki farklı şekilde uygulanabilmektedir: 1-Yerli pazara satış yapan uluslararası şirketlerin üretimlerinin bu ülkeye kaydırılması ile uluslararası türbin şirketlerinin belli bileşenlerinin ortak girişim şirketleri kurularak yerli üretimi 2-Tamamen yerli rüzgâr türbini tasarımı ve imalatı. Rüzgar santralının bileşenleri; Kule, rotor, nasel ve elektrik toplama sistemleridir. Çelik ve beton kuleler ile kanatların her türlü üretimi, uluslararası büyük türbin üreticisi firma ve

174 138 bileşenleri ile yerli firmalarımız arasında ortak girişim şirketleri oluşturularak yerli olarak üretilmektedir. Ayrıca kanatların hammadde üretimi, kanat bağlantı saplama ve somunları, kule bağlantı civataları ve galvanizli ankeraj üretimi, Başta kaplin ve redüktör olmak üzere çeşitli makine elemanlarının imalatı yerli olarak yapılmaktadır. Yine elektrik malzemelerinin ( trafo, şalt sahası malzemeleri, iletim ve dağıtım sistemi bağlantısı..vb) büyük bölümü de Türkiye den temin edilebilmektedir. Rüzgar türbini, jeneratör, göbek, dişli kutusu gibi diğer bileşenler ise doğrudan yurt dışı firmalardan sağlanmaktadır. Lisanssız üretim kapsamındaki küçük ve orta büyüklükteki türbinlerin yerli üretimi konusunda sanayimiz her geçen gün gelişmektedir. %100 yerli tasarım ve yerli malzeme ile küçük rüzgar türbinleri üretilebilmektedir. Öte yandan ülke çapında bazı üniversiteler, araştırma kurumları ve özel sektör firmalarının oluşturduğu bir Ar&Ge uygulama projesi olan Milli Rüzgâr Enerji Sistemleri Geliştirilmesi ve Prototip Türbin Üretimi (MİLRES) konusunda çalışmalar yürütülmektedir. İlk etapta 500 KW lık türbinin tasarım ve üretimi TÜBİTAK tarafından desteklenmektedir GÜNEŞ ENERJISI: Ülkemizin güneş Enerjisi potansiyeli 380 milyar kwh/yıl, ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi saat, günlük toplam 7,2 saattir. En çok güneş alan bölgeler sırası ile; Güneydoğu Anadolu, Akdeniz, İç Anadolu ve Doğu Anadolu olarak sıralanabilir Yılı sonu itibarıyla dünyada güneş enerjisi kurulu gücü MW dır. Ülkemizde ise henüz lisans almış GES bulunmamaktadır. Güneş Enerjisine Dayalı Elektrik Üretimi Için Ham Mamul, Makine Ve Ekipmanları Güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren temel sistemleri oluştururken; ana mamul üretim ekipmaları ve tamamlayıcı mamul üretim ekipmanları olarak ayırabiliriz. Ana Mamul olarak; Silikon, ingot, hücre, modül, Cam, Eva, backsheet, Inverter, ribbon ve bağlantı kutusunu sayabiliriz. Tamamlayıcı Mamuller ise; Montaj setleri, Kablo, Regülatör, Batarya v.b. olarak sıralanabilir. Ülkemizde şu anda ana mamul üreticilerinden; solar cam, invertör ve modül üreticileri hali hazırda vardır ve 200 megawatt kapasiteye sahiplerdir. Eva, backsheet, ribbon ve bağlantı kutusu üretimine uygun ham madde ve makine teknolojisi bulunmaktadır. Bu mamullerin üretilmesi için yerli sanayine destek verilmeli ve yasal mevzuatların düzenlenmesi sağlanmalıdır. Bu ürünlerin yurt içinde kullanımının arttırılması amacıyla, öncelikli olarak modül üreticilerinin desteklenmesi gerekmektedir. Silikon, ingot ve hücre üretim teknolojisini karşılayacak yeterli ham madde ve yerli sermaye bulunmamaktadır. Yerli modül üreticilerinin desteklenmesi ve artırılması, kalite standartlarının oluşturulması durumunda bu mamul ürünlerinde üretilmesi önümüzdeki yıllarda mümkün olabilecektir.

175 139 türkiye'de halen tüm malzemeleri ile yerli olarak imal edilen % 100 yerli PV modül bulunmamaktadır.pv modül yapan firmaların tümü silikon tabanlı ürünler üretmektedir. Aliminyum çerçeve, cam ve kablo dışındaki PV modül malzemeleri ise üretilmemekte ithal edilmektedir. Taşıyıcı sistem imalatı ülkemizde oldukça gelişmiş çok sayıda çelik veya aliminyum malzeme sistem imalatçısı tarafından üretilmektedir. Kablo ve evirici imalatında ise henüz birkaç firma bulunmaktadır. GENEL OLARAK YURTİÇİNDE YERLİ İMALATIN GELİŞTİRİLMESİ VE/ VEYA ÜRETİMİN ARTTIRILMASI İÇİN ATILMASI GEREKEN ADIMLAR VE GEREKLİ KAYNAKLAR 1) Enerji ekipmanlarının yurt içinde üretimi temel bir politika olmalıdır. 2) Santralların yerli teknoloji ile yapılabilmesi için hükümet, kamu kuruluşları, özel sektör ve üniversitelerin işbirliği ile uzun vadeli bir yol haritası hazırlanmalıdır. 3) Yerli sanayinin yeterliliklerini ve ihtiyaçlarını kapsayan detaylı bir veri tabanı ve sanayi sektör raporu hazırlanmalıdır. 4) Yenilenebilir enerji kaynaklarının ve yerli üretimin teşviği konusunda uzun dönemli, güvenilir ve kararlı bir mevzuat oluşturulmalı ve riskler azaltılmalıdır. 5) Öncelikle, bu sistemlerin tasarımını yapabilecek Mühendislik Firmalarının teşvik edilmesi ve faaliyetlerinin bir türlü garanti edilmesi gerekir. a) Mühendislik firmalarında çalışacak Mühendislerin yetiştirilmesi gerekir. b) Mühendislik firmalarının, Temel Mühendislik ve Detay Mühendislik alanlarında uzmanlaşmaları gerekir. 6) Mühendislik Firmalarına, gerekli know-how ı verebilecek, Temel Mühendislikte beraber çalışabilecek Ar-Ge Firmalarına ihtiyaç vardır. Bu Ar-Ge Firmaları, hem temel araştırma, hem proses geliştirme (pilot ölçekli), hem de malzeme konusunda çalışmalar yapmalıdır. 7) Geçiş döneminde, yurt dışı lisansı ile anahtar-teslimi proje yapan yabancı firmaların dahi yurt içindeki yerli Ar-Ge ve Mühendislik Firmaları ile çalışmalarını zorunlu kılmak için yasal altyapıyı hazırlamak gerekir. Böylece, yurt içinde bilgi birikimi hızla sağlanarak dünyadaki diğer firmalar ile iletişim ve etkileşim ortamı sağlanabilir. 8) Ekipman ve teçhizat, ancak kullanıldığında performans verisi geri dönüşü sağlanabilir ve daha iyisi geliştirilebilir. Bu nedenle, anahtar-teslimi proje yapan yabancı firmaların bile, belirli bir yüzde dahilinde yerli imal edilen ekipman kullanımı teşvik edilmelidir. 9) Özel sektörün başlangıçta yerli teknolojiye dayalı santral kurması imkansız gibi görünmektedir, bu sebeple ihale mevzuatında ve yatırım planlarında yapılacak düzenlemelerle EÜAŞ ın yerli teknolojiyle yapılacak bir santral için rehber ve yatırımcı olması gerekir.

176 140 10) Enerji sektöründe makina ekipman üreten sanayilerin kümelenmesi teşvik edilmeli ve işbirliği ağlan geliştirilmelidir. 11) Bir sonraki adım, bu amaca yönelik Enerji ihtisas Organize Sanayi Bölgelerinin kurulması ve desteklenmesi olmalıdır. Kalkınma Bakanlığı bünyesinde oluşturulacak bir birim veya Enerji Ekipmanları Müsteşarlığı vb. bir organizasyonla kamu yol gösterici ve yönlendirici olmalıdır. 12) Enerji yatırımlarının izin ve lisans süreçlerinde kullanılan makina ve ekipman için, "offset şartı konularak belirli bir yerli katkı oranının şart koşulması ile, yerli enerji makina ve ekipman sanayiinin gelişimi desteklenmelidir. 13) Enerji konularında bilim ve teknoloji geliştirme altyapılarının güçlendirilmesi için kamusal ve özerk bir kuruluş olarak TÜBİTAK'ın enerjiyle ilgili enstitüleri Türkiye Enerji Bilimleri ve Teknolojileri Geliştirme Merkezi olarak yeniden yapılandırılmalıdır. 14) Enerji alanında doktora ve doktora sonrası programları ve yurtdışı merkezlerle ortak çalışma imkanları desteklenmeli. Kamu ve özel sektörün enerji alanındaki araştırmageliştirme (Ar-Ge) çalışmalarının çekicileştirilmesi ve eşgüdümü sağlanmalıdır. 15) Yerli teknolojilere/yerli yakıt kullanımı için üniversitelerde akademik/bilimsel araştırmalara daha çok destek verilmelidir. 16) Dünya Ticaret Örgütü ile yapılan ticaret anlaşması ve Avrupa Birliği ile yapılan Gümrük Birliği anlaşması sonucunda her türlü ürün hemen hemen hiç denetimsiz olarak ülkemize girmektedir. Yeterli piyasa denetimi yapılamadığı için şu anda ülkemiz Standart Dışı Ürünler in adeta bir cenneti olmuştur. Bu durumun süratle düzeltilmesi gerekmektedir. Çin ve Hindistan gibi ülkelerle rekabet edebilecek politikalar geliştirilmelidir. 17) Ucuz ve kalitesiz ürün girişi engellenmeli, ithal malzeme girişi denetimler altına alınmalı, kamu kurumlarına yapılacak alımlarda nitelikli yerli ürün kullanımı şartı getirilmelidir. 18) Yerli ürün katkı payı oranının hesaplanırken işçilik ve yatırım maliyetleri de bu oranlara dahil edilmelidir. 19) Yerli üretim yapan firmaların ürünlerinin uluslararası bilinirliğinin sağlanması için gerekli destekler verilmelidir. 20) Yerli üretime üretilen enerji tarifesi üzerinden teşvik verilmesi yerli imalat yapan firmalara doğrudan yarar sağlamayan bir uygulamadır. bunun yerine yerli imalat yapan firmaların doğrudan faydalanmalarını sağlayacak; finansal ve vergi teşvikleri, araştırma ve geliştirme destekleri, KDV ve gelir vergisi indirimleri, ihracat kredi yardımları.. vb. sağlanmalıdır. Bu tür yasal düzenlemeler yatırımcıyı rahatlatacak, üretim tesisi kurulumlarını arttıracak, artan tesis sayısı yan sanayilerini geliştirecektir.

177 141 ATIK TAN ÜRÜN E DEMİR ÇELİK CÜRUFU Aslan ÜNAL 1, Prof. Dr. Onuralp YÜCEL 2, Prof. Dr.Mustafa KURT 1, Serdar GÜL 1 1 Marmara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye 2 İstanbul Teknik Üniversitesi aslan.unal@marmara.edu.tr yucel@itu.edu.tr mkurt@marmara.edu.tr serdar.gul@yandex.com Özet Sanayileşmenin ayrılmaz bir parçası olan Atıklar ve Atık Kültürü 2000 li yıllardan sonra önemli değişiklikler göstermiştir. Günümüzde Atık Ürün e dönüştürülerek bir değer yaratılabilmektedir. Çalışmamızda, Avrupa nın 2. Büyük Çelik Üreticisi olan Ülkemizin Demir-Çelik Atığı Cüruf un Doğru ve Uygun Ürüne dönüştürülebilmesi için geçmiş irdelenerek İleri Teknolojinin sağlayacağı katkılar ile elde edilebilecek ekonomik, çevresel ve teknik yararların projeksiyonu yapılacaktır. Bu çerçevede ileri soğutma ve separasyon yöntemleri ve optimizasyon ile geliştirilebilecek daha donanımlı yeni uygulamalar tartışılacaktır. Abstract Waste and its applications has shown significant variations ever since 2000s. Nowadays, a value can be created by converting a Waste to a Product. In order for Steel Slag to be converted to a suitable and proper Product, by evaluating past and existing applications, economical, environmental as well as technical benefits will be projected in our study as of Turkey is 2. Biggest Steel Manufacturing country in Europe. In this manner, by means of advanced cooling and seperation methods and optimisation, new applications having most updated utilizations will be discussed. 1. Demir-Çeliğin Tarihsel Gelişimi 1800 lü yıllardan, sanayi devriminden itibaren Demir-Çelik, sürekli olarak sanayinin ve gelişmenin temel girdisi olarak her zaman gündemin ilk sıralarında olmuştur lerde Almanya-Fransa ittifakı ile Avrupa Kömür-Çelik Birliği kurulmuş, daha sonra bu birlik genişlemiş ve bugünkü Avrupa Birliğinin çekirdeği olmuştur. Yani bugünkü Avrupa Birliği nin temelinde doğrudan Çelik, dolaylı olarak da Kömür önemli aktörler olmuştur. Medeniyetin artan Enerji ihtiyacı ve bu ihtiyacın kıtalararası karşılanması, uluslararası enerji taşınması, daha büyük gemilerin tasarlanmasını gerektirmiş, büyüyen gemi kapasiteleri daha büyük ama daha hafif gemiler inşa edilmesi için Çelik sektörünün sürekli arayış içinde olmasını sağlamıştır. Bugün de bu itici güç ile Katı, Sıvı ve Gaz formlarında Enerji daha büyük fiziksel boyutlarda ama daha dayanıklı Çelik gemi veya borularla taşınmak istenmektedir. Ülkemizden geçecek olan Enerji boru hatları için daha hafif ama daha kuvvetli çelikler arayışları bu yüzdendir.

178 Dünyada Demir-Çelik Dünyada her yıl ton çelik üretilmektedir. Bu miktar, Global kriz dönemi hariç her yıl düzenli olarak artmış olup bu trendin sürmesi beklenmektedir. Bu üretimin yaklaşık yarısı Çin de gerçekleştirilmektedir. Yani Çin Dünya Çelik Üretiminin baş aktörü durumundadır ve bu rolünü sürdürecektir. Bu nedenle istatistikler Çin hariç-çin dahil olarak yayınlanmaktadır. Ülkelerin Demir-Çelik Üretimleri ve Toplam Üretimin yıllara göre değişimleri aşağıda gösterilmektedir. Tablo 1. Dünyada Demir Çelik Üretimi [1] 2013 Yılı Küresel Ham Çelik Üretimi (milyon ton) %13/12 1.Çin 702,0 731,0 785,9 7,5 2.Japonya 107,6 107,2 110,8 3,3 3.ABD 86,4 88,7 87,0-2,0 4.Hindistan 73,5 77,6 79,4 2,4 5.Rusya 68,9 70,4 69,4-1,5 6.Güney Kore 68,5 69,1 66,0-4,4 7.Almanya 44,3 42,7 42,6 0,0 8.Türkiye 34,1 35,9 34,7-3,4 9.Brezilya 35,2 34,5 34,2-1,0 10.Ukrayna 35,3 33,0 32,8-0,5 11.İtalya 28,7 27,3 24,1-11,7 12.Tayvan 20,2 20,7 22,3 8,0 13.Meksika 18,1 18,1 18,4 1,8 14.Fransa 15,8 15,6 15,7 0,5 15.İran 13,2 14,5 15,4 6,6 Tablo 2. Çin ve Dünya Demir-Çelik Üretiminin Birbirlerine Göre Karşılaştırılması[2]

179 Türkiye de Demir-Çelik Türkiye de Demir-Çelik Üretimi dünyadaki artıştan daha az olmamak üzere sürekli olarak artmış olup bugün yılda yaklaşık olarak seviyelerindedir ki bu miktar on yıl öncesinin 2 katıdır. Türkiyede Demir-Çelik Üretimi inin yıllara göre değişimi aşağıdadır Tablo 3: Yıllara Göre Türkiye nin Demir-Çelik Üretimi [3] Ülkemizde Demir-Çelik Üretimi başlıca 4 bölgede yoğunlaşmıştır. 1. Doğu Akdeniz Bölgesi (İskenderun ve Osmaniye) 2. Marmara Bölgesi 3. İzmir/Aliağa 4. Karadeniz Bölgesi 4. Demir-Çelik Üretimi Şekil 1. Türkiye Demir Çelik Haritası [4] En yaygın endüstriyel kullanıma sahip Metal olan Çelik, Tüm dünyada iki ana yolla elde edilmektedir: 1. Demir Cevheri nin (Genellikle Demir-Oksit) Enerji (Yüksek Kalorili Kömür) kullanılarak (Redükleme ile) Yüksek Fırın dan başlayarak Sıvı Çelik eldesi,

180 Kullanım ömürleri tamamlanmış Çelik içeren metal bileşiklerinin Elektrik Ark Ocağı nda eritilmesiyle Sıvı Çelik eldesi Dünya Çelik Üretiminin çoğu (2/3) Cevher/Yüksek Fırın teknolojisine dayalı yapılıyor olmasına rağmen ülkemizde bunun tam tersidir. Ülkemizde Çelik Üretimi Hurda/Elektrik Ark Ocağı teknolojisine dayalıdır. Ancak, gerek yeryüzünde mevcut Demir minerallerinin Demir tenörü dolayısıyla Cevher özelliklerinin nicelik ve nitelik yönünden azalması, gerekse üretilmiş çeliklerin Hurda geri-dönüşleri dolayısıyla hurda lehine artış gözönüne alınmalıdır. Son yıllardaki DRI/HBI üretim teknolojilerindeki ilerlemeler DRI/HBI gibi hammaddelerin hurdanın alternatifi olmasını sağlamıştır. Proses gereği Ark Ocaklı tesislerde verim % 90 civarındadır. Yani 100 birim hurdadan 90 birim Sıvı Çelik elde etmek mümkündür. Cevher işleyen Yüksek Fırınlı tesislerde bu oran % 50 civarındadır. Bu da, Çelik üretimi kaynaklı atığın daha fazla olması şeklinde karşımıza çıkar. 5. Çevresel Ögeler-Atıklar Demir-Çelik Üretim proseslerinden kaynaklanan sıvı, gaz ve katı (baca tozu, cüruf ve tufal) yan ürünlerin geri-dönüşümü konusunda ciddi çalışmalar vardır. Cüruf, metal içeren cevherlerin veya metallerin eritildiklerinde oluşan ve yoğunluk farkı nedeniyle yüzeyde biriken ve metalden daha hafif olan oksitler ve silikatlar kompleksi Yan Ürün e verilen isimdir. Fiziksel olarak siyaha yakın koyu gri renkte, tane şekli köşeli ve yüzeyi pürüzlü bir görünüme sahiptir. Tablo 4. Cürufun Kimyasal Kompozisyonu FeO %(20 40) Cr2O3 %( ) SiO2 %(15 20) TiO2 %( ) CaO %(5 10) P2O5 %( ) Al2O3 %(10 20) SO3 ESER MgO %(4 6) K2O ESER MnO %(4 6) Na2O ESER Gerek Yüksek Fırında, gerekse Ark Ocağında Demir Çelik üretimi sırasında büyük miktarlarda oluşan inert-tehlikesiz yan ürünlerdir. İnert Atık; Fiziksel, kimyasal veya biyolojik olarak önemli derecede herhangi bir değişime uğramayan, çözünmeyen, yanmayan, fiziksel veya kimyasal olarak reaksiyona girmeyen, biyolojik bozunmaya uğramayan veya temas ettiği maddeleri çevreye veya insan hayatına zarar verecek şekilde etkilemeyen ve toplam sızıntı kabiliyeti ve ekotoksisitesi önemsiz miktarda olan, özellikle yüzeysel su ve yeraltı suyu kirliliği tehlikesi yaratmayan atıklardır. Tehlikesiz Atıklar ise Tehlikeli atık tanımına girmeyen atıklardır. Ülkemizde Demir-Çelik Sanayisinin son yıllarda gelişen ve artan ivme ile ülke ekonomisine olumlu etkisine paralel olarak Cürufun da Atık olarak değil yan ürün olarak değerlendirilebilme bilincinin de bu çerçevede arttığı gözlenmektedir. Endüstride Cürufların başlıca kullanım alanları şöyledir: Dolgu Malzemesi olarak: Dünyada Çelikhane cüruflarının değerlendirilmesine yönelik birçok bilimsel araştırmalar yapılmış, bu malzemenin özellikle kara ve demir yollarında temel stabilizasyonunda temel ve temel-altı malzemesi ya da balast malzemesi olarak, buzlanmada kaymayı önleyici kum olarak ve deniz dolgularında güvenle kullanılabileceği

181 145 kanıtlanmıştır. Amerik Birleşik Devletleri nde tarım arazilerinin ıslahında da kullanıldığı bilinmektedir. Çimento ve beton üretiminde: Giderek artan bir oranda cüruf Agrega olarak kullanılmaktadır. Su emme özelliğinin düşük olması nedeniyle özellikle meteorolojik şartların zor olduğu coğrafyalarda yararlı olmaktadır. Çimento üretiminde Demir Oksit içeriği nedeniyle Demir Cevheri ikamesi olarak kullanılmaktadır. Asfalt yol yapımında: Bir yol yapı malzemesi olarak cüruflar yeniden ekonomiye kazandırılmakta, bu şekilde doğanın tahrip edilmesinin önüne geçilmektedir. Çelikhane cürufu çok yoğun, sert ve dayanımı yüksek bir malzeme olduğundan üstün özellikler içermekte ve başarılı sonuçlar alınmaktadır. EAF curufu ve doğal agreganın fiziksel özellikleri birbirine çok benzemektedir. Tablo 5 de EAF curufu ve doğal agreganın fiziksel özellikleri karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Tablo 5. EAF Cürufu ve Doğal Agrega Fiziksel Karşılaştırması [5] Özellikler EAF Cüruf Agregası Doğal Agrega Los Angeles Aşınma Katsayısı 13, Aşınma Direnci (Mikro Leval) 8,0 8,0 11,0 Dona Dayanıklılık Süreci (Mg2SO4, 1, %ağırlıkça) Dona Dayanıklılık Süreci(Donma ve 0, buz çözülmesi % ağırlıkça) Cilalı Taş Değeri 70,0 32,0 Tane Gradasyonu (% ağırlıkça) 0,5 0,5 Su Absorpsiyonu (% ağırlıkça) >1 <1 Yığın Yoğunluğu (mg/m3) 3,4 2,8 Hacim Stabilitesi (%V/V) 2,9 Tersanelerde aşındırıcı RASPA malzemesi olarak: 0,4-1,8 mm parça iriliğinde cüruf tanecikleri özellikle tersanelerde gemi yapımında boya öncesi yüzey hazırlama işlemlerinde grit olarak kullanılmaktadır. İleri ülkelerde kum kullanılarak kumlama yapılması bu işlerde çalışanlarda ciddi sağlık sorunlarına yol açtığından ekonomik ürün arayışına giden gemi yapım kuruluşları tersanelerinde grit kullanarak hem daha ucuz hem daha başarılı sonuçlar alabilen cüruf gritini kullanmaktadır. Yeraltı boru hatlarında yatak malzemesi olarak: 0-0,8 mm parça iriliğinde cüruf kumu, yeraltı boru hatlarının döşenmesinde yatak malzemesi olarak kullanılmakta ve boruyu koruyucu görev yapmaktadır. 6. Cüruf İşleme Kaynağını yaklaşık C de terkeden ve içinde önemli miktarda metalik Demir bulunduran Sıvı Cüruf farklı yöntemlerle bertaraf edilmektedir. Kuruluşlarımızın önemli bir bölümünde Cüruf İşleme Tesisleri bulunmaktadır. Soğutulmuş Cüruf bu tesislerde Kırma-Eleme ve Magnetik Seperasyona tabi tutulmaktadır. Tesislerde primer ve sekonder kırma işlemleri yapılmakta, Çeneli ve Konik Kırıcılar kullanılmaktadır.

182 146 Şekil 2. Cüruf Akım Şeması Kırıcılar genellikle Madencilik endüstrisi için ve homojen yapıdaki mineraller için tasarlanmış olduğundan bu sıradışı malzeme için yetersiz kalabilmektedir. Bu konuda çalışmalar sonucu yeni nesil alternatif kırıcılar geliştirilmiştir. Bunlar dayanıklı astar ve çekiçlere sahip Darbeli Kırıcılardır. Şekil 3. Çeneli Kırıcı ve Konik Kırıcı Diğer yandan işlem gören tanelerin tamamının Çelik ya da tamamının Cüruf olması durumu dışında da gerek demir içeriğindeği farklılıklar, gerekse fiziksel ölçülerinde 10 katı bulan boyut farkları önemli oranda görülmekte olduğundan kaynağa yakınlık ve uzaklığı nedeniyle Magnetik Ayrıştırmadan tam verim alınamamaktadır. Ayrıca 1 mm altı tozlar cüruf dahi olsa elektrostatik yük nedeniyle magnetik özellik gösterebilmektedir. Soğutmada kullanılan suyun ek yapışma katkısı ile Magnetik Ayrıştırma verimi ciddi oranda azalmaktadır.

183 147 Şekil 4. Çelik Taneler İçeren Cüruf Şekil 5. Çelik Taneler İçeren Cüruf [6] 7. Optimizasyon Endüstriyel sorunların çözümünde matematiksel modelleme ve optimizasyon yani en iyiyi bulma her zaman yol gösterici olmuş, bu çözümleri uygulamaya koyma olanağı vermiştir. Süregelen bir işin yapılış biçimi o işin doğru yapıldığı anlamına gelmez. Optimizasyon teknikleri sürekli en iyi tasarımı arar. Bu, amaç fonksiyonlarının doğru tanımlanmasına bağlıdır. Yapılan çalışmalarda sıvı cürufun hızlı soğutulmasıyla daha verimli agrega ürünlerinin elde edildiği tespit edilmiştir. Yukarıda bahsedilen ileri mühendislik uygulamaları ile mevcut duruma göre daha efektif sonuçlar elde edileceği düşünülmektedir. Bu nedenle öncelikle gereksinim duyulan ve üzerinde çalışılan malzemenin tanınması evresinde ciddi mesafeler kaydedilmiştir. EAF cüruflarının kimyasal açıdan bileşimleri, çok bileşenli kalsiyum magnezyum silikat esaslıdır. Cüruf bileşiminde bulunan kimyasal yapılar ve bunların mineral benzerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Tablo 6. EAF Cüruf Bileşiminde Bulunan Kimyasal Yapılar ve Bunların Mineral Benzerleri Kimyasal Formül İsim Doğal Benzeri Ergime Sıcaklığı o C FeO Vüstit Demiroksit 1400 MgO Periklas Magneziya 2800 CaO Kireç Kalsiya 2570

184 148 2CaO.SiO2 Belit Dikalsiyumsilikat CaO.Fe2O3 Dikalsiyum ferrit Kalsiyum ferrit CaO.SiO2 Alit Trikalsiyumsilikat 1900 Sonuç Geçmiş yıllar irdelenirse Mühendislik Eğitimine ait eski bileşenlerin önemli bir kısmının bugün var olmadığı, bugün olanların çoğunun ise yeni olduğu görülmektedir. Bu dönüşüm yeni makina, yeni ekipman, kısacası yeni sistemler olarak karşımıza çıkmaktadır. Aynı şekilde Çevresel uygulamalarda da Sürdürülebilirlik adına artan yenilik ve iyileşmeler günümüzün en önemli konusu haline gelmiştir yılında yapılan bir araştırmada İngiltere de Toplam Agrega kullanımının içinde Geri Dönüşüm Agregası kullanım oranı % 23 olduğu belirtilmiştir. Kullanılan her doğal agrega için hem Doğa tahrip edilmekte hem de gereksiz enerji kullanılmaktadır. Aynı zamanda ihmal edilemeyecek düzeyde metal kayıplarının önüne geçip bunu ekonomiye kazandırmayı sağlamak üzere Üniversite Sanayi işbirliği argümanını bir bütünsel disiplin içinde kullanmak suretiyle günün dinamiklerine uygun yeni sistemler kullanılması zorunludur. Tanı-Tanıt-Dönüştür- Değerlendir (TTDD) şeklinde özetlenebilecek bir yaklaşımla Ülkemizin önemli ve canlı bir sektörü olan Demir Çelik sektörünün önemsiz gibi görünen atığı Cürufun ekonomiye kazandırılması yönünde başlamış çalışmaların sistemli olarak günlük endüstriyel kullanıma uygun aktarılması için yeni teknolojileri içeren Soğutma ve Ayırma Sistemleri geliştirilmelidir. Teşekkür Çalışmalar sırasında değerli bilgilerini paylaşarak desteklerini esirgemeyen, Prof. Dr. Arif GÜLLÜOĞLU - Marmara Üniversitesi Prof. Dr. Kelami ŞEŞEN - İstanbul Teknik Üniversitesi Prof. Dr. Recep ARTIR - Marmara Üniversitesi Prof. Dr. Mustafa ÖKSÜZ - Marmara Üniversitesi Doç. Dr. Bora DERİN - İstanbul Teknik Üniversitesi Dr. Fatih YONAR - İstanbul teknik Üniversitesi ve Çolakoğlu Metalurji çalışanlarına teşekkür ederim. Kaynaklar [1][2][3] Statistics of Crude Steel Production. World Steel Association [4] TÇÜD - Türkiye Demir Çelik Üreticileri Derneği [5] Yıldızçelik, A.E., Ünal, A., Yücel, O., EAF Cürufunun Agrega olarak Kullanılması, EFRS, İzmir, 2014 [6] Öztürk, M., Cüruftan Demir Çelik Üretimi, TBMM Çevre Komisyonu, Ankara [7] An analysis of trend in aggregates markets since 1990 and the effects of the landfill tax and aggregates levy, BDS Marketing&Research LTD, İngiltere, 2005

185 149 YARI İLETKEN KUANTUM AYGITLARI BANT ARALIĞI MÜHENDİSLİĞİNİN TEMELLERİ M. Çetin ARIKAN İstanbul Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü Nano ve Opto-Elektronik Araştırma Laboratuvarı Bilgi çağı olarak adlandığımız çağımıza adını veren bilimsel ve teknolojik gelişmelerin temeli yarıiletken aygıtlara dayanmaktadır yılında transistörün keşfinden beri, yarıiletken aygıtlarda en dikkat çekici noktalardan biri boyutlardaki küçülmedir (Minyatürleşme). Günlük yaşantımızda kullandığımız her türlü elektronik cihazda bunu görebiliriz. Minyatürleşmenin temelinde ise, bilim ve teknolojinin 3 alanındaki gelişmeler önemli rol oynamaktadır: 1- Kristal büyütme yöntemlerindeki gelişmeler (Malzeme büyütme), 2-Litografik tekniklerdeki gelişmeler (Şekillendirme), 3-Mikroskopideki gelişmeler (Görebilme). Bu alanların gelişmesinde fizikçiler en etkin rolü oynamışlar ve halen de oynamaktadırlar. Bunun nedeni, minyatürleşmeninin, makro dünyadan mikro/nano dünyaya doğru gidişin göstergesi olmasıdır. Küçülmeye devam eden elektronik ve optoelektronik aygıtların çalışma prensipleri kuantum fiziğine dayanmaktadır. Bütün bu gelişmeler, kuantum mekaniğine dayanan yarıiletken aygıtlarının tasarım ve fabrikasyonlarında yepyeni ufuklar açmış ve açmaya devam etmektedirler. Bu konuşmada, minyatürleşmeye yol açan alanlardaki gelişmelere değinilecek ve yarıiletken kuantum aygıtlarının temel prensipleri özetlenecektir. Kuantum aygıtlarının uygulama alanlarındaki önemini vurgulamak için, III-V gurubu elemenlerin oluşturduğu bazı tipik yarıiletken hetero-eklemli kuantum aygıtları tanıtılacak ve uygulama alanlarına örnekler verilecektir.

186 150 DEFORMATION OF SUPER ALLOYS AT ELEVATED TEMPERATURES M. Oktay ALNIAK Bahçeşehir University, Industrial Engineering Dept., İstanbul, 1. INTRODUCTION Modeling of deformation mechanisms of engineering materials can be expressed by constitutive equations. These are useful for calculation and estimation of strength of material subjected to hot or cold deformation or extrusion operations. Some factors affecting materials yield stress could be grouped as direct or indirect. While direct factors are said to be as deformation, deformation rate, and temperature; indirect factors may be chemical and metallurgical composition of the material, grain size, and history of the material. Modeling of deformation mechanisms of engineering materials can be expressed by constitutive equations. 2. EXPERIMENTAL STUDY Behaviour of Rene 95 at elevated temperatures, at constant strain rates: A theoretical formulation was investigated considering some parameters affecting stress and strain relations such as deformation rate, absolute temperature, activation energy, grain size, for super alloys, Rene 95. After consolidation of material at hot isostatic pressure, tests were carried out at elevated temperatures such as C, C. The changes in microstructure induced by plastic deformation in hot isostatically pressed (HIPed) P/M Rene 95 under isothermal conditions are discussed. Results of the constant true strain rate compression tests are presented for initially fine (7 µm) and coarse (50 µm)grained compacts deformed at temperatures of 1050 C, 1075 C and 1100 C and at strain rates in the range from 10 4 s 1 to 1s 1. Under these test conditions, both the fine and coarse-grained compacts recrystallize and their grain size are refined during flow. This grain refinement gives rise to softening in both materials. Stress-Strain relations of Rene 95 at constant strain rates:

187 151 Figure 9: Constant true strain rate flow curves for the as-hipped P/M Rene 95 compacts showing the effect of applied strain rate at the three test temperatures examined in this work. Change of strain rate sensitivity factor due to elevated temperatures: Figure 10: Variation in the peak flow strength of the hipped P/M Rene 95 fine grained compacts as a function of strain rate (log log plot).

188 152 Figure 11: Variation in flow stress of the P/M Rene 95 compacts at a strain of 1.2 as a function of strain rate at the three test temperatures. True stress- true strain relationship at elevated temperatures: Figure 12: Constant true strain rate flow curves for the as-hipped P/M Rene 95 compacts showing the effect of test temperature on the flow behavior at identical strain rates

189 153 Microstructural changes due to elevated temperatures and at different strain rates: Figure 13: Effect of forging temperature and strain rate on the microstructure of the as-hipped fine-grained P/M Rene 95 compacts after a true strain of 1.2 corresponding to a 70% reduction in height of the compression test piece. The microstructures of undeformed specimens soaked for 20 min at the three test temperatures are also shown for compression 4. EQUATION S FOR DEFORMATION MECHANISMS OF POWDER METALLURGY The idea of developing new models depending on these parameters had been constituted basic of this research for modeling of powder metallurgy super alloys. In modeling of super alloys that was obtained by constant pressure and temperature at the same deformation. To obtain of the constitutive equations, ıt can be faced complex situations because of fine grain size of this materials, microstructure of material change during the deformation, effects of the diffusional flow which is occurred in high temperature and deformation rate. Deformation mechanisms of grains can be reviewed for this kind of study. One of the deformation mechanisms is motion of dislocation glide. The component in Eq.1 can be represented by a dislocation glide/climb controlled creep equation like the following form. [Alniak and others, 1988] mdg D b A V ( kt 0 ) 4 Another deformation mechanism may be originated from grain boundary slide. Grain boundaries slides are important for the super alloys. Grain boundary sliding mechanism in (1)

190 154 a rather low deformation rate as a factor contribute to the deformation also GITTUS model is used to modeling of super alloys deformation. D b b 53.4 ( ) kt ( B 2 i 2 gbs / G ) The deformation models that defines fine grained super alloys (between 2 and 9 micron) deformation mechanism at related deformation rates were offered in this study. There may be three different deformation mechanisms at these deformation rates: (10 (10 ( S S S ~10 ~10 ~ S S S ) ) ) gbs mdg gbs mdg At 1050 C, at a wide deformation strain rates between 10-4 S -1 and 10 0 S -1 the constitution equation of Rene 95 could be written as below: DB 53,4 kt b ( ) 2 i ( ) 2 DB A' kt 0 ( ) 4 (2) (3) (4) This constitutive equation give appropriate results for P/M 713 LC and RENE 95 super alloys. Also in this work, material parameters had been used by modified and results of test have ensured accuracy of theoretic formulation. [Immarigeon and others,1989] In a research carried in constant deformation rate at C high temperature; diffusion mechanism might be considered as a factor of deformation such as dislocation movements and mechanism of grain boundary slides. Namely, diffusional flow contributes deformation mechanisms. The constitutive equation of Rene 95 is then written as follows between 10-4 S -1 and 10 0 S - 1 at C. mdg gbs/ G gbs (5) Regarding Ashby s and Veral's work, / AV general constitutive equation is expressed as in the following manner. This proposal was made as the first time and may be accepted as the constitutive equation of RENE 95. This equation is based on material parameters and used atomistic models. This equation has been obtained from three different deformation mechanism s super position. The theoretical results obtained from the constitutive equation has confirmed by the experimental data. [Alnıak, 1990] 5. CONCLUSIONS DB b 2 i 2 DB ,4 ( ) ( ) A' ( ) ( ) D 2 kt kt kt 3.3 D (1 D RENE 95 alloys were tested in high temperature experiments like C and C after they were consolidated in constant pressure. The new two models were offered using V B V ) (6)

191 155 the stress, deformation, deformation rate relationships. Modified material parameters according to test temperatures are the following. This paper expresses whole evaluation of Rene 95 super alloy plastic deformation at elevated temperatures considering both experimental results, and satisfied models for elevated temperatures depending upon material and test parameters. This is also one of the early studies on the subject. ε true strain, In(h/h0) where h0 is initial specimen height true strain rate strain rate in soft regions of model material R strain rate in hard regions of model material S F volume fraction of soft recrystallized material σ flow stress σp peak flow strength σss steady state flow strength σ0 back stress due to intragranular σi internal stress due to grain boundary ledges m strain rate sensivity of flow strength P grain size sensivity of flow strength Q activation energy R gas constant T absolute temperature in K C(S, ) structure and strain rate dependent time constant t Time n time exponent A, A experimentally established material constants gbs rate equation for grain boundary sliding gbs/av ibid (Ashby and Verall mechanism) gbs/g ibid (Gittus mechanism) rate equation for intragranular flow by dislocation creep (motion of dislocation within grains) DV volume diffusion coefficient DB grain boundary on interphase boundary diffusion coefficient Г grain boundary energy b Burgers vector µ shear modulus k Boltzmann s Constant λ initial grain size d as-worked steady state grain size number of steady state grain layers in partially recrystallized spherical grain N model mdg Table 1: Symbols Symbol Parameter Value A Power law creep constant a A (1323K) Power law creep constant at 1323 K 4.7 x 10 3 A (1373K) Power law creep constant at 1373 K 9.3 x 10 3

192 156 B (m) Burgers vector 1.7 x K (MN m/k) Boltzmann s constant 1.38 x µ (MN/m 2 ) Shear modulus b µ (1323 K)(MN/m 2 ) Shear modulus at 1323 K 5.0 x 10 4 µ (1373 K)(MN/m 2 ) Shear modulus at 1373 K 3.5 x 10 4 Dv (m 2 /s) Volume diffusion coefficient c Dv (1323 K)(m 2 /s) Volume diffusion coefficient at 1323 K 1.1 x Dv (1373 K)(m 2 /s) Volume diffusion coefficient at 1373 K 3.2 x σi(mn/m 2 ) Back stress due to grain boundary ledges <1 [19] DB (m 2 /s) Boundary diffusion coeff d DB (1323) (m 2 /s) Boundary diffusion coefficient at 1323 K 2.1 x DB (1373) (m 2 /s) Boundary diffusion coefficient at 1373 K 3.6 x Ω (m 3 ) Atomic volume 1.1 x δ (M) Boundary thickness ~ 2b 3.0 x Г (J/m 2 ) Boundary energy 0.1 R (J/mol/K) Gas constant QV (kj/mol/k) Activation energy for volume diffusion 318 QB (kj/mol/k) Activation energy for boundary diffusion 159 Table 2: Calculated And Modified Values Of Parameters And Constants 6. ACKNOWLEDGMENTS Research experiments have been done at National Research Council (NRC), National Aeronautical Establishment (NAE) in Canada by M. Oktay ALNIAK and this research was supported by Turkish Armed Forces. M.O. ALNIAK thanks to Turkish Armed Forces and Canada Government for their support of this project. Also thanks to Jean Pierre Immarigeon who made scientific contributions for this work. I particularly thank to Prof. Bilgin KAFTANOĞLU who paid valuable contribution to the initiative phases of this job. 7. REFERENCES [1] ALNIAK, O., MORPHY, D.D., TERADA, T., KOUL, A.K., IMMARIGEON, J.P., "Laboratory Technical Report LTR-ST-1637", National Research Council, Canada, Eylül 1988 [2] IMMARIGEON, J.P.,KOUL,A.K., ALNIAK, O., MORPHY, D., TERADA, T., "Constitutive Relation For The Modelling of Flow Behaviour of P/M Rene 95 Under Isothermal Forging Conditions" NRC, NAE, Canada, 1989 [3] ALNIAK, O. "Constitutive Equations of Plastic and Super Plastic Materials Behavior, The deformation of P / M super - alloys at elevated temperatures and microstructure changes modeling Phd Thesis, Gazi University, 1990, Ankara [4] NING, Y.Q. Structural-gradient-materials produced by gradient temperature heat treatment for dualproperty turbine disc/ Alloys and Compounds Manuscript Draft, School of Materials Science and Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi an , P.R. China, 2013 [5] ZHANG, M.J. et al. School of Materials Science and Engineering/ Materials Science & Engineering A Manuscript Draft Northwestern Polytechnical University, Xi an , P.R. China, 2013

193 157 BİLİMSEL FAALİYET YÖNETİM YAZILIMI Dr. Çetin KARAKAYA Ahir Ar-Ge Danışmanlık San. ve Tic. A.Ş. Sakarya Üniversitesi Teknoloji Geliştirme Bölgeleri Esentepe Kampüsü A Blok No:119 Serdivan Sakarya Tel: Fax: ckarakaya@ahir.com.tr Web: Özet Bilginin, çeşitli kanallar aracılığıyla doğrudan muhatabına ulaştığı bir çağdayız. Yalnızca bilgiye de değil, bunun yanında kişilere, mekanlara erişimimiz de günümüz tabiriyle bir tık uzağımızdadır. Hal böyle olunca birleştikçe büyüyen, paylaştıkça çoğalan bilginin çeşitli platformlarda bir araya gelmesi kaçınılmaz olmaktadır. Ancak, her birliktelik kusursuz bir organizasyonu da şart koşmaktadır. Aksi takdirde, işler biraz karmaşık hale gelebilmektedir. Bilimsel Faaliyet Yönetimi Yazılımı da bu bir araya gelmelerden doğmuştur. Bütünleşik bir faaliyet organizasyonunu, dinamik yapısı ile tüm aşamalarını tek tek ele alıp, hepsini kusursuzlaştırmak üzerine kurgulanmıştır. Projemiz, ulusal ve uluslararası olarak yılda yaklaşık 1.000' in üzerinde düzenlenen kongre, sempozyum ve çalıştayların yönetimi, Türkiye genelinde şu an için sayısı 58 olan ve sürekli artmakta olan Teknoloji Transfer Ofisi yönetimi ve yenilikçi fikirlerin değerlendirilip ödüllendirildiği ulusal ve uluslararası çapta düzenlenen Ar-Ge Proje Pazarları için tasarlanmış yenilikçi ve dinamik bir yazılımdır. Anahtar Sözcükler: etkinlik yönetimi, kongre/sempozyum otomasyonu, etkinlik yönetim yazılımı, yazılım, event management software, teknoloji transfer ofisi yazılımı, TTO yönetim yazılımı, 1. Giriş Yapılan araştırmalarda henüz tam anlamıyla bir otomasyon şeklinde bahse konu organizasyon ve faaliyetlerin tüm süreçlerinin yönetiminin yapıldığı bir paket programa rastlanmamıştır. Bu çalışma kapsamında dünyada ilk kez Kongre/Sempozyum/Çalıştay, TTO, Ar-Ge Proje Pazarı Yürütme Kurulları, Organizatörler ve Katılımcılar arasında köprü olabilecek bir otomasyon yazılımı geliştirilmiştir. Yazılım dinamik bir içeriğe sahip olduğundan bilimsel faaliyet tabanlı her türlü organizasyon ve etkinliğe uygulanabilmektedir. Amacımız, tüm organizasyon süreçlerinin tek bir merkezden yönetilmesi, veri akışının hızlı bir şekilde sağlanmasıdır. Yazılım organizasyonların tüm özelliklerine cevap verebilecek nitelikte geliştirilmiştir. Bir organizasyonun aşamalarını sıralayacak olursak; 1- Makale/Bildiri/Proje özet-tam metin başvurusu, 2- Değerlendirmeye gidecek-gitmeyecek çalışmalarının ayrıştırılması, revizyon istenmesi 3- Makaleler/Projelerin değerlendirme kriterlerine göre hakemler tarafından online olarak değerlendirilmesi, 4- Online sistem üzerinden katılımcıların konaklama, seyahat teyitlerinin, transfer bilgilerinin ve gider belgelerinin toplanması,

194 Makalelerin/ projelerin son durumu hakkında başvuranın sahibinin online bilgilendirilmesi, 6- Sergilenecek posterin hazırlanması, 7- Sempozyum/kongre kitabının hazırlanması, 8- Makale/sempozyum ve kullanıcı bilgilerinin sistemde tutulması ve tüm değişikliklerin istendiğinde kullanıcı tarafından gerçekleştirilebilmesi, 9- Anlık istatistiklerin alınması, 10- Katılımcılar ile sürekli iletişim ( ve SMS aracılığı ile), 11- Anket yapılması 12- Etkinlik günü kayıt masasında katıldı/katılmadı şeklinde hızlı kayıt yapılması 2. Yazılım İçeriği Yazılım, yukarıda açıklanan tüm adımların, online ve hızlı bir şekilde tek ekrandan kontrolünü sağlamaktadır. Tüm verileri tek bir havuzda toplamaktadır. Böylece görüntülenmek istenen her bilgiye saniyeler içerisinde erişim sağlanabilir. Otomasyon etkinliğe ait web sitesi ve sosyal medya hesapları ile entegre çalışmaktadır. Web sitesi içeriği (sayfa ekleme, içerik düzenleme v.b.) ve sosyal medya mesajları (facebook, twitdter v.b.) aynı arayüzden düzenlenebilmektedir. Ayrıca SMS ile bilgilendirme özelliği de bu arayüzdedir. Şekil 1 de kontrol paneli giriş ekranı görülmektedir. Etkinliğin tanımlandığı dillerde giriş ekranından dil seçimi yapılabilmektedir. Şekil 1 : Kontrol paneli giriş ekranı

195 159 Şekil 2: Kontrol paneli arayüz ve menülerin genel görünümü Şekil 2 de kontrol paneli arayüzü ve tüm menülerin genel görünümleri verilmiştir. Giriş ekranı olan bu kısımda hızlıca sosyal medya bağlantısı üzerinden Twitter ve Facebook a mesaj atılabilir, sağ üst köşede yer alan sayaçtan hesabınızda kalan SMS miktarını görebilir, etkinliğin tanımlandığı farklı dil seçeneklerinden birini seçebilirsiniz. Ayrıca hızlı erişim anlamında tüm kategorileri kapsayan yardım konularına erişebilirsiniz. Şekil 3 te etkinlik menüsü içeriği görünmektedir. Etkinlik menüsü altında etkinliği düzenleyen kurum/kuruluş bilgilerini tanımlayabilir, etkinlik ile ilgili önemli bilgileri girebilirsiniz. Bu menü içerisinde irtibat numaraları, adres, etkinlik yeri, etkinlik tarihi, son başvuru tarihi gibi önemli bilgiler yer almaktadır. Şekil 3: Etkinlik menüsü Şekil 4: İçerik yönetim menüsü Şekil 4 te içerik yönetim menüsü görülmektedir. Bu menü aracılığı ile yazılıma entegre edilmiş etkinlik web sitesinin içeriği yönetilmektedir. Yazılım içerisinde onlarca hazır web siteleri bulunmaktadır. Bu arayüz vasıtası ile yeni blog yazıları yazabilir, var olanları değiştirebilir, yorumları inceleyebilir, web sitesinde yer alan görselleri değiştirebilir, ekleyebilir, web sitesinin sayfalarında yer alan içerikleri değiştirebilir veya yeni sayfalar ekleyebilirsiniz. Mevcut web siteleri de yazılıma entegre edilebilmektedir. Organizasyonların ilerleme süreçlerinde önemli bilgi paylaşımı veya hatırlatmalar için web sitesinin güncel tutulması büyük önem arz etmektedir. Yazılım ile web sitesinin entegre olması, biraz sonra değineceğimiz otomatik hatırlatmaların ve bilgilerin web sitesinde anlık yayınlanması sistemin dinamikliğini göstermektedir.

196 160 Şekil 5: Dinamik Başvuru Formu Şekil 5 te dinamik başvuru formu menüsü görülmektedir. Bu menü ile birden fazla online başvuru formu oluşturabilirsiniz. Sürükle-bırak mantığı ile form içerisinde yer alacak bilgileri seçebilir, veri girişi yapılacak alanlara alt ve üst limitler tanımlayabilirsiniz. Ayrıca veri girişinin zorunlu olup olmadığını da belirleyebilirsiniz. Tüm dünya şehirlerinin ve üniversitelerinin veritabanında bulunması kullanıcılara kayıt esnasında kolaylık sağlamaktadır. Form tasarımı tamamen etkinlik yürütücülerinin belirleyeceği, dinamik bir yapıya sahiptir. Veri giriş hücrelerinin vasıfları da (sadece rakam, metin, çoktan seçmeli sorular, v.b.) seçilebilmektedir. Şekil 6: Dinamik başvuru formu oluşturma Şekil 6 da dinamik bir başvuru formunda yer alabilecek tüm veri giriş alternatifleri görülmektedir. Tüm değerlerin ayarlanabilir olması, formların istenildiği şekilde oluşturulabilmesine olanak sağlamaktadır.

197 161 Şekil 7 de yazılımda oluşturulmuş bir başvuru formunun web sitesindeki kullanıcı arayüzündeki görünümü verilmiştir. Başvuru formunda seçilen başlıklar, soruların sıralaması ve içerik sınırlamalarına göre kullanıcıdan bu bilgiler kolayca alınmaktadır. Şekil 7: Dinamik başvuru formu kullanıcı arayüz örneği Şekil 8: Filtreleme menüsü Şekil 8 de filtreleme menüsü görülmektedir. Dinamik başvuru formunda seçilen her bir kritere göre birden çok filtre tanımlayabilir ve görmek istediğiniz başvuruları bu kriterlere göre filtreleyebilirsiniz. Yalnızca tek bir özellik seçebileceğiniz gibi ve/veya şartlarını kullanarak birbirine bağlı birden çok özellikte ekleyebilirsiniz.

198 162 Şekil 9: Başvuru değerlendirme menüsü Şekil 9 da gelen başvuruların değerlendirildiği menü görülmektedir. Bu menü aracılığı ile başvuruların değerlendirileceği testler tanımlanabilmektedir. Birden çok başvuru formu olması durumunda birden çok test tanımlanabilmektedir. Bir sefere mahsus hangi tür başvuru formu için hangi tür testin uygulanacağı ilişkilendirilmektedir. Ayrıca bu menü altında değerlendirme yapacak hakemler tanımlanmakta ve atamaları gerçekleştirilmektedir. Başvuru değerlendirme durumu anlık izlenebilmektedir. Bu da belirli süre içerisinde değerlendirilmesi gereken başvuruların izlenebilmesi açısından büyük avantaj sağlamaktadır. Değerlendirmeler sonucunda verilen puanlara göre başvurular sıralanabilmektedir. Bir başvuru birden çok hakeme gönderilebilmektedir. Bu gibi durumlarda objektif değerlendirme yapabilmek adına sisteme sapma değeri girilebilmektedir. Hakemler arasında belirlenen bu sapma değerinden daha büyük bir fark var ise sistem uyarı vermektedir. Bu gibi durumda, başvuru yeni bir hakeme daha gönderilebilmektedir. Gelen yeni sonuca yakın hakemlerin ortalamaları başvurunun başarı sırasını belirlemektedir. Bildirimler bölümünden ise hakem listesini görebilir, değerlendirme durumlarına göre seçilen hakemlere sistem üzerinden SMS gönderilebilmektedir.

199 163 Şekil 10: Başvuru değerlendirme kriterleri belirleme ekranı Şekil 10 da başvuruların değerlendirileceği kriterlerin belirlendiği test tanımlama ekranı görülmektedir. Bu ekran da tüm sistem gibi tamamen dinamik olarak tanımlanmıştır. İstenilen sayıda soru eklenebilmekte ve istenildiğinde revize edilebilmektedir. Ayrıca burada soruların önem derecesine göre ağırlık katsayıları da tanımlanabilmektedir. Burada tanımlanan testler atama yapılan hakemlerin ekranlarında basit bir arayüzde görünmektedir. Proje bilgilerine de ulaşılabilen bu hakem değerlendirme ekranında 1 den 5 e kadar puan verilerek başvurular değerlendirilmektedir. Hakemin görebileceği alanlar moderatör tarafından seçilebilmektedir. Başvuruların hakemlere gönderilmesinde özellikle başvuru sahibinin isim ve kurumu gibi önemli bilgilerin gizlenmesi tavsiye edilmektedir. Şekil 11: Sapma değeri giriş ve sapma izleme ekranı Şekil 11 de kabul edilebilir sapma değeri girişi yapılabilmekte ve bu değere göre sapmaları izleyebileceğiniz ekran görülmektedir. Sapma değerini anlık değiştirdiğinizde değerlendirmelerin içerisindeki tüm hesaplamalar birkaç saniyede güncellenmekte ve yeni kabul edilebilir sapma değerine göre sapmaya uğramış başvuruları görebilirsiniz.

200 164 Şekil 12: Hakem durumu izleme ve SMS ile bilgilendirme Şekil 12 de hakemlerin projeleri değerlendirme durumları izlenebilmekte ve seçilen kişilere sistem üzerinden kolay bir şekilde SMS gönderilebilmektedir. Böylece zamanın verimli kullanılması ve sürecin kontrol altına alınması sağlanmıştır. Şekil 13: Değerlendirme durumu izleme ekranı Şekil 13 te tüm değerlendirmelere ait anlık durum izlemesi gerçekleştirilebilmektedir. Buradaki gözlenen duruma göre hakemlere hatırlatma yapılabilmekte veya görevlendirmelerde değişiklikler yapılabilmektedir.

201 165 Şekil 15: Toplu SMS menüsü Şekil 15 te toplu SMS gönderme ve SMS rapor menüsü görülmektedir. Böylece hangi kullanıcıya hangi tarihte SMS gönderildiği, bu SMS in ulaşıp ulaşmadığı izlenebilmektedir. Bu bölümden sisteme kaydolmuş tüm üyelere ve istenirse yalnızca başvuru sahiplerine birkaç saniye içerisinde binlerce SMS gönderilebilmektedir. Şekil 16: Tüm kullanıcılara gönderilecek SMS ekranı Şekil 16 da tüm kullanıcılara gönderilecek SMS ekranı görülmektedir. SMS içeriği yazılarak gönder butonuna basılması yeterlidir.

202 166 Şekil 17: E-Kitap menüsü Şekil 17 de E-kitap menüsü görülmektedir. Başvuru formunda bulunan ve e-kitapta yer alması istenen alanlar şablon olarak seçilmek suretiyle birkaç dakika içerisinde etkinlik e- kitabı oluşturulmaktadır. Şekil 18 de ayarlar menüsü görülmektedir. Bu menü altında sosyal medya hesabı ilişkilendirmesi ve otomatik bildirimler belirlemektedir. Bu bildirimler moderatörlere, kurullara, proje sahiplerine, otomatik olarak web sitesine veya sosyal medya hesabına yapılabilmektedir. Tanımlama bir kez yapılmakta, sonrasında bu tanımlamaya göre bildirimler sistem tarafından otomatik olarak yapılmaktadır. Şekil 18: Ayarlar Menüsü

203 167 Şekil 19: Bildirim Menüsü Şekil 19 da bildirimlerin tanımlandığı ve otomatik çalıştığı ekran görülmektedir. Bu tanımlamalar sistemdeki tüm hareketler için tanımlanabilmektedir. Örneğin yeni bir blog sayfası oluşturulduğunda tüm kullanıcılara bilgi mesajı gitmesi veya yeni bir başvuru yapıldığında moderatörün bilgilendirmesi gibi. Bu tanımlama sisteme girmeden anlık takip etmek istediğiniz tüm özellikler için kullanılabilmektedir. Şekil 20 de yetkilendirme menüsü görülmektedir. Bu menü sisteme girecek kişilerin yapabileceği işleri ve görebileceği alanları sınırlandırmak için kullanılmaktadır. Bu yetkilendirme bölümü de tamamen dinamik tasarlanmıştır. Moderatör panelinde yer alan tüm menü ve alt menüler bazında kullanıcı yetkilendirmesi yapılabilmektedir. Şekil 20: Yetkilendirme Menüsü

204 168 Şekil 21: Yardım Menüsü Şekil 21 de yardım menüsü görülmektedir. Yardım konuları ana ve alt başlıklar halinde guruplandırılmıştır. Her an ulaşılabilecek şekilde moderatör panelinin alt kısmında yer almaktadır. 3. Sonuçlar Bilimsel Faaliyet Yönetimi Yazılımı, her kullanıcıya rol verilmesi özelliği ile, kimin neyi, ne kadar gerçekleştirebileceğini kontrol altında tutulabilir. Bu özelliği ile Bilimsel Faaliyet Yönetimi Otomasyonu, organizasyonun paydaşlarının iş dağılımına önemli derecede katkı sağlar ve iş yükünü hafifletir. Birbirine bağlı tüm süreçlerin kolay yönetilmesini sağlar. Makale/ Bildiri/ Proje metin başvuru formu dinamik bir formdur ve her organizasyon için istenen bilgiler değiştirilebilir, yeni sorular eklenebilir. Her türlü form kolayca oluşturulabilir. Yapılan her başvuru, görmek istenilen ayrıntılara göre filtrelenebilir, böylece istenilen konu başlığı için anlık durum görüntülenebilir. Hakem değerlendirmesinde, hakemlerin başvuruları değerlendirme kriterleri ve çarpanları sisteme girilerek, değerlendirmenin homojenliği ve objektifliği üst düzeyde tutulmaktadır. Değerlendirmeler sonucunda varsa- sapma değeri hesaplanarak her projenin eşit şartlarda değerlendirilmesine olanak tanınmış olur. Hakemlerin puanlamaları sonucunda sıralamayı sistem oluşturur. Hata payı en aza düşer. Organizasyonların en zaman alıcı ve uğraştırıcı basamağı poster ve kitap hazırlanmasıdır. Bilimsel Faaliyet Yönetimi Yazılım her bir başvurunun posterini, tanımlanan alan, bilgi ve kriterlere göre kendi oluşturur. Tüm başvuruları bir araya toplayarak dakikalar içerisinde e- kitap oluşturur. Her bir başvuru ayrı ayrı olarak da PDF olarak görüntülenebilir. Ayrıca, tüm kullanıcılara toplu SMS bildirimi gönderilmesine olanak sağlar. Teşekkür: Bu yazılım Sakarya Üniversitesi Teknoloji Geliştirme Bölgesi nde hayata geçirilmiştir. Projenin Teknopark ekosisteminde geliştirilmesine imkan tanıyan kurumlara teşekkürü borç biliriz.

205 169 ENDODONTİK TEDAVİDE KULLANILAN NİKEL-TİTANYUM KÖK KANAL EĞELERİNİN MALZEME KARAKTERİZASYONU Özgür YURTSEVER 1, Savaş DİLİBAL 2 1 İstanbul Teknik Üniversitesi, Kimya Metalurji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, 34469, Ayazağa, İstanbul 2 Gedik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, 34876, Kartal, İstanbul Biyomedikal uygulamalarda geleneksel malzemeler hızla yerini Nikel-Titanyum (NiTi) şekil bellekli alaşımlara bırakmaktadır. Bu alanlardan biri de NiTi alaşımı kullanılarak geliştirilen kök kanal aletleridir. NiTi kök kanal eğeleri endodontik tedavide süperelastik özelliklerinden dolayı paslanmaz çelik eğelere göre daha elastik ve uzun yorulma dayanımına sahiptir. Bu çalışma kapsamında endodontik alanda kullanılan dört ayrı NiTi kök kanal aletinin SEM, XRD, DSC ve çekme testleri sonucu malzeme karakterizasyonu yapılmış, elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Anahtar kelimeler: Nikel-Titanyum, Şekil hafızalı alaşımlar, Süperelastik özellik, Biyouyum 1. Giriş Nikel-Titanyum (NiTi) şekil bellekli alaşımlar, uzun yorulma dayanımı göstermesi [1], yüksek korozyon direncine sahip olması [2] ve biyouyumlu davranış göstermesi [3] sebebiyle birçok biyomedikal uygulamalar için tercih edilir hale gelmiştir [4].Bu uygulamalar içerisinde yaygınlaşan alanlardan bir tanesi de endodontik tedavide kullanılan kök kanal eğeleridir. Diş kanalları içerisinde dönerek çalışan kök kanal eğelerinin(i) diş kökünü gerekli geometri için şekillendirme ve (ii) kanal sisteminin temizlenmesi için dezenfeksiyon solüsyonlarının diş köküne erişimini sağlama gibi iki önemli işlevi bulunmaktadır[1]. Önceleri paslanmaz çelik teller kullanılarak üretilen diş kanal eğeleri, diş kökü içerisindekırılma ve uygun açısal şekli sağlayamama nedenlerinden dolayı son 10 yıl içerisinde yerini NiTi eğelere bırakmıştır. Süperelastik özelliğe sahip östenitik NiTi teller kullanılarak üretilen bu eğeler yaklaşık %8 oranında elastik davranış gösterebilmektedir. Diş kökü içerisinde dönerek çalışan kök kanal eğelerinin oluşturduğu döngüsel kuvvetlerin depolanması, NiTi alaşımların süperelastik özelliği sayesinde azalmaktadır[2]. Nikelce zengin (yaklaşık % 50.8) östenitik NiTi alaşımların talaşlı imalatı ile üretilen bu eğeler kullanım öncesi uygulanan termomekanik ısıl işlemler sayesinde daha uzun yorulma dayanımı göstermektedir [5]. Bu çalışmada dört farklı firmaya ait endodontik NiTi eğenin malzeme karakterizasyonu yapılarak, faz analizleri, mikroyapıları, mekanik özellikleri ve faz dönüşüm sıcaklıkları karşılaştırılmıştır. 2. Materyal ve Metot Numune A1, A2, A3 ve A4 olarak adlandırılan dört farklı endodontik NiTi eğenin öncelikle mikroyapıları JEOL JCM-6000 Benchtop taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Bununla birlikte ikincil elektron modunda mikro yapı

206 170 görüntüleri alınmıştır. Daha sonra entegre enerji dağılım spektroskobu (EDS) ile mikroyapıların elementel analizi gerçekleştirilmiştir. Numunelerin faz analizleri Bruker D8 Advance X-Işınları Difraktometresi Cu Kα radyasyonu kullanılarak 2Ɵ= arasında oda sıcaklığında yapılmıştır. Numunelerin kuvvet-birim şekil değiştirme diyagramları 10 kn kapasiteli Shimatsu AG-IS çekme test cihazı kullanılarak oda sıcaklığında yapılmıştır. 3. Numunelerin Malzeme Karakterizayson Detayları Eğe Ucu Eğe Ortası Eğe Sapı A 1 A 2 A 3 A 4 Şekil 1. Numune A1-A2-A3 ve A4`ün uç, orta ve sap kısımlarının SEM görüntüleri

207 171 Şekil 2. a) A1 200X EDS analizi, b) A2 200X EDS analizi, c) A3 200X EDS analizi, d) A4 200X EDS analizi Şekil 1'de A1-4 olarak isimlendirilmiş endodontik döner egelerin sap, orta ve uç bölümlerine ait SEM görüntüleri ayrı ayrı verilmiştir. A1 görüntülerinde malzemenin yuvarlak telden imalatı esnasında talaşlı kaldırmaya ait izler dikkat çekmektedir. Bununla birlikte talaşlı imalat esnasında soğuk kaynaklanmış partiküller de görülmektedir. A2-A3-A4 numunelerine ait görüntülerde ise imalat yönteminin farklılığından dolayı daha pürüzsüz bir yüzey söz konusudur. Fakat bu numunelerde de gri bölgeler üzerinde porozite olması muhtemel, düzgün küresel olmayan yapılar dikkat çekmektedir. Tüm numunelerin sap bölgelerinde egelerin çalışma derinliğini referans gösteren bölgeler bulunmaktadır. Bu bölgeler A2 numunesi haricinde talaş kaldırma ile oyuk açarak yapılmıştır. A2 numunesinde ise EDS analizinde de farklı bileşim vermesinden dolayı bir kaplama türü kullanılmış olması olasıdır. Bununla birlikte son iki numunenin referans derinliği gösteren olukları şekilden de görüldüğü gibi düzgün bir geometriye sahip değildir. Bu da kötü bir işlemenin göstergesidir. Malzemelerin EDS analizleri (Şekil 2) %100 element bileşim hakkında bilgi vermese de A1 numunesi bölgesel olarak nikelce zengin kompozisyon vermiştir. A2 numunesi yaklaşık eş-atomik bir kompozisyona sahip iken diğer iki numune (A3 ve A4) titanyumca zengin bir bileşim vermiştir. Numunelerden bir tanesi talaş kaldırma yöntemi ile diğerleri kare ya da üçgen kesitten burma yöntemi ile üretilmiştir. A1-A2 ve A3 numuneleri mikroyapı olarak daha homojen bir görüntüye sahipken, A4 numunesi özellikle sap bölgesinde homojen olmayan bir yapıya sahiptir.

208 172 Şekil 3. A1 ve A2 numunelerine ait faz analizleri Şekil 4. A3 ve A4 numunelerine ait faz analizleri Şekil 3 de malzemelerin faz analizlerine ait pikler görülmektedir. A1 ve A2 numunelerine ait faz pikleri 2Theta=42º haricinde benzer faz piklerine sahiptir. A3 ve A4 numunelerine ait faz pikleri (Şekil 4) ise kendi aralarında benzer faz piklerine sahiptir ve NiTi B2 faz pikleri ile uyumludur. İki grup arasındaki faz piklerindeki farklılıkların nedeni üretim sonrası ısıl işlem ve/veya termomekanik işlem farklılıklarından kaynaklandığı değerlendirilmektedir. Uygulanan çekme testleri sonucunda kuvvet-birim şekil değiştirme diyagramları incelendiğinde (Şekil 5) A1-A2 ve A4 numunelerinden elde edilen kuvvet platolarının 480 N`da çakışmasına rağmen, A3 numunesinin 200 N`da kuvvet platosu oluşturduğu görülmüştür. Şekil 5. A1, A2, A3 ve A4 numunelerine ait kuvvet-birim şekil değiştirme diyagramları 4. Sonuçlar Bu çalışmada NiTi kök kanal eğelerinin genel olarak malzeme karakterizasyonu yapılmış ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.

209 a) Elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında A1 firmasına ait eğelerin yüzeylerinin talaşlı imalat sonucunda işleme izleri görülmektedir. A2-A3-A4 firmasına ait numuneler ise muhtemelen başka bir imalat yöntemiyle üretilmiştir. b) XRD sonuçlarında 4 ayrı firmaya ait numuneler içinde iki farklı grupta yaklaşık benzer faz pikleri elde edilmiştir. c) Çekme testi sonuçları incelendiğinde A1-A2 ve A4 numunelerinden elde edilen kuvvet platoları 480 N`da çakışmaktadır. A3 numunesinin 200 N`da kuvvet platosu oluşturduğu görülmüştür. d) İleride yapılacak çalışmalarda farklı ısıl işlem ve talaşlı imalat yöntemleri denenerek NiTi kanal eğeleri ile ilgili malzeme karakterizasyonuna devam edilecektir. Teşekürler Bu çalışma kapsamında gerçekleştirdiğimiz çekme deneylerine katkılarından dolayı Star Teknik Elektronik Cihazlar San. ve Tic. Ltd.Şti. çalışanlarından Met.Müh.Bayram KÜÇÜKSELÇUK a, SEM Görüntüleri ve EDS analizlerini ile faz analizleri konusunda olanaklarını kullandığımız İTÜ Metalurji Malzeme Müh. Bölümü Partikül Malzemeler Lab. kurucusu Prof.Dr.Lütfi ÖVEÇOĞLU na, Doç.Dr. Burak ÖZKAL a, DSC analizlerinin yapılmasına olanak veren Prof.Dr.Süheyla AYDIN a ve Arş.Gör.İpek ERDEM e, Yük.Müh. Duygu Yardımcı'ya çok teşekkür ederiz. Kaynaklar [1]Al-Hadlaq SM, Aljarbou FA, AlThumairy RI. (2010) Evaluation of cyclic fatigue of M-wire nickeltitanium rotary instruments, J Endod 36(2) [2]T. Shahrabi, S. Sanjabi, E. Saebnoori, Z.H. Barber(2008)Extremely high pitting resistance of NiTi shape memory alloy thin film in simulated body fluids, Materials Letters, 62, 17 18, 30, [3] T. Duerig A. Pelton, D. Stockel (1999) Materials Science and Engineering A, , [4]Ninan E, Berzins DW. (2013) Torsion and bending properties of shape memory and superelastic nickel-titanium rotary instruments. J Endod39(1) [5]Ye J, Gao Y. (2012) Metallurgical characterization of M-wire nickel-titanium shape memory alloyused for endodontic rotary instruments during low-cycle fatigue. J Endod 38(1) [6] Shen Y, Zhou HM, Zheng YF, Peng B, Haapasalo M. (2013) Current challenges and concepts of the thermomechanical treatment of nickel-titanium instruments. J Endod 39(2)

210 174 ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIM İLE ÇOK AMAÇLI AKTÜATÖR TASARIMI Gözde KONUK 1,Mücahit EGE 2, Nihat AKKUŞ 3, Fatih YALÇIN 4 1 gozde.konuk@gedik.edu.tr, Mekatronik Programı, Gedik Üniversitesi, İstanbul 2 mucahit.ege@gedik.edu.tr, Biyomedikal Cihaz Teknikleri Programı Gedik Üniversitesi, İstanbul 3 nihat.akkus@marmara.edu.tr, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Marmara Üniversitesi, İstanbul 4 fatih.yalçin@gedik.edu.tr, Mekatronik Programı, Gedik Üniversitesi, İstanbul Özet Bu çalışmada Şekil Hafızalı Metal (SMA) malzemenin süperelastik mekanik özelliklerinden yararlanarak çok amaçlı aktuatör tasarımı ve uygulaması yapılmıştır. Elektrik akımıyla tahrik edilebilen motorsuz aktüatorler özellikle ağırlık ve hacim problemi olan yerlerde başarıyla kullanılabilmektedir. Bu uygulamalarda kullanılan SMA malzemelerin mekanik özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir. Bu bağlamda SMA yayın uzama miktarı, hız ve hız değişimi gibi mekanik davranış verilerini elde etmek üzere bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Deney düzeneği, SMA yayın kuvvet altında hız değişim verilerini karşılaştıracak nitelikte bir doğrusal mekanizma ile yine SMA yayın deplasman, hız, zaman etkilerinin ölçülebileceği bir silindir mekanizması olmak üzere iki modülden oluşturulmuştur. Bu şekilde deney düzeneği Şekil Hafızalı Metalden yapılmış yayların çeşitli akımlarda gösterdikleri davranış değişimlerinin tasarlanan her iki mekanizma ile incelenmesine olanak sağlamaktadır. Farklı modül mekanizmalarının çalışma hızları Şekil Hafızalı Metal e uygulanan akıma göre değişiklik göstermektedir. Bu değişimlerden yola çıkılarak SMA telin uzama miktarı, hız ve hız değişimi gibi mekanik özellikler çıkarılmıştır. Anahtar Sözcükler: Şekil Hafızalı Alaşım (SMA), NiTiNol, aktüatör Abstract In this paper, it is aimed to design universal actuator by using a shape memory alloy (SMA). This universal SMA actuator availing superelastic material properties of a spring made of shape memory alloy (SMA). Non-motorized actuators can be driven by an electric current can be used successfully, especially in places where are the weight and volume problems. In this regard, a testing arrangement design which is based on Shape Memory Alloy (SMA) and it is driven by an electric current. With testing arrangement evaluated, in cycle of SMA s deformation and returned initial shape, these materials gain displacement, velocity values. Operating speeds of different module systems varies depending upon current performed to SMA. According to these speed changings, mechanical properties such as elongation amount, velocity and accelaration datas of SMA are acquired. Keywords: Shape Memory Alloy (SMA), NiTiNol, actuator Giriş Şekil hafızalı alaşım (SMA) terimi, ısıya maruz kaldığında önceden belirlenmiş şekil veya boyuta tekrar dönebilme yeteneğine sahip olan bir grup alaşım sistemine verilen isimdir. Günümüzde dünya endüstrisinde, akıllı malzemeler hızlı bir biçimde yerini almaktadır. Akıllı malzemeler içerisinde yer alan Şekil Hafızalı Alaşımlar ise ülkemiz endüstrisinde, endüstriyel uygulama alanları yönünden araştırılmaktadır. Şekil Hafızalı Alaşımların sahip oldukları %8 e varan süperelastik özellikleri endüstrinin ilgisini çekmektedir. Bunun yanında çift fazlı yapı değişimleri ile farklı geometriler arasında gidip gelebilmektedirler. SMA malzeme martenzitik fazda iken yeni bir şekle kolaylıkla deforme edilebilir, alaşım ostenit dönüşüm sıcaklığı üzerine ısıtıldığında ise önceki geometrisine dönebilmektedir. Malzemelerdeki bu özelliğe şekil hafıza özelliği denir[1].

211 Akıllı metal uygulamalarında yüksek sıcaklıkta ortaya çıkan kuvvet etkili elastik deformasyon durumu poseidon elastisitesi olarak tanımlanır. Bu duruma gözlük, telefon anteni gibi günlük yaşantımızdan uygulamalar örnek olarak verilebilir. Bu malzemeler yüksek sıcaklıkta aldıkları şekilleri oda sıcaklığında muhafaza ederler. Deformasyona uğratılan Nitinol elektrik akımı ile ısıtıldığında rezistans görevi görür ve ısınır. Bu ısı ile deforme olmuş şeklinden orijinal hafıza geometrisine dönebilir. Şekil hafızalı alaşımlar, başta sağlık, otomotiv, savunma sanayi olmak üzere, pek çok alana ait uygulamalarda kullanılmaktadır[2]. Şekil hafıza özelliği ile şekil hafızalı alaşımlar, endüstriyel ürünlerde daha esnek, hafif, modüler, minyatürleşme yönünde üstünlükler sağlamaktadır. Bu yönelme, hareket iletim organlarında da bir gelişim sürecine girilmesine sebep olmuştur. Bu nedenle şekil hafıza alaşımların deformasyonlar sonucunda alaşımın minimum iş yaparak önceki şekline geri dönebilmesinin yanında faz dönüşümleri sırasında ürettiği güç üretimi ile birlikte güç/ağırlık oranın diğer iletim organlarından büyük olması endüstriye yeni bir bakış açısı sunmuştur [3]. Şekil Hafızalı Alaşımlardan yapılmış aktüatörlerin, aynı işi yapan diğer aktüatörlere göre avantajları; Sistem içerisinde sessiz ve düzgün çalışması, Yüksek güç/ağırlık değerinin arzu edilen değerlerde olması, Kararlı çalışması, Düşük enerji ile tahrik edilebilmesi olarak sayılabilir. 175 Şekil 1 Çeşitli Aktüatörlerin Güç- Ağırlık Performansları Şekil Hafızalı Alaşımlar ısıl değişimlere duyarlı şekil hafıza etkisi (SME) ve süperelastiklik (SE) gibi martenzitik dönüşüm ve tersine dönüşümün gerçekleştiği fonksiyonel malzemelerdir. Temel karakteristikleri, kritik dönüşüm sıcaklığının üzerinde ve altında iki farklı şekil veya kristal yapısına sahip olmalarıdır. Nispeten düşük sıcaklıklarda deforme edilebilen bu malzemeler, daha yüksek sıcaklıklarda deformasyon öncesi şekillerine dönebilmektedirler[4]. Ana fazda belirli bir şekle sahip malzemenin martenzitik dönüşüm sıcaklığına kadar soğutulup, dış bir etki ile şeklinin değiştirilmesinden sonra malzemenin sıcaklığının ana faz sıcaklığına çıkarılmasıyla ilk şeklini almasına şekil hatırlama olayı denir. a) Östenit Faz b) Martenzit Faza (Mf) Dönüşüm c) Şekil Değişimi d) Östenit Faza (Öf) Dönüşüm Şekil 2 Hafıza özelliği mekanizması

212 Şekil 2 a da östenit fazdaki alaşım soğutulduğunda, dış şekli değişmeden içyapısı martenzite(şekil 2b) dönüşür. Bu sıcaklıkta malzemeye kalıcı şekil değişimi verilir(şekil 2c). Malzeme ısıtıldığında östenit faza dönüşmektedir. (Şekil 2d). Bu çalışmada SMA malzemenin süperelastik mekanik özelliklerinden yararlanarak çok amaçlı doğrusal aktuatör tasarımı amaçlanmış, bunun için SMA malzemenin ısınma ve soğuma işlemleri esnasında süperelastik özelliklerinden doğan deplasman, kuvvet, hız vb. gibi fiziksel etkileri geliştirilen bir test sistemi geliştirilmiştir. Aktüatör Düzeneği Tasarımı Şekil Hafızalı Alaşım ile üretilmiş endüstriyel ürünlerin ülkemiz sanayine kazandırılması için Şekil Hafızalı Alaşımdan oluşan yayların mekanik davranışları hakkında bilgi sahibi olabilmek adına mekaniksel bulgular elde edilecek iki adet doğrusal aktüatörden oluşan bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Bu deney düzeneğinin, SMA dan oluşan yayların mekaniksel davranışlarının belirlenmesinde yol gösterici olması hedeflenmiştir. Endüstride kısaca NiTiNol olarak isimlendirilen Titanyum ve Nikel esaslı malzeme karakteristiğinin doğru bir şekilde elde edilmesi, bu malzemelerin uygulama alanlarının belirlenmesi ve bu uygulama alanlarının analitik veya nümerik modelleme ile simülasyonlarının yapılabilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. İlave olarak tahmini çevrim sayısı ile müsaade edilen maksimum stres ve şekil değiştirme arasındaki ilişkinin bilinmesi büyük önem arz etmektedir. Şekil hafızalı metallerin, valf, aktuatör, mekanik kas vb. endüstriyel uygulamalarının yapılabilmesi ve yeni endüstriyel uygulamalarının araştırılabilmesi için mekanik davranışlarının çok iyi bilinmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyaç sadece mekanik davranışlarla sınırlı olmayıp, mekanik davranışı kontrol eden kontrol seviye kartı ile davranışa neden olan güç seviyesi kontrolünün de belirlenmesi endüstriyel uygulamalar bakımından vazgeçilmez olarak nitelendirilmektedir. Araştırmamızın amacına uygun olarak aşağıda anlatılan 2 değişik deney düzeneyi tasarlanmıştır. Deney Düzeneği Deney düzeneğinde test edilecek olan Şekil Hafızalı Metal davranışları Modül-1 ve Modül-2 olarak isimlendirilmiş aktüatör yapısındaki düzenekler ile ölçülmektedir. Yaylar akım kullanılarak ısıtılmaktadır. Yayların deformasyonu için yüksek akım gerektiğinden SMA yayın temas ettiği bölgelerde yalıtkanlık sağlanmıştır. Şekil 5 te Şekil Hafızalı Metallerin karakteristik yapılarının belirlenmesi için tasarlanan deney düzeneği görülmektedir. 176 a) Deney düzeneği fotoğrafı b) Deney düzeneği şematik gösterimi

213 177 Şekil 5 Deney düzeneği Düzenekte yer alan tüm bileşenler aşağıda sıralanmıştır, Modül-1 Modül-2 Kontrol Birimi Kontrol ünitesi Doğrusal aktüatör prensibine dayalı olarak çalışan deney düzeneğinin beslemesi ayarlanabilir 5A güç kaynağı ile sağlanmaktadır. Güç kaynağı maksimum 5,5A lik akım vermektedir. Kütlenin hareket yönünü seçme anahtarı Silindirin hareket yönünü seçme anahtarı Şekil 6 Kontrol birimi bağlantı şeması Deney düzeneği için tasarlanmış olan kontrol ünitesinin yapısı Şekil 6 da gösterilmiştir. Kontrol ünitesi ile kullanılan anahtarlar yardımıyla akıma yol verilerek kullanılacak Modül ün çalışması sağlanmaktadır. Aynı zamanda çalışılan modülün çalışma yönü de kullanılan anahtarlar ile seçilmektedir. Kontrol devresi ünitesinde kullanılan kablolar yüksek akıma dayanıklı olacak şekilde seçilmiştir. Modül-1 Modül-1 düzeneğinin amacı, 1,2 kg ağırlıklı cismin, sağ ve sol düzlemlerine monte edilmiş şekil hafızalı yay vasıtasıyla yatay düzlemde parabolik hareketinin incelenmesidir. Cismin hareket edebilmesi için, cismin sağ ve sol düzlemlerinde bulunan şekil hafıza etkili yaylara sırası ile 2,5-5,5 A aralığında akım uygulanmaktadır. Modül- 1, SMA yayın 1,2 kg ağırlığında hareketli cisim ile yatay eksende çalışabileceği şekilde tasarlanmıştır. Bu mekanizmada aynı mekaniksel özelliklere sahip, sarım sayıları aynı iki SMA yay kullanılmıştır. Hareketli cisim, düzeneğin yan düzlemlerine göre tam ortaya konumlandırılmıştır. Şekil hafızalı yaylar, cismi konumlandırıldığı pozisyonda tutacak şekilde deformasyona uğratılarak gerdirilmiştir. Hareketli cismin önüne bir kalem eklenmiştir. Deney düzeneği, tasarlanan kontrol paneli yardımıyla enerjilendirilir. Kontrol panelinden Modül-1 seçilerek aktif edilir. Üzerinde Modül-1 yazılı anahtar çalışması istenen konuma göre sağ ya da sol yönünde konumlandırılarak çalışma başlatılır. Sistem sağ yönde çalıştırıldığında, sistemin sağ tarafına monte edilmiş yay, şekil hafıza etkisi ile ilk konumuna dönecektir. Aynı durum cismin sol yönde çalışması içinde geçerlidir. Bu sefer sistem sol yönde çalıştırıldığında sistemin sol yönüne monte edilmiş yay, şekil hafıza etkisi ile ilk konumuna dönecektir.

214 Uygulanan akım ile yayın gerçekleştirdiği parabolik hareketler milimetrik kağıda çizdirilerek ölçülmektedir. Yayın davranışının analizi için sistem 10 s, 15 s ve 20 s lik zaman aralıklarında sırası ile 5,5 A sağ ve sol yönünde, 5 A sağ ve sol yönünde, 4,5 A sağ ve sol yönünde, 4A sağ ve sol yönünde, 3,5 A sağ ve sol yönünde, 3 A sağ ve sol yönünde, 2,5 A sağ ve sol yönünde akıma maruz bırakılır. 178 a) 10s b) 15s c) 20s Şekil 7 Deneyde 10s-15s-20s süresince her bir akımda elde edilen mesafe eğrileri Şekil 7 ile gösterilen deney ile Modül-1 de kullanılan hareketli cismin üzerine yerleştirilen kalem ile elde edilmiş çizimler gösterilmiştir. Bu çizimler 10s, 15s ve 20s süresince 2.5A ile 5.5A arasında 0.5A değişim aralıklarında çizdirilmiştir. Böylece farklı sürelere bağlı olarak aynı akım değeri aralıklarında yayın davranışı gözlemlenmiş ve buna bağlı olarak yayın mekaniksel davranış verileri kaydedilmiştir. Şekil 8 10 s 15 s 20 s süreli sağ hareket ortalama hız/akım grafiği Şekil 8, Şekil 7 de gösterilen çizimlerden yola çıkarak 10s, 15s ve 20s süresince yayın akıma bağlı olarak hız değişimini göstermektedir. Yaylara uygulanan akım arttıkça yay hareket hızı artmaktadır. Belirtilen süre aralıklarında elde edilen hareket hızları incelendiğinde yayın 10s süreli hareketinde en yüksek ivme ve hıza sahip olduğu görülür.

215 179 Modül-2 Modül-2 düzeneğinde Şekil hafızalı yay ile bir silindir mekanizması tasarlanmıştır. Silindir mekanizmasının amacı, aynı mekanik özelliklere sahip, farklı sayım sayılarındaki iki SMA yayın, 2,5 A 5,5 A akımlık çalışma aralığındaki süre-deplasman verileri sonucu elde edilen hız değerlerinin incelenmesidir. Modül-2, Şekil 9 da gösterilen silindir mekanizması pnömatik silindirlere alternatif olacak şekilde doğrusal aktüatör prensibine dayalı olarak tasarlanmıştır. Şekil 9 Modül-2 Silindir Mekanizması Şematik Gösterim Sistemde kullanılan SMA yaylar aynı özelliklere sahip farklı sarım sayısında şekil hafızalı yaylardır. Sistemde bulunan yaylardan bir tanesi çekme diğeri ise itme işlemini yapmaktadır. Kullanılan silindir boyunun sabit olmasından dolayı yayların eşit sarımda seçilmesi pistonun hareketini sınırlayacaktır. Bu nedenle farklı sayım sayısındaki yaylar kullanılarak ölçüm mesafesi arttırılmış ve yayların maksimum düzeyde uzaması sağlanmıştır. Kontrol biriminde bulunan aç/kapa butonuna basarak düzeneğe akım uygulanır. Modül seçme anahtarının konumu Modül-2 yi gösterecek şekilde değiştirilir. Pistonun ileri hareketi için hareket yönü seçme anahtarı sağ konuma getirilir ve piston ileri hareketine başlar. a) Silindir ileri son konumu b) Silindir geri konumu Şekil 10 Modül-2 Silindir Pozisyonları Pistonun geri hareketi için ise hareket yönü seçme anahtarı sol konuma getirilir ve piston geri hareketine başlar. Yayın davranışının analizi için sistem, 5,5 A sağ ve yönünde, 5 A sağ ve sol yönünde, 4,5 A sağ ve sol yönünde, 4 A sağ ve sol yönünde, 3,5 A sağ ve sol yönünde, 3 A sağ ve sol yönünde, 2,5 A sağ ve sol yönünde akıma maruz bırakılır.

216 180 Şekil 11 Modül-2 Silindir Pozisyonları Silindire ait ileri geri harekette meydana gelen hız farklılıkları şekil hafızalı yayın mekanik özelliklerinin aynı olmasına rağmen sarım sayılarının farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Sonuç Bu çalışmada, sma malzemenin endüstriyel uygulamalarda bilinmesi gereken mekanik ve çalışma özelliklerinin belirlenmsi için 2 çeşit deney düzeneği geliştirilmiştir. Deney düzenekleri kullanılarak sarım sayıları farklı aynı mekanik özelliklere sahip SMA malzemeler test edilmiştir. Deney düzenekleri şekil hafızalı yaylar ve tellerin farklı akım değerlerinde göstermiş olduğu davranışların analizini başarıyla ölçmüştür. Yapılan çalışmalarda şekil hafızalı yayın sahip olduğu hız ile uygulanan akımın doğru orantılı olduğu görülmüştür. Uygulanan akımın artması ile yayların sıcaklıkları artmaktadır. Yayların sıcaklığının artması koşulu ile, yayların daha hızlı bir şekilde orijinal şekillerine dönmesi sağlanmıştır. Modül-1 ile gerçekleştirilen deneyler, akım uygulama sürelerine bağlı olarak, yayın çalışacağı en uygun süreyi saptamada faydalı olmuştur. Modül-2 ile yapılan deney sonuçlarında ise uygulanan akımın yanı sıra, yay sarım sayısının da, yay hareket hızında etken olduğu görülmüştür. Kaynaklar [1] Ming H. Wu and L. Mcd. Schetky. (2000), Industrial Applications For Shape Memory Alloys, Proceedings of the International Conferance on Shape Memory and Superelastic Technologies, Pacific Grove, California, P [2] Huang, W. (1998), Shape Memory Alloys and Their Application to Actuators for Deployable Structures, Doktora Tezi, University of Cambridge, Peterhouse [3] G.W. Xu, D.C. Lagoudas, D. Hughes, and J.T. Wen (1997), Journal of Intelligent Materials and Structures. [4] Buehler, W. J. ( ). Re-Shaping-the-Future-with-Shape-Memory- Alloyshttp:// Future-with- Shape-Memory-Alloys---SMA-Starter-Kit / [5] [8] Yurtsever, Ö., (2013) ( ).

217 181 KAYNAK SONRASI OLUŞAN KALINTI GERİLMELERİN TALAŞ KALDIRMA İLE DEĞİŞİMİNİN NÜMERİK MODELLEME İLE ARAŞTIRILMASI Savaş GÜNEYLİ 1,a, Nihat AKKUŞ 2,b, Hüseyin KURT 2,C 1 Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Ens., Mekatronik, Göztepe Kampüsü, İSTANBUL 2 Gelişim Üniversitesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, İSTANBUL a sguneyli@thy.com, b nihat.akkus@marmara.edu.tr ÖZET Bu çalışmada kaynaklı birleştirme işlemi ile birleştirilmiş parçalarda oluşan kalıntı gerilmelerin talaş kaldırma işlemini takiben ortaya koyduğu deformasyon değişimlerinin Sonlu Elemanlar Modellemesi ile öngörülmesini amaçlamaktadır. Özellikle kaynak simülasyonlarının bir kesme simülasyonu ile ardışık olarak yapılması, kaynak işleminde ortaya çıkan kalıntı gerilmelerin parça üzerine birebir yansıtılması ve simülasyonun doğruluğu bakımından önem arz etmektedir. Simülasyonlarda numerik analiz programı olarak MSC.Marc-Mentat Non-Lineer hazır paket yazılımı kullanılmıştır. Simülasyon için 3-B model ve ağ oluşturulmuş, kaynak simülasyonu için oluşturulan sonlu eleman modeli simülasyon sonucu kayıt edilmiş ve model hiçbir değişikliğe uğratılmadan kesme simülasyonunda da kullanılmıştır. Malzeme modeli oluşturulurken C1040 malzemeye ait mekanik özellikleri elastik-plastik malzeme modeline göre simülasyona girilmiş, sıcaklık eğrileri oda sıcaklığından başlayarak kaynak ve kesme sıcaklıklarına kadar belirli aralıklarda değişken sıcaklık eğrileri ile modellenmiştir. Kesme yörüngeleri bir CAM yazılımı yardımıyla önceden belirlenmiş ve CCL dosyası olarak nümerik modele entegre edilmiştir. Simülasyonlar ile doğrudan veya kaynak işlemi ile ısıya maruz bırakılmış ve bu nedenle iç gerilmelere sahip bir elemanın üzerinden talaş kaldırıldığında iç gerilmelerin geometri değişimleri üzerindeki etkileri takip edilebilmiştir. Anahtar Kelimeler: Talaş kaldırma Simülasyonu, Kaynak Simülasyonu, Kalıntı Gerilmeler, Sonlu Elemanlar Yöntemi 1. GİRİŞ Talaş oluşumu; yüksek gerinme hızları ve sıcaklık etkilerine sahip olan plastik deformasyonun bir sonucudur. Son yıllarda kaynaklı birleştirme ve kalıntı gerilme ikilemesine dayanan pek çok çalışma yapılmıştır. Bu ikili arasındaki ilişkiyi tanımlamak amacıyla çeşitli modeller geliştirilmiş olup, bunların bazılarında kalıntı gerilmelerin değişimi başarılı bir şekilde tanımlanabilirken bazılarında da doğru çözümler tam olarak kanıtlanamamıştır. Kalıntı gerilmeler üretim ve işlem sırasında oluşabildikleri gibi servis sırasında da oluşabilirler. Hemen hemen üretilen tüm parçalar, malzeme özelliklerini ve şeklini değiştiren herhangi bir işlem tarafından oluşturulan, az da olsa kalıntı gerilmelere sahiptirler. Kalıntı gerilmeler ile ilgili olarak literatürde yapılan çalışmalar incelendiğinde, bu yaklaşıma dayanan çalışmalar yapıldığı görülmüştür. Bu çalışmalara örnek olarak; Linjie ve arkadaşları [1], üç boyutlu elastik ve plastik sonlu elemanlar modeli kullanarak, farklı kaynak ağzının kaynak çarpılması ve kalıntı gerilmeler arasındaki ilişkinin incelenmesinde kullanmışlardır. Deng ve arkadaşları [2], üç boyutlu termo elastik - plastik sonlu elemanlar metodu kullanılarak, düşük karbonlu çeliklerin kaynaklı birleştirme simülasyonunu gerçekleştirmiş buna bağlı olarak kaynak sıcaklığı, plastik şekil değiştirme dağılımı ve kaynak kalıntı gerilmesi sayısal analizi üzerine inceleme yapmışlardır. Yiğit ve arkadaşları [3], kalıntı gerilmeler hakkında bilgi vererek, bu gerilmelerin nasıl ve hangi işlemler sonucu oluştuğu, parçanın performansı üzerindeki etkileri ve neden ölçülmesi gerektiğinden bahsetmişlerdir. Daha sonra kalıntı gerilme ölçme yöntemleri, tahribatlı ve tahribatsız yöntemler olarak sınıflandırmış ve bu

218 yöntemlerden kısaca bahsetmişlerdir. Demirler ve arkadaşları [4], ark fiziksel buhar biriktirme tekniği kullanılarak, iki farklı taban malzeme üzerine kaplanmış olan titanyum nitrür kaplamaların, kalıntı gerilmeleri klasik kitlesel teknik ve ince film tekniği olmak üzere iki farklı x-ışınları kırınım tekniği kullanarak ölçmüş ve karşılaştırmışlardır. Binici [5], kalıntı gerilmelerin, olumsuz etkilerini ortadan kaldıracak düzeye indirilmesini sağlamak gayesiyle, kalıntı gerilmelerin ölçülmesi ve titreşim yöntemiyle ne ölçüde giderildiği amacıyla incelemede bulunmuştur. Uçar ve arkadaşları [6], farklı ısıl genleşme katsayısı, kaplama kalınlığı ve kaplama şartları gibi parametrelerin seramik kaplamalarda kalıntı gerilme oluşumu üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Özel ve arkadaşları [7], çalışmalarında kalıntı gerilmelerin hesaplanmasında nümerik bir çözüm yönetimi olan sonlu eleman yöntemini kullanmışlardır. Görüldüğü gibi literatürde bulunan çalışmalarda kaynaklı birleştirme ve malzeme yapısı üzerinde durularak kalıntı gerilmelerin incelendiği görülmektedir. Bu çalışmada ise kaynaklı birleştirmeyi takiben ve kaynaklı birleştirme simülasyonunda oluşan kalıntı gerilmeler ve şekil deformasyonları birebir muhafaza edilerek ve talaş kaldırma simülasyonunda kullanılmak suretiyle etkileri incelenecektir. Bu şekilde ısıl işlem ve talaş kaldırma ardışık simülasyonları ile kalıntı gerilmelerin araştırılması diğer çalışmalar ile kıyaslandığında çalışmamızın yenilikçi yönüdür SONLU ELEMANLAR İLE MODELLEME Kaynak ve kesme işlemlerinin sonlu elemanlar modelini yapmak için MSC.Marc-Mentat 2010 yazılımı kullanılmıştır. Kaynak işlemi uygulanmış bir malzeme üzerinden talaş kaldırıldığında malzemeye etki eden bazı gerilme çeşitlerinin değişimi araştırılmıştır. Malzemenin modellenmesinde kaynak bölgesinde talaş kaldırmaya uygun olacak şekilde ağ yapısı oluşturulmuştur. Modelin tamamı 3960 elementten oluşturulmuştur. Kaynak bölgesi ise 290 element ile oluşturulmuştur. Kaynak bölgesindeki gerilim değerlerinin daha iyi anlaşılabilmesi için modelin diğer kısımlarına nazaran kaynak bölgesi çevresinde ağ sayısı artış göstermektedir. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılan üç boyutlu kaynak simülasyonu için tablo 1'de gösterile yaklaşık değerler kullanılmıştır. Böylece çevresel gerilme, normal gerilme ve kayma gerilmesi değerlerinin kaynak sonrası elde edilen verileri ile kaynak işleminden sonra uygulanan talaş kaldırma işleminden sonraki elde edilen veriler arasında simülasyon sonuçları gözlenerek kıyaslama yapılmıştır. 3. KAYNAK SİMÜLASYONU İÇİN NÜMERİK ÇALIŞMALAR Ark kaynağı işleminin sonlu elemanlar modelinin oluşturulması için Msc Marc Mentat yazılımı kullanılmıştır. Kaynak işlemi sonunda malzemede oluşan gerilme değerlerinin etkisi incelenmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılan 3 boyutlu kaynak simülasyonu için Tablo 1. de verilen yaklaşık değerler kullanılmıştır. Böylece kaynak işlemi sonunda malzemede oluşan (çevresel gerilme, normal gerilme ve kayma gerilmesi) çeşitli gerilme değerlerinin sonuçları simülasyon ortamında görülebilecek böylece kaynak işleminin malzeme üzerinde oluşturduğu etkisi incelenmiş olmaktadır. Tablo 1. Kaynak simülasyonu parametreleri Kaynak ilerleme hızı Kaynak Genişliği Kaynak Derinliği Kaynak süresi (mm/sn) (mm) (mm) (sn)

219 183 Şekil 1. Kaynak işlemi sonrası 1. simülasyon için gerilme değerlerinin alındığı noktalar Şekil 2. Kaynak işlemi sonrası 2. simülasyon için gerilme değerlerinin alındığı noktalar Şekil 3. Kaynak işlemi sonrası 3. simülasyon için gerilme değerlerinin alındığı noktalar Şekil 1,2 ve 3'te kaynak işlemi sonrası gerilme değerlerinin alındığı noktalar görülmektedir. 1. Simülasyonda kaynak işleminden sonra malzemenin tüm yüzeyine bir alın frezeleme işlemi uygulanacak olmasından dolayı x ekseninde malzemenin bir uzantısı seçilmiştir. 2. Simülasyonda kaynak bölgesi üzerine bir delik delme işlemi yapılacağından dolayı delik delindikten sonra gerilme boşalmalarını görmek ve değişimi incelemek için delik bölgesindeki x ekseni uzantısı seçilmiştir. 3. simülasyonda ise kaynak bölgesi üzerine y ekseni yönünde bir kanal açma işlemi uygulanacağından dolayı y eksenin üzerinde bir uzantıdan gerilme değerlerinin elde edileceği noktalar seçilmiştir. 4. KESME SİMÜLASYONU İÇİN NÜMERİK ÇALIŞMALAR Kesme simülasyonu için seçilen kesici takım parametreleri tablo 2'deki gösterilmiştir.

220 184 Tablo 2. Kesme simülasyonu parametreleri ve seçilen ilerleme hızı 1. Kesme Simülasyonu 2. Kesme Simülasyonu 3. Kesme Simülasyonu İlerleme hızı F (m/dak) Takım çapı d (mm) Burun radyusu r (mm) Diş derinliği f (mm) Talaş açısı α Boşluk açısı β Takım yüksekliği h (mm) İlerleme Takım Burun Diş Talaş Boşluk Takım hızı çapı radyusu derinliği açısı açısı yüksekliği F d r (mm) f (mm) α β h (mm) (m/dak) (mm) İlerleme hızı F (m/dak) Takım çapı d (mm) Burun radyusu r (mm) Diş derinliği f (mm) Talaş açısı α Boşluk açısı β Takım yüksekliği h (mm) Şekil 4. Kesme parametrelerinin takım üzerinde gösterimi 4.1 SONUÇLARIN İRDELENMESİ Simülasyon sonuçları ve karşılaştırılması Marc Mentat sonlu elemanlar yazılımında önce malzemeye kaynak işlemi uygulanmış ve üç farklı gerilme çeşidinin sonuçları elde edilmiştir. Daha sonra kaynak edilen malzemeye üç farklı talaş kaldırma biçimi uygulanmıştır. Düzlem yüzey üzerinden talaş kaldırma, kanal açma ve delik delme olarak uygulanan talaş kaldırma biçimlerinden sonra malzemeden aynı gerilme verileri tekrar elde edilmiş ve kaynak sonrası elde edilen veriler ile talaş kaldırdıktan sonra elde edilen veriler karşılaştırılmıştır.

221 Şekil 5. Düzlem yüzey üzerinden talaş kaldırma simülasyonu kaynak sonrası ve talaş kaldırma sonrası (Çevresel Gerilme) simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 5. te gösterildiği gibi kaynak sonrasında elde edilen simülasyon sonuçlarında ölçülen en yüksek (çevresel gerilme) gerilme değeri -681,15 MPa, kaynak üzerinden düzlem yüzey talaş kaldırma işlemi uygulandıktan sonra aynı noktalar üzerinden elde edilen (çevresel gerilme) gerilme değeri -584,46 MPa'dır. 185 Şekil 6. Düzlem yüzey üzerinden talaş kaldırma simülasyonu kaynak sonrası ve talaş kaldırma sonrası (normal gerilme) simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 6. da gösterildiği gibi kaynak sonrasında elde edilen simülasyon sonuçlarında ölçülen en yüksek (normal gerilme) gerilme değeri -470,01 MPa, kaynak üzerinden düzlem yüzey talaş kaldırma işlemi uygulandıktan sonra aynı noktalar üzerinden elde edilen (normal gerilme) gerilme değeri 23,18 MPa'dır. Şekil 7. Düzlem yüzey üzerinden talaş kaldırma simülasyonu kaynak sonrası ve talaş kaldırma sonrası (kayma gerilmesi) simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 7. de gösterildiği gibi kaynak sonrasında elde edilen simülasyon sonuçlarında ölçülen en yüksek (kayma gerilmesi) gerilme değeri 251,86 MPa, kaynak üzerinden düzlem yüzey talaş kaldırma işlemi uygulandıktan sonra aynı noktalar üzerinden elde edilen (kayma gerilmesi) gerilme değeri 122,66 MPa'dır.

222 186 Şekil 8. Kanal açma talaş kaldırma simülasyonu kaynak sonrası ve talaş kaldırma sonrası (çevresel gerilme) simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 8. de gösterildiği gibi kaynak sonrasında elde edilen simülasyon sonuçlarında ölçülen en yüksek (çevresel gerilme) gerilme değeri -87,64 MPa, kaynak üzerinden kanal açma talaş kaldırma işlemi uygulandıktan sonra aynı noktalar üzerinden elde edilen (çevresel gerilme) gerilme -163,54 MPa'dır. Şekil 9. Kanal açma talaş kaldırma simülasyonu kaynak sonrası ve talaş kaldırma sonrası (normal gerilme) simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 9. da gösterildiği gibi kaynak sonrasında elde edilen simülasyon sonuçlarında ölçülen en yüksek (normal gerilme) gerilme değeri -81,88 MPa, kaynak üzerinden kanal açma talaş kaldırma işlemi uygulandıktan sonra aynı noktalar üzerinden elde edilen (normal gerilme) gerilme değe -202,36 MPa'dır. Şekil 10. Kanal açma talaş kaldırma simülasyonu kaynak sonrası ve talaş kaldırma sonrası (kayma gerilmesi) simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması

223 Şekil 10. da gösterildiği gibi kaynak sonrasında elde edilen simülasyon sonuçlarında ölçülen en yüksek (kayma gerilmesi) gerilme değeri 40,49 MPa, kaynak üzerinden kanal açma talaş kaldırma işlemi uygulandıktan sonra aynı noktalar üzerinden elde edilen (kayma gerilmesi) gerilme değer 26,80 MPa'dır. 187 Şekil 11. Delik delme talaş kaldırma simülasyonu kaynak sonrası ve talaş kaldırma sonrası (çevresel gerilme) simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 11. de delik delinen bölgede gerilme boşalmaları olduğu için bazı noktalarda gerilme değeri sıfır olmaktadır. Bundan dolayı gerilme değerleri en yüksek değer gösteren noktalardan alınmamıştır. Simülasyon sonuçlarında kaynak sonrasında 4 nolu noktadan alınan (çevresel gerilme) gerilme değeri 127,80 MPa, kaynak üzerinden delik delme talaş kaldırma işlemi uygulandıktan sonra aynı noktalar üzerinden elde edilen (çevresel gerilme) gerilme değeri 66,88 MPa'dır. Şekil 12. Delik delme talaş kaldırma simülasyonu kaynak sonrası ve talaş kaldırma sonrası (normal gerilme) simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 12. de delik delinen bölgede gerilme boşalmaları olduğu için bazı noktalarda gerilme değeri sıfır olmaktadır. Bundan dolayı gerilme değerleri en yüksek değer gösteren noktalardan alınmamıştır. Simülasyon sonuçlarında kaynak sonrasında 5 nolu noktadan alınan (normal gerilme) gerilme değeri -253,75 MPa, kaynak üzerinden delik delme talaş kaldırma işlemi uygulandıktan sonra aynı noktalar üzerinden elde edilen (normal gerilme) gerilme değeri -289,62 MPa'dır.

224 188 Şekil 13. Delik delme talaş kaldırma simülasyonu kaynak sonrası ve talaş kaldırma sonrası (kayma gerilmesi) simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 13. de delik delinen bölgede gerilme boşalmaları olduğu için bazı noktalarda gerilme değeri sıfır olmaktadır. Bundan dolayı gerilme değerleri en yüksek değer gösteren noktalardan alınmamıştır. Simülasyon sonuçlarında kaynak sonrasında 6 nolu noktadan alınan (kayma gerilmesi) gerilme değeri 63,37 MPa, kaynak üzerinden delik delme talaş kaldırma işlemi uygulandıktan sonra aynı noktalar üzerinden elde edilen (kayma gerilmesi) gerilme değeri 75,46 MPa'dır. Elde edilen veriler sonucunda kaynak işlemi uygulanmış bir malzemeye daha sonra talaş kaldırma işlemi uyguladığımızda kaynak sonrasında oluşan kalıntı gerilmeler artararak devam etmektedir. Düzlem yüzey üzerinden talaş kaldırma ve kanal açma işlemleri sonucu elde edilen kalıntı gerilmeler kaynak sonrası oluşan kalıntı gerilmelere göre artmış bir şekilde paralellik göstermektedir. Delik delme işleminde ise delik çevresinde oluşan gerilmeler her iki durumda paralellik göstermekte ancak delik bölgesindeki talaşın kaldırılmasını takiben gerilme boşalması olmasından dolayı değerler sıfır olmaktadır. 4. SONUÇLAR Bu çalışmada kaynak işlemini takiben talaş kaldırma işlemi uygulandığında kalıntı gerilmelerin değişimi incelenmiş ve aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar ışığında, bir malzemeye kaynak işlemi uygulandıktan sonra talaş kaldırma işlemi uygularsak, malzemenin iç yapısında oluşan kalıntı gerilmeler ilk duruma paralel bir karakter göstererek artmaktadır. Yukarıda açıklanan sonuç üç farklı talaş kaldırma çeşidinde benzerlik göstermektedir. Ve pek çok talaş kaldırma biçiminde kullanılabileceğine dair bize fikir sunmaktadır. 5. KAYNAKLAR [1] Nihat Akkus, Garip Genc, Fatih Yalcin The simulation of the cutting tool chip interface with numerical modelling during orthogonal cutting, 19 22, 2012 [2] Yusuf Kaynak, Matkap ile delik delme esnasında kesme parametrelerinin kesme kuvveti ve sıcaklığın değişimine etkisinin deneysel olarak incelenmesi, İstanbul, 2006 [3] Ahmet Çapkın, Talaşlı üretimde kesme işleminin sonlu elemanlar modeli ile incelenmesi, 2007, İstanbul [4] Linjie, Z., Jianxun, Z., Kalaoui, H., Li, H., Wang, Y.: A comparative study of the residual deformation of an Automotive gear-case assembly due to deep-penetration high-energy welding, Journal of Materials Processing Technology, 190, 2007, [5] Abdullah Kurt, Talaş kaldırma sırasında oluşan kesme kuvvetleri ve mekanik gerilmelerin deneysel olarak incelenmesi ve matematiksel modellerinin oluşturulması, Ekim, 2006 [6] Dursun APAYDIN, AISI4340 malzemenin tornalanmasında oluşan kesme kuvvetlerinin sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi, Mayıs, 2009 [7] MSC MARC Mentat 2010r1, MSC Software Corporation, 2010

225 189 METALİK VE POLİMERİK AKILLI MALZEMELERİN BİYOMÜHENDİSLİK UYGULAMALARI Savaş DİLİBAL 1, Murat KAZANCI 2 1 Gedik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, 34876, Kartal, İstanbul 2 Bahçeşehir Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Temel Bilimler Bölümü, 34746, Yenisahra, Kadıköy, İstanbul Özet Metalik ve polimerik akıllı malzemeler fonksiyonel özellikleri nedeniyle birçok mühendislik alanında geleneksel malzemelere kıyasla tercih edilen malzemeler haline gelmiştir. Bu malzemelerin en fazla uygulama alanı bulduğu mühendislik alanlarından biri de biyomühendislik uygulamalarıdır. Bu çalışmada biyomühendislik alanında malzeme seçiminde etkin olarak rol oynayan temel faktörler ortaya konularak, metalik ve polimerik akıllı malzemelerin fonksiyonel özellikleri biyomühendislik uygulamalarından örnekler verilerek incelenecektir. Anahtar kelimeler : Akıllı malzemeler, biyouyum, biyomühendislik, polimerik malzemeler, şekil hafızalı alaşımlar 1. GİRİŞ Biyomühendislik uygulamalarda malzeme seçiminde temel koşul elde edilecek ürünün insan vücuduyla (in vivo) uyumlu olarak çalışmasını sağlamaktır. Bu önkoşulun sağlanması ile birlikte seçilen malzemenin uzun servis ömrü ve kararlı bir davranış göstermesi seçilen malzemenin biyomühendislik alanında kullanımını güçlendirmektedir. Günümüzde malzeme seçiminde önemli rol oynayan faktörlerden birisi de seçilen malzemenin fonksiyonel birkaç özelliği üzerinde barındırarakinsan vücudu ile uyumlu bir şekilde çalışabilmesidir. Son 20 yıl içerisinde akıllı malzeme sistemleri ile ilgili yapılan yoğun araştırmalar bu malzemelerin birçok biyomühendislik uygulamasında kullanılmasını yaygınlaştırmıştır [1]. Bu malzemeler kullanılarak yapılan in-vivo ve in-vitro testler malzemelerin korozyon, yorulma, yüzey aşınması ve mekanik uyumu ile birlikte biyouyumu hakkında da detaylı deneysel sonuçlar alınmasını sağlamıştır. Bu çalışmada metalik ve polimerik akıllı malzemelerin biyomühendislik alanda yaygın kullanım alanları detaylı olarak açıklanmıştır. Metalik akıllı malzemelerin kullanımalanları olarak kanal aletleri, implant sistemleri, stentler ve kemik zımbaları, polimerik akıllı malzemelerin kullanım alanları olarak ilaç taşıyıcı sistemleri, biyosensörler, doku mühendisliği ve biyomimetik enerji dönüştürücü sistemler incelenmiştir. 2. METALİK AKILLI MALZEMELERİN BİYOMÜHENDİSLİK UYGULAMALARI Biyomühendislik uygulamalarda nikel-titanyum (NiTi) akıllı malzemeler yüksek korozyon dirençleri, yorulma ömürleri ve biyouyum göstermeleri sebebiyle metalik akıllı malzemeler içerisinde en yaygın kullanılan malzemelerdir. Östenitik NiTi malzemelerin yaklaşık %8 oranınakadar süperelastik davranış göstermesi ve termomekanik olarak geri kazanılabilir bir martenzitik mikroyapıya sahip olması bu malzemelerin biyomühendislik alanında kullanımını artırmıştır [2]. 2.1 NiTi Endodontik Döner Kanal Eğeleri Önceleri paslanmaz çelik malzemeler kullanılarak üretilen endodontik döner kanal eğeleri tedavi esnasında diş kökü içerisinde kırılma ve diş içerisinde uygun açısal şekli sağlamada yetersiz

226 kalmasından ötürü yerini NiTi kanal eğelerine bırakmıştır [3]. Östenitik NiTi alaşımların süperelastik özelliği kullanılarak geliştirilen NiTi endodontik döner kanal eğeleri ile ilgili örnekler Şekil 1. de gösterilmiştir. 190 Şekil 1. Östenit fazdaki nikel-titanyum eğelerin endodontik tedavide kullanmı 2.2 NiTi İmplant Sistemleri İmplant malzemeleri için en önemli iki koşul vücut içerisinde (in vivo) implanteedildiği bölge ile hem biyouyum hem de mekanik uyum sağlamasıdır. Bu alanda geleneksel olarak kullanılan en yaygın metalik malzemeler 316L paslanmaz çelik,co-cr alaşımları ve Ti alaşımları (Ti-6Al- 4V) dır[4]. NiTi alaşımların histeretik sönümleme davranışıalaşımların birçok implant sisteminde kullanılmasını sağlamıştır. Bu sistemlerle ilgili en son geliştirilen ürünlerden bir tanesi,ayak tabanında elastik bir davranışın kazandırıldığı NiTi implant sistemidir (Şekil 2). Şekil 2. Nikel-titanyum implantın silindirik titanyum boru içerisine yerleştirilerek ayak tabanınaelastik davranışın kazandırılması [4] 2.3 NiTi Stentler Vücut sıcaklığında kendiliğinden genişleyen (self expending) stentler olarak bilinem NiTi stentler özellikle periferik damarlarda yaygın olarak kullanılan biyomühendislik uygulamalarındandır[5]. Damar içerisinde bir klavuz tel/kateter yardımıyla tıkanık olan bölgeye kadar taşınan bu stentler, kateter içerisinden çıkarılması ile birlikte damar çeperine doğru kendiliğinden genişleyerek tıkanık bölgede bulunan lipit tabakanın açılmasını sağlar [6]. NiTi stentin damar içerisindeki davranışı Şekil 3. de detaylı olarak gösterilmiştir.

227 Şekil 3.a) Nikel-titanyum stent,b) NiTi stentin kateter içerisine yerleştirilmesi, c) Kateter içerisinden NiTi stentin çıkarılması, d) Östenitik NiTi stentin damar içerisinde kendiliğinden genişleyerekdamardaki tıkanık bölgeyi açması[6] 2.4 NiTi Kemik Zımbaları Östenitik NiTi kemik zımbaları öncelikle sıvı nitrojen ortamında % 100 oranında martenzitik faz sıcaklığına (-20 C) getirilerek deformasyona uğratılarak kemik içirisine yerleştirilmek üzere hazır hale getirilir. Nikelce zengin (atomik olarak % aralığında) kompozisyona sahip olduklarından dolayı vücut sıcaklığında (36.5 C) östenitik fazda bulunurlar. Kemik içerisine yerleştirilmesiyle birlikte alaşım martenzit fazdan östenit faza geçerken makroskopik olarakta orjinal ilk şekline dönmeye çalışır. Kemiğe uyguladığı eksenel basma kuvvetleri kırık bölgesinin daha sıkı bir şekilde tutulmasını sağlayarak kırık bölgesinde daha hızlı kaynamanın oluşmasına zemin hazırlar [7]. 191 Şekil 4. Nikel-Titanyum kemik zımbaları a) NiTi kemik zımbasının martenzit fazdaki şekli, b) NiTi kemik zımbasının martenzit fazda deformasyon ile U şekline dönüştürülmesi, c) Östenit fazdaki NiTi zımbanın martenzitik fazdaki şekline dönmek için gerilme uygulaması 3. POLİMERİK AKILLI MALZEMELERİN BİYOMÜHENDİSLİK UYGULAMALARI 3.1 Polimerik İlaç Taşıyıcı Sistemler Günümüzde pek çok ilaç tedavisi ağızdan veya enjeksiyon yoluyla yapılmaktadır. Pek çok kronik tedavi yöntemi ise ağrılı ve hasta için hoş olmayan yöntemleri içermektedir. Bu nedenle son yıllarda alternatif tedavi yöntemleri araştırılmakta ve özellikle kronik hastalıkların tedavisinde ağız yoluyla farklı tedavi yöntemleri üzerinde çalışılmaktadır. Ağız yoluyla polipeptid tedavisinde karşılaşılan başlıca sorunlar; midenin asit ortamında biyolojik olarak degredasyon; bağırsaklarda enzimler ile degredasyon ve sindirim sistemi boyunca kötü bir ilaç emilimi olarak sıralanabilir. Bütün bu sorunların üstesinden gelmek için uygun taşıyıcı sistemlerin kullanılması ilk akla gelen seçenektir. Bu amaca uygun olarak seçilen; ısı veya ph a duyarlı polimerlere sıvı ortamda polipeptidler yüklenebilir; bu şekilde korunması sağlanan polipeptid yapılı ilaçlar, istenen hedeflere yönlendirilebildikleri gibi, sindirim sisteminde emilimleride arttırılabilir [8]. Akıllı polimer malzemelerin üretilmesine yönelik çalışmalar, iki temel alanda yoğunlaşmaktadır: a) zamana bağlı ilaç salınımı (gün/hafta/ay/yıl) ve belirli bir hedefe yönelik ilaç salınımı (tümör/hasta kan damarı gibi). Belirli hedefe yönelik ilaç salınımı pek çok ilaç türünü kapsasa da, bu alandaki çalışmalar özellikle iki önemli konu üzerinde yoğunlaşmaktadır; proteinlerin ilaç sanayinde kullanılmaya başlanmış olması ve protein makromoleküler yapıların polimer yapılı matrislerden zamana bağlı olarak salımının küçük moleküllere göre daha uygun olması. Son yıllarda moleküler biyoloji alanında sağlanan gelişmeler ışığında, protein izolasyonu ve diziliminin tespit edilmesinin hemen ardından, genetik kodlaması sentetik olarak yapılarak, hücre içinde kontrollü bir şekilde proteinin üretilmesi sağlanabilmektedir. Bu alanda elde edilen başarılar, protein ve peptid tedavisinin tanımlanması ve geliştirilmesinde, kanser tedavisinde kullanılmak üzere antibadilerin üretiminden, kan hücrelerinin gelişimini sağlayacak büyüme faktörlerinin üretimine, sistik fibrosis belirtilerinin kontrolünü sağlayacak enzimlere kadar

228 geniş bir alanı kapsamaktadır. Muhtemelen polimer yapılı taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesindeki en önemli motivasyon, son yıllarda geliştirilen moleküllerin aktif hale geçebilmesi için belirli hedef noktalara taşınmasına duyulan ihtiyaçtan kaynaklanmaktadır [9]. Kontrollü taşıyıcı sistemler genelde difüzyon temelli salınım mekanizmasına sahip olup; bunlara sistematik ilaç sirkülasyonuna veya belirli bir noktaya ilaç tedavisi uygulanması gerektiğinde daha çok ihtiyaç duyulmaktadır. Örnek olarak, klasik polimer yapılı taşıyıcı sistemlere en iyi örnek steroid dispersiyon ile doldurulmuş silikon tüplerden meydana gelen Norplant verilebilir. İlaç salınımı tüp duvarlardan steroidin geçişkenliği ile kontrol edilmekte ve birkaç yıl boyunca düzenli salınım sağlanabilmektedir. Tanecikler halindeki ilaç tüp yüzeyine geldiğinde çözünmekte ve dışarıya difüzyonla salınımı gerçekleştirilmektedir. Sırasıyla daha geride bulunan taneciklerde çözünmeye başlayıp, salınımları gerçekleşmekte ve bu şekilde proses saatler, günler hatta haftalar boyunca devam etmektedir. İlk üretilen sistemler Etilen Vinil Asetat (EVA) gibi bozunmayan malzemelerden üretilmiştir, vücut sıcaklığında kauçuğun özelliklerine benzer nit elik kazanan bu malzeme üzerine çözelti temelli teknikler kullanılarak moleküllerin homojen dağılımı ile emdirilmesi sağlanmakta idi [9]. Polimer seçiminde ilaç-polimer etkileşimleri önemli bir etmen oluşturmaktadır, özellikle bu protein temelli ilaçlarda daha da önem kazanmaktadır. Protein emdirilen taşıyıcı sistemlerin su ile teması protein-protein veya protein-polimer arasında kimyasal etkileşimlere yol açıp, ilacı etkisiz hale getirme gibi bir durum ortaya çıkartabilmektedir. Biyolojik olarak bozunmayan taşıyıcı sistemler, ancak kullanımdan sonra, hastanın çekip çıkartabileceği durumlarda tercih edilmektedir. Göz ve vajina gibi bölgelerde kullanılması mümkündür [10]. Polipeptid temelli ilaçların ağız yoluyla alınmasında önerilen N-isopropylacrylamid (NIPAAm), butylmethacrylate (BMA) ve akrilik asit (AA) terpolimerlerinin bu amaca uygun ph ve ısıya hassas polimer yapılar olarak kullanılması önerilmiştir [8]. NIPAA polimerin ısıya karşı duyarlılığını, AA ph hassasiyetini sağlarken, BMA mekanik özelliklerini kontrol etmektedir. Bu sebeple, bu polimerler, ph ve ısı hassasiyetlerine bağlı olarak, sindirim sisteminde gastrit ile çözünmesinin önüne geçilmekte; polimer doğal ph değerlerinde çözündüğünden, emilimin sağlandığı bağırsak bölgesinde kana karışmaktadır. Yüksek moleküler ağırlığına sahip hidrofilik polimerler, şişmekte ve insülini 8 saat gibi uzun bir sürede yavaş salınımlarla serbest bırakmaktadır. ph ve ısı hassasiyetine sahip polimer tanecikleri bu özellikleri sayesinde, peptid ve protein temelli ilaçları sindirim sisteminde istenilen bölgelere iletip, istenilen sürelerde salınımını sağlamaktadır. Düşük moleküler ağırlığına sahip hidrofilik polimerler, ağız yoluyla ilaç taşınımında ince bağırsakların alt kısmına kadar ilaçları taşıyabilirken, aynı özelliklere sahip yüksek moleküler ağırlıklı polimer tanecikleri ilaçları kalın bağırsağa kadar taşıyabilmektedir. Hidrojeller de ilaç taşıyıcı sistemler olarak ilgi çekmektedir. Mesela ancak glukoz bulunan ortamda gerçekleşen enzimatik reaksiyonlar, insülin gibi ilaçların salınım mekanizmalarını düzenlenmesinde kullanımı mümkündür. Kullanımda olan akıllı hidrojeller sınırlı sayıda polimer ve bunların ürünlerinden oluşmaktadır, örneğin metilakrilikasit ve kopolimerleri, akrilamid ve N- isopropilakrilamid gibi. 3.2 Polimerik Biyosensörler Bir biyosensör, biyolojik olarak duyarlı bir element (enzim) ve transducer (elektrot) tan oluşan tanımlayıcı bir sistemdir. Biyosensör reaksiyona giren herhangi bir ürünün konsantrasyonunda meydana gelen değişimleri ölçer. Bir biyosensörde, elektrot transduser olarak kullanıldığında, biyolojik reaksiyon sonunda ürünlerin herhangi birinin konsantrasyonunda meydana gelen değişiklik elektrik sinyaline dönüştürülür [11]. Biyosensörü oluşturan temel mekanizmalar; ölçülen parametre, transdüserin çalışma prensibi, fiziksel ve kimyasal model, sensör üretimi için gerekli malzeme ve teknolojilerdir [12]. İlk kan p02 elektrodu 1953 yılında tanıtılmış olup [13] ve ilk biyosensör bu elektrot üzerine enzim membran uygulanarak üretilmiştir [14]. Biyosensörlerde kullanılan enzimler; kan, vücut sıvıları ve dokulardaki karbonhidrat, protein, aminoasit ve farklı metabolizma ürünlerinin konsantrasyonlarını ölçmek üzere geliştirilmiştir [15, 16]. İmünosensörler kullanılarak, biyolojik olarak aktif moleküllerin, antibadi ve antijenler gibi, konsantrasyonlarını da ölçmek mümkündür [17]. 192

229 Son yıllarda DNA hasar ve mutasyonunu [18, 19], DNA sıralaması ve hibritizasyonunu [20] tespit etmek üzere geliştirilen biyosensörler tıp alanında önemli bir gelecek vaat etmektedir. Biyosensörler, biyolojik ve sentetik işlemlerin sürekli takibi ve bu proseslerin daha iyi anlaşılması için yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır [11]. En yaygın uygulamaları, çevresel etmenlerin takibi, tarım, besin, ilaç endüstrisinde kimyasal ölçümler ve tıbbi tanı (glukoz sensörlerle diabet tanı ve tedavisi). Hızlı ve yüksek seçicilikleri ile biyosensörler, endüstriyel ve klinik kimya alanında, sürekli ve gerçek zamanlı ölçümlerle geleneksel analitik metodların yerini alması için çalışmalar devam etmektedir. Örneğin biyolojik bileşenleri ayırmak için kullanılan kromotografik yöntemde, gözenekler seçilen akıllı polimerik zincirlerle kaplanılarak, çevresel etmenlere karşı hızlı bir şekilde reaksiyon vermesi sağlanabilir ve seçici bir şekilde geçicilik kontrol edilebilir [21]. Biyosensörler, çevre ve endüstri ile ilgili pek çok alanda başarı ile uygulanmışlardır. Ancak çoğu uygulama rutin klinik uygulamalardan çok akademik çalışmalar düzeyinde devam etmektedir. Bunun temel sebebi; biyosensör alanında kullanılan malzemelerin biyolojik uyumluluğunun zayıf olmasından kaynaklanmaktadır [22]. Yapılacak olan yeni çalışmaların yeni malzeme geliştirilmesi üzerine yoğunlaşması, özellikle biyolojik uyumluluk sorununu çözecek yeni kopolimerlerin geliştirilmesi ve klinik takip uygulamalarında daha geniş bir uygulama alanı bularak, kullanımının yaygınlaştırılması üzerinde çalışmaların yapılması beklenmektedir. 3.3 Doku Mühendisliği İnsan vücudu genelde hastalık geçirmiş veya zarar görmüş dokuları yeniden üretme kapasitesine sahiptir. Ancak bu yenilenme işlemi, yenilenme için gerekli olan biyolojik sinyalin tamamen yok olması veya yenilenmeyi gerçekleştirecek hücre sayısının yetersiz kalması gibi sebeplerle gerçekleşmeyebilir [23]. Doku mühendisliği mevcut tedavi yöntemlerine bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Yeni fonksiyonel dokular, biyolojik olarak uyumlu biyomalzemeler kullanarak hücre ekilmesi yoluyla ya da biyomalzemeler üzerine çevre dokulardan elde edilen büyüme faktörlerinin eklenmesi yoluyla üretilmektedir. Doğal Ekstraselüloz Matriks (ECM) doku oluşturmak üzere hücreleri bir araya getirerek, doku yapısını kontrol etmekte ve hücre tipini düzenlemektedir. Biyomalzemeler, vücudun istenen bölgesine biyoaktif faktörlerin veya hücrelerin yerleştirilmesine ve taşınmasına yardımcı olan, yeni doku oluşumu için uygun yapıya sahip ve bu yeni dokuyu istenen fonksiyonlar için yönlendirebilecek üç boyutlu malzemeler olarak tanımlanabilir. Daha öncesinde biyomalzeme kullanılmadan hücrelerin direkt olarak enjeksiyon ile vücuda iletilmesi denenmiş, ancak bu yöntem hücrelerin belirlenen bölgeye iletilmesi ve kontrolünde zorluklara neden olmuştur. Ayrıca memeli hücrelerinin büyük bir çoğunluğu, bir yüzeye tutunarak geliştiğinden; tutunup, yerleşebileceği bir yüzey sağlanmadığı takdirde bu hücre ölümlerine neden olmaktadır. Kullanılan biyomalzeme, kullanım esnasında in-vivo ortamdaki kuvvetlere karşı gerekli mukavemeti sağlayarak, doku gelişimi süresince tasarlanan malzeme yapısının korunmasını sağlamalıdır. Biyomalzeme hücre fonksiyonlarını düzenleyecek, büyüme faktörleri ve hücrenin tutunmasını sağlayacak peptidler gibi biyoaktif sinyaller ile yüklenebilir. Biyomalzemenin seçimi ve tasarımı oldukça önemlidir. Biyomalzeme, ekilen ve/veya kullanılması tasarlanan bölgedeki hücreler ile gerekli temas/iletişimi sağlayarak, tasarlanan sentetik dokunun planlandığı şekilde işlevini gerçekleştirmesi ve yapısını korumasını kontrol edebilmelidir. Genel olarak, ideal bir biyomalzeme; biyolojik olarak uyumlu, hücre ile etkileşimi ve doku gelişimini destekleyen ve arzulanan mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olan malzemedir. Seçilen biyomalzeme biyolojik olarak bozunmalı ve herhangi bir olumsuzluğa sebep olmadan, normal/doğal dokunun oluşumunu sağlamak için zamanla vücut tarafından uzaklaştırılabilmelidir. Bu şekilde, vücutta sürekli kalıcı olan yabancı malzemelere karşı vücudun geliştirebileceği karşı reaksiyonlarında önüne geçilebilecektir. Biyomalzemenin bozunması esnasında ortaya çıkan ürünler inflamasyona ve toksik reaksiyona sebep olmamalı ve metabolik olarak uzaklaştırılabilmelidir. Bozunma hızı ve implant çevresindeki dokulardaki bozunma ürünlerinin konsantrasyonu kabul edilebilir düzeyde kalmalıdır. Biyomalzeme aynı zamanda, hücrelerin tutunması, yapışması, migrasyonu ve farklılaşması gibi hücre davranışlarınıda düzenlemeli ve fonksiyonel yeni doku gelişimini desteklemelidir. Tasarlanan doku üstünde hücre davranışı kendi mikro çevresinde farklı 193

230 etkileşimler ile düzenlenebilmektedir, buna çözünebilen büyüme faktörleri ve hücre-hücrenin tutunmasını sağlayacak kimyasal grupların etkileşimleri dahildir. Biyomalzeme aynı zamanda büyüme faktörleri ve hücre içinde dokuya özgü gen ekspresyonunu destekleyecek biyoaktif acentlerin gerektiğinde salınımını sağlayacak bir depo olarak da kullanılabilir. Biyomalzeme aynı zamanda tasarlanan büyüklük ve şekilde doku üretilmesi için gerekli mekanik özelliklere de sahip olmalıdır. Belirli bir süre için biyomalzemenin sağlayacağı mekanik destek, doku gelişimi için gerekli olan alanın korunmasını ve çevre dokular tarafından uygulanan kuvvetlere dayanmasını sağlayacaktır. Bu mekanik destek gelişen dokunun kendi kendine yeterli olup, kendini destekleyecek güce ulaşana kadar devam etmelidir. Bu da ancak uygun mekanik ve bozunma özelliklerine sahip biyomalzeme seçimi ile gerçekleştirilebilir. Genelde yüksek yüzey alan / hacim oranı biyomalzemeden istenen bir özelliktir. Böylece yüksek miktarda hücre transferi gerçekleştirilebilir. Yüksek gözeneklilik oranı, gözeneklerin birbiri ile bağlantılı olması ve uygun gözenek boyutları çevre dokular ile bütünleşmesi ve doku büyümesini sağlayacak önemli ve istenen özelliklerdendir. Gözenekliliği, gözenek boyut ve yapısını kontrol etmek üzere birkaç alternatif teknik geliştirilmiştir. Doku mühendisliğinde genel olarak üç tür biyomalzeme kullanılmaktadır [24]: doğal kaynaklardan elde edilen malzemeler (kollajen ve alginat), doku hücresi kaynaklı malzemeler (sabmukoza) ve sentetik polimerler (poliglikolikasit (PGA), polilaktikasit (PLA), ve polilaktik-koglikolik asit (PLGA)). Biyolojik olarak çözünen polimerlerin çoğu, hücre tutunmasını sağlayacak özelliğe sahiptir. Doğal yapılı polimerlerden alginat ve agaroz doku malzemesi olarak ilk kullanılan malzemelerdendir. Polyesterler (PGA, PLA ve PLGA) doku mühendisliğinde çok kullanılan hidroksi asitlerdir. Bu polimerler ester bağlarına sahip olup, enzimatik olmayan hidroliz yöntemi ile bozunmaktadır. PGA, PLA ve PGLA bozunma ürünleri toksik olmayıp, doğal olarak bozunmakta ve vücuttan karbondioksit ve su olarak uzaklaştırılmaktadır. Polimerin bozunma süresi kristallik oranları, moleküler ağırlıkları ve laktik asit glikolik asit kopolimer oranları değiştirilerek birkaç haftadan birkaç aya kadar değiştirilebilir. Bu polimerler termoplastik olduklarından istenen boyut ve özelliklere uygun olarak farklı teknikler kullanılarak şekillendirilebilir; kalıplama, ekstrüksiyon, faz ayırma ve çözeltiden buharlaştırma, bu tekniklerden sadece bir kaçıdır. En önemli dezavantajı sentetik olması ve biyolojik olarak tanımlanmamasıdır [24]. Polianhidridler ve poliortoesterler kolay şekil verilebilen ve doku mühendisliğinde kullanılan diğer polimerlerdir. Bunlar arasında akıllı biyomalzeme olarak kullanıma en uygun olan grup polipropillerdir [25]. Pek çok polianyon grupları içerecek şekilde üretilebilir. Polipropil oksidize olduğunda, ana zincir etrafında pek çok pozitif şarj barındıran polikatyon görünümündedir. Bu durumda polipropil ile polianyon gruplar arasında etkileşimler ortaya çıkmaktadır. Bu prosese dopping adı verilmektedir. Polimerin tekrar indirgenmiş durumuna döndürülmesi ise polipropil üzerindeki pozitif yükleri ortadan kaldırmakta ve malzeme içinde polianyonlarla olan etkileşimi ortadan kaldırmakta, bu da malzemenin kimyasal ve fiziksel özelliklerinde değişimlere sebep olmaktadır. Bu özellik polipropil kompozitlerin kimyasal tespit, ayırma ve sentetik kas profillerinin üretimine kadar pek çok alanda kullanılmasının önünü açmaktadır. Bu malzemelerin elektriksel özellikleri, diğer pek çok biyomalzemede olmayan malzeme üzerinde yüksek oranda kontrol edilebilirlik gibi ayırıcı bir özellik ortaya çıkartmaktadır. Elektrosentez yöntemi, yüklenen büyüme faktörü gibi özel moleküller in istenildiği zaman salınması ile hücre aktivitelerinin kontrolü gibi malzemeye dinamik özellikler kazandırmaktadır [25, 26]. Doğal ve sentetik yapılı polimerlerin avantajlı özelliklerini bir araya getirmek için, iki malzemenin karıştırılarak kullanılması son yıllarda yaygın bir metot haline gelmiştir. Bu yeni malzeme karışımı, doğal malzemelerin avantajlı biyolojik özellikleri ile sentetik malzemelerin kontrol edilebilir mekanik ve kolay işlem görülebilirlik gibi özelliklerini bir araya getirmelidir. Yaygın olarak kullanılan sentetik malzemeler hücre fonksiyonlarını düzenleyecek biyolojik sinyallere sahip değillerdir. Hücre tutunmasını sağlayacak proteinler rastgele malzeme yüzeyi tarafından absorplanmaktadır. Hücre tutunmasını desteklemek için doğal ECM içinde bulunan hücre tutunmasını sağlayan peptid grupların malzemeye katılması kullanılan bir yöntemdir. Büyüme faktörleri ve DNA yine aynı şekilde sentetik malzeme yapısına katılabilir. Aynı yöntem farklı hücre fonksiyonlarını düzenleyecek diğer özel sinyaller içinde kullanılıp, bu doğal yapılar, sentetik malzemeye eklenebilir. Örneğin Saltzman vd. [23] kontrollü bir şekilde sinir büyüme faktörünü salımlayacak yeni bir polimer yüzey oluşturmuşlardır. Bu 194

231 büyüme faktörü sayesinde uzun süreli olarak kolinerjik sinir hücrelerinin hayatta kalması başarılmıştır. Polimer tasarımı değiştirilip, oluklu bir yapı ile biyolojik aktivitelerin belirli bir oryantasyon ile kontrolü de mümkündür. Böylece sinir hücrelerinden oluşan farklı yapıların elde edilmesi, belirli bağışıklık sistemlerinin aktif hale geçirilmesi ve ekilen hücre ve doku segmentlerinin hayatta kalma sürelerinin uzatılması da mümkün olmaktadır. Bu yöntem, Parkinson hastalığı gibi dokuyu tahrip eden hastalıklarla mücadelede kullanılabilecek bir taktiktir. 3.4 Biyomimetik Enerji Dönüştürücüler Yaşayan organizmalarda meydana gelen kimyasal enerjinin mekanik enerjiye dönüştürülmesi işlemini etkili bir şekilde taklit etmek için çok sayıda çalışma yapılmaktadır. İyonik hidrojeller, organik çözücü konsantrasyonuna, iyonik kuvvetlere, ısı ve ph gibi etmenlerle bağlı olarak volümetrik değişim (faz değişimi) göstermektedir [27]. Faz değişimi esnasında, şişkin ve çökmüş haldeki jel hacmi birkaç yüz mislideğişmekte ve bu da önemli bir kuvvet yaratmaktadır. Elektrik alan kolayca manipüle edilerekpolimer jelde faz değişimiortaya çıkartılabilmektedir. Kimyasal olarak bağlanmış polivinilalkol zincirleri, poliakrilik asit zincirleri ile birleşerek hem iyi mekanik özellikler ve hem de elektrik alana bağlı olarak hızlı katlanma özellikleri sergilerler: 1 mm çapındaki jel çubukları elektrik alan uygulanması ile 1 sn içinde yarı dairesel olarak katlanabilirler [28]. Örneğin jel kuyruk monte edilmiş oyuncak bir balık, sinüzoidal olarak elektrik alanının değiştirilmesi ile 2 cm s -1 hızla ileri doğru yüzdürülebilir veya dört jel parmak monte edilmiş mekanik bir el 9 g ağırlığındaki bir yumurtayı sodyum karbonat çözeltisinden alıp, kırmadan tutabilir ve bunu elektrik sinyali ile kontrol etmek mümkündür [28].Elektrik alana tepki veren polimer jeller pozitif olarak yüklenmiş moleküllerin polianyon polimerlere bağlanması ile de elde edilebilir [29]. Yukarda bahsedilen el modeli bir çözelti içinde çalışmaktadır. Aynı şekilde iki parmaktan oluşan ve havada çalışan el modeli elektrot olarak jelin iç kesime yerleştirilen platinyum teller kullanılarak oluşturulabilmektedir. Parmaklar içe doğru kıvrılmakta ve bir kâğıdı yakalayabilmektedir [30]. Diğer bir katı halde çalışan suni kas modeli polipirrol ve poliepiklohidrin-ko-etilenoksid) ile LiClO4 (polimer yapılı elektrot) tan oluşturulmakta ve polimer zincirler arasındaki itme veya çekme kuvvetlerine göre jel şişmekte veya çökmektedir. N-isopropilakrilamid ve akrilik asitten oluşan kopolimer jeller biyokemomekanik sistemlerin oluşturulmasında kullanılmaktadır. ph değerine bağlı olarak akrilik asitteki COOH gruplarının iyonizasyonu çekim kuvvetlerini değiştirmekte; N-isopropilakrilamid gruplarının hidrofobik etkileşim sonucunda dehidrolize olmasıyla yeni çekim kuvvetleri oluşmaktadır. Yeni çekim kuvvetlerinin etkin hale gelmesi ile jel çökmekte ve jel boyutları 1,5 kat küçülmektedir, ancak işlem 6 saat gibi uzun bir süre almaktadır. Biyomimetik enerji dönüştürücüler, yaşayan organizmalarda oldukça sık rastlanan, kimyasal enerjiyi etkin bir şekilde mekanik enerjiye dönüştüren akıllı polimerlerden oluşan biyokemomekanik sistemlerdir. İlerde geliştirilecek sistemlerde mekanik prensiplerden çok biyolojik prensiplerin ön plana çıkması beklenmektedir. Biyolojik sistemlerin aksine biyomimetik enerji dönüştürücüler çok farklı ortamlarda biyolojik sistemlerin çalışamayacağı şartlarda çalışabilmektedirler. 4. SONUÇ Metalik ve polimerik akıllı malzemelerin mikro/mezo/makro yapısı ile fiziksel/mekanik özellikleri arasındaki ilişki deneysel çalışmalar yoluyla açıklığa kavuştukça bu malzemeler birçok yeni nesil biyomühendislik uygulamada kullanım alanı bulacaktır. Bu kapsamda, malzeme, tasarım ve uygulama üçgeninde mühendislik ve tıp alanlarında yapılacak ortak çalışmalar akıllı malzemelerin biyomühendislik alanda yapılacak uygulamalarını hızlandıracaktır. 195

232 196 KAYNAKLAR [1] NB. Morgan (2004)Medical shape memory alloy applications, the market and its products. Mater Science and Eng, A 378, [2]K.Gall, J. Tyber, V. Brice,C.P. Frick,H.Maier, and N. Morgan,(2005) J. of Biomedical Mat. Research Part A 75A4, [3] S. A. Thompson (2000) An overview of nickel titanium alloys usedin dentistry,international Endodontic Journal, 33, [4] The DynaNail system designed for tibiotalocalcaneal arthrodesis procedures to correct joint deformities or to revise failed total ankle replacements. [5] W.M.Wilson, N. LM. Cruden, (2013) Advances in coronary stent technology: current expectations and new developments, Research Reports in Clinical Cardiology, [6]A.E. Hurley, A. F. Saleeb, B. Dhakal, S. Dilibal, J.S. Owusu-Danquah, and S. A. Padula II, (2013) Finite Element Modeling of NiTi Shape Memory Alloy Stents and Bone Staples for Biomedical Applications, ASME Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems, September 16-18, Snowbird, Utah, USA. [7]Z.Lekston, D.Stroz, M. Drusik-Pawlowska (2012) Preparation and characterization of nitinol bone staples for cranio-maxillofacial surgery, J Mater Eng Perform 21: [8] C. Ramkissoon-Ganorkar, F. Liu, M. Baudys ve S. W. Kim American Chemical Society (1999) 22, [9] L. G. Griffith Poly. Biomater. Acta Mater. (2000) 48, [10] W. M. SAltzman, N. F. Jr. Sheppard, M. A. McHugh, R. B. Dause, J. A. Pratt ve A. M. Dodrill J. Appl. Poly. Sci. (1993) 48, [11] I. Karube ve Y. Nomura J. Molec. Catalys. B: Enzymatic (2000) 10, [12] W. Göpel ve K. D. Schierbaum. Chemical and Biochemical Sensors (ed. W. Göpel, T. A. Jones, M. Kleitz, J. Lundsstorm ve T. Seiyama) VCH, New York, Vol [13] L. C. Clark, R. Wolf, D. Granger ve Z. Taylor (1953) J. Appl. Pysiol. (1953) 6, [14] L. C. Clark ve C. Lyons Ann. NY Acad. Sci. (1962) 102, [15] V. Tvarozek, T. Hianik, I. Novotny, V. Rehacek, W. Ziegler, R. Ivanic ve M. Andel. Thin film in biosensor vacuum (1998) 50, [16] D. R. Coon, A. B. Ogunseitan ve G. A. Reichnitz Anal. Chem. (1997) 69, [17] M. H. V. Van Regenmortel, D. Altschuh, J. Chatellier ve L. Christensen J. Molec. Recognit. (1998) 11, [18] B.G. Healey, R. S. Matson ve D.R. Walt Anal. Biochem. (1997) 251, [19] E. Palecek, M. Fojta, M. Tomshick ve J. Wang Biosens. Bioelectron (1998) 13, [20] J. WangBiosens. Bioelectron (1998) 13, [21] F. Svec ve J. M. J. Frechet Ind. Eng. Chem. Res. (1999) 18, [22] S. Zhang, G. Wright ve Y. Yang Biosens. Bioelectron (2000) 15, [23] W. M. Saltzman MRS Bulletin (1996) 21, [24] B. S. Kim, C. E. Baez ve A. Atala World J. Urol. (2000) 18, 2-9. [25] B. Garner, A. Georgevich, A. J. Hodgson, L. Liu ve G. G. Wallace J. Biomed. Mater. Res. (1999) 44, [26] B. Garner, A. J. Hodgson, G. G. Wallace ve P. A. Underwood J. Biomed. Mater. Res. (1999) 10, [27] D. W. Urry Angew. Chem., Int. Ed. Engl. (1993) 32, [28] T. Shiga in Neutron Spin Echo Spectroscopy: Viscoelasticity, Rheology (A. Abe, ed.) Springer- Verlag (1997) [29] Y. Osada, H. Okuzaki, J. P. Gong ve T. Nitta Poly. Sci. (1994), 36, [30] T. Shiga, Y. Hirose, A. Okada ve T. Kurachi J. Intel. Mater. Sys. Struct. (1993) 4,

233 197 FİZİK ve İLERİ TEKNOLOJİ UYGULAMALARI Prof. Dr. Ali GÜNGÖR Bahçeşehir Üniversitesi

234 198

235 199

236 200

237 201

238 202

239 Editör Notu: Prof. Dr. Ali Güngör Bahçeşehir Üniversitesi nde Rektör Yardımcısı ve Provost olarak hizmet etmektedir. Son on yıldır Hidrojen Enerjisi Kongreleri ve İleri Teknolojiler Çalıştayı faaliyetlerine üst düzey yönetici olarak katkı sağlamaktadır. Fizik ve Bilgisayar dallarında uygulamaya yönelik çalışmaların yapılmasına önem vermektedir. Çalıştaylarda uygulamalı projeler ve bilimsel araştırmalar konusunda faaliyetlere katılmaktadır. IV. İTÇ toplantısına insan sağlığı ile ilgili konularda yapmış olduğu bir çalışmayla katılmış MR, NMR, sensörler, tomografi konularında teknik bir sunum ile faaliyetlerimize katkıda bulunmuştur. Faaliyetin açılışında ve kapanışında üniversite yetkilisi olarak görev yapmıştır. Bu faaliyetin her aşamasında çok değerli katkıları takdirle karşılanmaktadır. İnsan vücudunda temel bilimlerin pek çok uygulamasının olduğu, vücuttaki sensörler, mercekler, mekanizmalar ile yaşamımızı devam ettirdiğimiz konusundaki bildirisi biyomühendislik, tıp, fizik, kimya temel bilim dallarını kapsamaktadır. M. Oktay ALNIAK,

240 204 TEKSTİL ENDÜSTRİSİNDE NANOTEKNOLOJİ UYGULAMALARI Nihal SARIER 1 Emel ÖNDER 2 1 İstanbul Kültür Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Bakırköy, İstanbul; n.sarier@iku.edu.tr 2 İstanbul Teknik Üniversitesi, Tekstil Teknolojileri ve Tasarımı Fakültesi, Gümüşsuyu, İstanbul; onderem@itu.edu.tr Geleneksel tekstil endüstrisi, dünyada milyonlarca kişiye iş olanağı sağlayan bir alandır. Giderek zorlaşan küresel rekabet şartlarında sıradan tekstil ürünlerinin bu iş kolunun devamlılığını sağlaması mümkün değildir. Bu nedenle endüstri ve pazar, yenilikçi ve yüksek kaliteye sahip akıllı tekstil ürünlerine yönelmiş bulunmaktadır. Akıllı tekstiller, çevre koşullarını ve mekanik, ısıl, kimyasal, elektriksel, manyetik veya diğer kaynaklardan gelen uyarıcıları algılayan ve yanıtlayan malzeme ve yapılar olarak tarif edilmektedir. Çevre ile ilişkileri bakımından akıllı tekstiller üç gruba ayrılır. Bunlar: i) çevresel değişiklikleri algılayan akıllı pasif tekstiller, ii) çevresel değişiklikleri algılayan ve yanıtlayan akıllı aktif tekstiller, iii) çevresel değişiklikleri algılayan, yanıtlayan ve kendilerini bu değişikliklere uyarlayabilen çok akıllı aktif tekstiller olarak sınıflandırılır. Akıllı tekstiller, kullanıcılarına sağladığı kolaylıklar ile endüstriyel uygulanabilirlikleri bakımından büyük önem taşımaktadır. Nanoteknoloji, doğal ve yapay malzemeleri nano ölçekte tanımlayabilme, özelliklerini değiştirebilme ve nano ölçekte üretim yapabilme imkânını sunmaktadır. Nanoölçekte malzemelerden söz edildiğinde bir ya da birden fazla boyutu 100 nm ile 1 nm arasında yer alan malzemeler akla gelir (bkz. Şekil 1). Şekil 1. Nanometreden kilometreye karşılaştırmalı uzunluk skalası Endüstriyel uygulamalarda boyutları 1000 nm den daha küçük olana malzemelerin üretimi ve kullanımı nanoteknoloji uygulaması olarak kabul edilir. Malzeme, üretim, tasarım, mühendislik ve pazarlama alanlarını içeren çok disiplinli bir çalışma alanı olan nanoteknolojinin en önemli uygulama alanlarından birisi tekstil endüstrisidir. Nanoteknoloji sayesinde malzemelerin moleküler ve atomik düzeydeki davranışları kontrol edilerek makro düzeydeki işlevleri arttırılabilmekte ya da tümüyle değiştirilerek tekstiller akıllı ve çok akıllı hale getirilebilmektedir. Tekstillerde nanoteknoloji uygulamaları: Üretim yöntemleri bakımından tekstillerde nanoteknoloji uygulamaları: i) Nanolif ve nanoiplik üretimi, ii) Nanomalzemelerin makro yapılara katılması ile nanokompozit üretimi ve iii) Nanomalzemelerin doğrudan veya bir bağlayıcı ile tekstil yüzeyine uygulanması şeklinde yapılmaktadır. Malzeme özellikleri bakımından ele alındığında, nanoteknoloji uygulamaları ile

241 tekstillere kendini temizleme, kendini onarma, elektriksel iletkenlik, elektromanyetik kalkanlama, antimikrobiyallik, dinamik ısı yönetimi, güç tutuşurluk, mekanik dayanım gibi özellikler kazandırılarak akıllı tekstil üretimi yapılabilmektedir. Tablo 1 de tekstil uygulamalarına elverişli ticari olarak temin edilebilen nanomalzemeler özetlenmektedir. Bu yazıda tekstillerde nanoteknoloji uygulamaları malzeme özellikleri açısından ele alınmaktadır. 205 Tablo 1. Tekstil uygulamalarına elverişli ticari olarak temin edilebilen nanomalzemeler Nanomalzeme Gümüş(Ag) nanotanecikler Demir (Fe) nanotanecikler ZnO, TiO2 TiO2 ve MgO nanotanecikler SiO2 ve Al2O3 nanotanecikler Indium-SnO nanotanecikler Seramik nanotanecikler Karbon siyahı nanotanecikler Karbon Nano Tüpler Kil nanotanecikler Özellikleri Elektriksel iletkenlik, elektromanyetik kalkanlama, antimikrobiyal bitim işlemi Elektriksel, manyetik, termal özellikler UV-koruma, kataliz, optic özellikler Malzeme sterilizasyonu, kimyasal ve biyolojik moleküllerin parçalanması özellikleri Süper su iticilik, kendini temizleme Elektromanyetik/Infrared koruma Increasing resistance to abrasion. Aşınma dayanımı, kimyasal direnç, elektriksel iletkenlik, renklendirme Mekanik dayanım, elektriksel, termal iletkenlik Yüksek termal, elektrik, kimyasal direnç 1) Kendini temizleme özelliği kazandırılmış tekstiller: Toz tutmayan, su itici kumaş tasarımı (Lotus etkisi): Bir katı yüzeye, örneğin bir kumaş yüzeyine bir sıvı damlatıldığında sıvı ile katı yüzey arasında oluşan açı temas açısı olarak tanımlanır. Hidrofil yüzeylerin su damlası ile temas açısı 90 o den daha küçükken, süperhidrofobik yüzeylerin su damlası ile temas açıları 150 o den daha büyüktür (Şekil 2). Lotus yaprağının yüzeyi pürüzlü ve mumla kaplıdır. Bu mumlu mikro pürüzler su damlalarının yüzeye tutunmasını engeller. Lotus yaprağının su damlası ile temas açısı 162 o olarak ölçülmüştür (Neinhuis and Barthlott, 1997). Nilüfer çiçeği (Lotus) yapraklarının kendini temizleme mekanizmasından esinlenerek toz ve kir tutmayan tekstiller geliştirilmektedir (Şekil 3). Toz parçacıkları su itici yüzeyden yuvarlanarak düşen su damlalarına tutunarak kumaştan uzaklaşır. Yüzey daima temiz kalır.

242 206 Şekil 2. Hidrofilik ve süperhidrofobik yüzeylerde temas açıları Şekil 3. (a) Üst yüzeyleri süper su itici olan Lotus yaprakları, (b-e) Lotus yaprağının üst yüzeyindeki papillaların ve vaks kolonilerinin Taramalı elektron mikroskop (SEM) görüntüleri. (Kaynak: H.J. Ensikat et al. «Superhydrophobicity in perfection: the outstanding properties of the lotus leaf» Beilstein J. Nanotechnol. 2011, 2, ) Pamuklu yüzeylerin süperhidrofobik hale gelmesi için çeşitli uygulamalar yapılmaktadır. Bu uygulamalar kapsamında yürüttüğümüz bir deneysel çalışmada Stöber yöntemi kullanılarak Tetraetil ortosilikat (TEOS) ın bazik ortamda hidrolizi ile nanosilika içeren silika soller elde edilmiş ve tane boyut dağılımları Malvern Nanosizer ile belirlenmiştir. Pamuklu yüzeyler farklı büyüklüklerde nano boyutta silika (SiO2) ile kaplanmış, daha sonra yüzeye kandelilla mumu uygulanarak Lotus yaprağına benzetim yapılmıştır. Yüzeyi 80 nm, 70 nm ve 10 nm boyutunda silika sol ile hiyerarşik olarak kaplanmış, modifiye edilmiş ve kandelilla mumu ile kaplanmış pamuklu örneğin (SW321) temas açısı 160 o olarak ölçülmüştür (bkz. Şekil 4).

243 207 Şekil 4. Pamuklu kumaşa silika ve kandelilla mumu kullanarak süperhidrofobik özellik kazandırılması (Kaynak: Sarier,N., Ukuser,G., Ozay,S., Arat,R., A Biomimetic Application: Manufacturing of Superhydrophobic Cotton Fabrics and Their Surface Properties, The International Istanbul Textile Congress 2013:Innovative and Functional Textiles, Proceedings, May 30th to June 1th 2013, Istanbul, Turkey). Deterjan gereksinimi olmadan sadece su ile yüzeydeki kir ve tozun temizlenmesi mümkün olan süperhidrofobik özellik kazandırılmış kumaşlara kendini temizleyebilen tekstiller adı da verilmektedir. Bu tür tekstillerin kullanım alanları çadır ve şemsiye imalatından, askeri, sportif ve tıbbi giysilik üretimine kadar uzanır ( Şekil 5). Şekil 5. Endüstride toz tutmayan, su itici kendini temizleyebilen tekstil uygulamaları Fotokatalitik etki ile kendini temizleyen kumaş tasarımı: Fotokatalitik tekstiller başta yünlü ve ipekli olmak üzere çeşitli tekstil uygulamalarında kullanılmaya başlanmıştır. Nano boyutlarda üretilen Titanyum dioksit (TiO2), Çinko oksit (ZnO) ve Demir oksit (Fe2O3) güneş ışınlarının etkisi altında yüzeyde biriken ve kirlenmeye neden olan organik moleküllerin parçalanarak yüzeyden uzaklaşmasını sağlayan fotokatalitik malzemelerdir. Kimyasal olarak kararlı ve canlılara zararlı etkisi çok az olan TiO2 mükemmel bir fotokatalitik bileşik olarak tekstil uygulamalarında gelecek vaadetmektedir. Kumaş bir yüzey, yaklaşık 20 nm boyutunda TiO2 ile kaplandığında, titanyum dioksitin fotokatalitik özelliği sayesinde tekstil yüzeyinde kirlenme aşağıda açıklanan mekanizma ile önlenebilir: TiO2 nin değerlik elektronları ışık enerjisine (hν) maruz kalınca uyarılır ve kazandığı enerji ile iletken banda geçer. Böylece TiO2 yüzeyinde negatif yüklü elektron (e-) ve pozitif yüklü boşluk (h+) çifti meydana gelir. Fotokatalizör, ortamda bulunan su ve

244 oksijen moleküllerini aktif radikallere dönüştürerek yüzeyde biriken kirleri küçük moleküllere ve giderek CO2 ve H2O ya parçalar( bkz. Şekil 6). 208 Şekil 6. Titanyum dioksitin fotokatalitik etki mekanizması (Kaynak: 2) Antibakteriyel özellikleri geliştirilmiş tekstil yüzeyler: Antimikrobiyal yüzey kaplamalar, tıpta ve gıdaların sanitizasyonunda önemli bir yer tutar. Tekstil bir yapıya antimikrobiyal özellik kazandırılması genellikle bitim sürecinde uygulanan, bakteri ve mantarların üremesini engelleyen bir işlemdir. Spor giysileri, yalıtım malzemeleri, yatak takımları, döşemelikler, duvar kaplamaları, gıda kaplamaları, hijyenik ürünler, yara bakım malzemeleri, tıbbi ve cerrahi tüm sağlık ürünleri antimikrobiyal özelliği olması beklenen ürünlerin başlıcalarıdır. Antimikrobiyal bitim işlemi aynı zamanda mikrobik aktivitelerin neden olduğu küflenme gibi fiziksel bozunmaları engellemeye ya da terleme esnasında bakteri atağı ile ortaya çıkan kötü kokuların azalmasına da yardımcı olur. Yaygın olarak, lifler, iplikler ve kumaşlara antimikrobiyal maddelerle bitim işlemi sürecinde 1-2 gm -2 gibi büyük miktarda antimikrobiyal reaktif yüzeye sabitlenmeden emdirilmektedir. Ticari olarak üretimi yapılan ve antibakteriyel özellikte olduğu söylenen pek çok ürünün etkinlik spektrumunun dar olması, yüksek maliyet ve reaktiflerin zaman içinde salınması ile ortaya çıkan toksisite gibi olumsuz özellikleri bulunmaktadır. Alternatif antimikrobiyal polimerlerin sentezlenmesi ya da farklı antibakteriyel yüzey işlemlerinin geliştirilmesi araştırmaya açık bir konudur. Fonksiyonel tekstillerin üretiminde yaygın olarak kullanılan taneciklerin başında gümüş gelmektedir. Mikro ve nano boyutta gümüşün özel bir antimikrobiyal sınıf olması ile ilgili çalışmalar yapılmış, tanecik boyutu küçüldükçe gümüşün antimikrobiyal etkinliğinin arttığı görülmüştür. Fenikeliler ( M.Ö , Tire), gümüş tuzlarının (Ag +1 ) ve metalik gümüşün (Ag o ) mikrop öldürücü ve dezenfektan özelliklerini biliyor, su, şarap ve sirkeyi saklamak için gümüş testiler kullanıyorlardı. Ancak, bilim dünyası gümüş tuzları ile nano gümüşün antibakteriyel özelliklerini Yirminci Yüzyıl da incelemeye başladı.

245 209 Şekil 7. Gümüş nanotaneciklerin antimikrobiyal etki mekanizması Son on yılda, gümüşün 650 farklı tipte zararlı bakterinin üremesini engellediği belirlenmiş bulunmaktadır. Gümüşün antimikrobiyal etkinlik mekanizmasını açıklamak üzere yapılan çalışmalar belirli bir aşamaya ulaşmıştır. Örneğin, hastane mikrobu olarak da bilinen Staphylococcus aureus bakterilerinin hücre duvarları N-asetilmuramik asit ve N-asetilglukozamin monomerlerinden oluşan polisakkarid bir yapıdadır. Staphylococcus aureus, dayanıklı hücre duvarı sayesinde çeşitli antibiyotikler de dahil olmak üzere pek çok kimyasala karşı oldukça yüksek bir dirençe sahiptir. Ancak, nano boyuttaki gümüş tanecikleri hücre duvarını ve hücre zarını kolayca geçerek çekirdeğe kadar ulaşır. Çekirdekte, DNA nın yapısındaki sisteyn (Cysteine; Cys) moleküllerinin amin ve thiol gruplarına bağlanarak DNA nın işlevini kaybetmesine neden olur. Böylece ortamda bulunan gümüş sayesinde çok yüksek bir antimikrobiyal etkinlik elde edilir.

246 210 Şekil 7. Endüstride antimikrobiyal tekstil uygulamaları Üstün antimikrobiyal özelliği ile nano gümüşün tıbbi, spor ve günlük giysilerdeki uygulamaları giderek yaygınlaşmaktadır. Tıbbi uygulamalarda, doktor, hemşire ve hastaların kullandıkları maskeler, eldivenler, gömlekler, ameliyathane örtüleri, gereçleri, diabet hastalarına giydirilen çoraplar, büyük yaralar için sargı bezleri öne çıkmaktadır. Öte yandan, nano gümüş katkılı spor giysilikleri ve iç çamaşırları üstün işlevli tekstil pazarında önemli bir yer tutmaktadır. Ancak, tekstil yapılara gümüş katılması ile ilgili yapılan araştırmalara olan gereksinim sürmektedir. Laboratuvarda geliştirilen yeni teknikler halen kullanılan imalat yöntemleri ile tam olarak örtüşmemekte, bu da ürün kalitesini olumsuz yönde etkilemekte, maliyeti arttırmaktadır. Nano gümüşün kompozit yapı içinde homojen dağılması, kullanım esnasında yapıdan kolayca uzaklaşmaması, laboratuvar yöntemlerinin endüstriyel üretime uygulanabilirliği ve maliyetin düşürülmesi önemli çalışma başlıkları olarak ortaya çıkmaktadır. Elektromanyetik kalkanlama işlevi kazandırılmış tekstiller Günümüzde, elektronik ve iletişim sistemlerinin hızla yayılması nedeniyle elektromanyetik girişime (EMG) karşı ekranlama ya da kalkanlama ve durgun elektrik boşaltma malzemeleri çok büyük ilgi çekmektedir. EMG kalkanlama; iki nokta arasına belirli elektrik ve manyetik özellik taşıyan bir engel koyarak elektromanyetik alan akışının azaltılması işlemidir. Engel malzeme kullanarak elektromanyetik alan şiddetinin azalma oranının ölçülmesinde Kalkanlama Etkinliği (KE) tanımı kullanılmaktadır. Kalkanlama etkinliği desibel (db) ile ölçülür. Kalkan yerleştirilmeden önceki ve yerleştirildikten sonraki elektromanyetik alan şiddeti ölçümlerinin birbirine oranı db olarak malzemenin kalkanlama etkinliğini verir. KE, elektromanyetik ışımanın hem elektrik (E)-alanı hem de manyetik (H)-alanı için ayrı-ayrı hesaplanır: E-Alanı için KEdB = 20 log10 (Egelen ışık/egeçen ışık) (1)

247 211 H-Alanı için KEdB = 20 log10 (Hgelen ışık/hgeçen ışık) (2) Kalkanlama malzemelerinde, EMG in azalması belirli bir frekanstaki EM radyasyonun yansıtılması ve soğurulması ile olur. Elektromanyetik alan şiddetindeki düşme, kalkan olarak kullanılan malzemenin geçirgenlik, elektriksel iletkenlik ve kalınlığı ile EMG frekansı ve EMG kaynağına uzaklığın bir fonksiyonudur. Kalkanlama malzemeleri, elektromanyetik dalgaların malzemeye nüfuzunu en aza indirmek için yüksek elektriksel iletkenliğe, manyetik enerjiyi ısıya dönüştürebilmek için düşük manyetik geçirgenliğe sahip olmalıdır. Gereken iletkenlik seviyeleri; durgun elektriği dağıtmak için ortalama Sm -1 aralığında, elektromanyetik ekranlama uygulamaları için 10-2 S.m -1 den büyüktür. Elektriksel iletkenliği yüksek olan malzemelerin KE değerleri de yüksektir. Kalkanlama malzemeleri, farklı frekans aralıklarındaki KE değerlerine bağlı olarak çeşitli mikro elektronik cihazların kaplanmasında, bilgisayar kasalarında, anahtarlarda, bağlantı kablolarında, toz ve mikroptan arındırılmış tekstillerde, giysilerde, perde ve döşemeliklerde, savunma ve uzay uygulamalarında kullanılmaktadır. Evde kullanılan elektronik cihazlarda 40 db lik kalkanlama verimliliği yeterli iken, askeri uygulamalarda bu değer db arasında olmalıdır (Tablo 2). Tablo 2. Kalkanlanan EMG yüzdeleri, ilgili desibel değerleri ve uygulama alanları Kalkanlama oranı Desibel değeri Uygulama alanı 85% 20dB Statik elektrik boşaltma 90% 40dB Evlerdeki elektronik cihazlar 95% 60dB Askeri ve uzay uygulamaları 98% 80dB Askeri ve uzay uygulamaları EMG kalkanlama, sistemin içinde bulunduğu ve elektromanyetik anlamda uyum saglaması gereken elektromanyetik ortama (EMO) göre farklılık göstermektedir. Örneğin, bir geminin haberleşme sistemlerinin elektromanyetik ortamı ile, bir evin elektromanyetik ortamı birbirinden oldukça farklıdır. Dolayısıyla bu iki farklı EMO için tasarlanacak kalkanlama malzemeleri de farklı olmaktadır. Şekil 7. Endüstride EMG kalkanlama uygulamaları Gümüş (Ag), 6.8x10 3 Siemensm -1 elektriksel iletkenlik değeri ile elektriksel iletkenliği en yüksek olan metaldir. Gümüş ün elektriksel iletkenlik ve elektromanyetik kalkanlama özelliklerinden yararlanarak işlevselleştirilmiş teknik tekstil üretimine yönelik çeşitli endüstriyel uygulamalar yapılmakta, bu alanda yoğun araştırmalar sürdürülmektedir. Gümüş ün elektriksel iletkenlik ve elektromanyetik

248 kalkanlama özellikleri ile işlevselleştirilmiş tekstil üretimine ilişkin çeşitli endüstriyel uygulamalarda Ag ya metal tel olarak kumaş dokuya katılmakta ya da yüzeye elektrokaplama yöntemi ile uygulanmaktadır. Her iki yöntemin de kuvvetli ve zayıf yönleri bulunmaktadır. Kazandırılmak istenen etkinliği tellerle elde edebilmek için kullanılan gümüş miktarı fazla olmakta bu da kumaşın ağırlığını arttırırken, maliyetini yükseltmektedir. Kumaş yüzeylerin Gümüş ile kaplanmasında, hem üretim esnasında hem de daha sonra kullanımda yüzeyden kopan Ag parçalarının solunum yolu ile insan sağlığına olumsuz etkiler yapabildiğine son zamanlarda araştırmalarda dikkat çekilmektedir. Gümüşün polimer yapılara katılabilmesi, böylece Ag yi bünyesinde kalıtsal olarak bulunduran polimer nanokompozitlerin üretilip tekstillere uygulanması tekstil yüzeylerin kalkanlama etkinliğini oldukça iyi bir seviyeye yükseltmeye olanak sağlamıştır. Önemli bir yenilik olarak değerlendirilen bu tür bir ürünün EMG kalkanlama performansını kullanım sürecinde koruyabilmesi için çeşitli yüzey bitim işlemlerine tabi tutulması uygun olur. Sonuç Dünya pazarlarında, nanoteknoloji uyarlanmış tekstil ürünlerinin ekonomik hacmi 2007 de 480 milyon $ a ulaşmıştır. Nano malzemeler ve ürünler leke ve paslanmaya dayanıklı, su geçirmez ve ateşe dayanıklı kumaşların üretiminde kullanılmaya başlanmıştır e gelindiğinde nanoteknolojinin tekstil endüstrisindeki uygulamalarının 5 milyar $ değerine ulaşacağı; savunma, tıp, elektronik, hijyen, otomotiv ve ev tekstilleri başta olmak üzere mevcut tekstil ürünlerinin %25 inin nanoteknolojinin belli bir formuyla bütünleştirileceği tahmin edilmektedir. Bu çalışmada tekstil endüstrisinde nanoteknoloji araştırmaları ve uygulamaları ele alınmıştır. Kaynaklar [1] Onder E. (İTÜ), Sarıer N. (İKÜ), Okur A. (DEÜ), Nanokompozit Yapılı Çok İşlevli Teknik Tekstillerin Tasarımı ve Geliştirilmesi Projesi, TÜBİTAK MAG 107M126, , 250 s. [2] Sarier,N., Ukuser,G., Ozay,S., Arat,R., A Biomimetic Application: Manufacturing of Superhydrophobic Cotton Fabrics and Their Surface Properties, The International Istanbul Textile Congress 2013:Innovative and Functional Textiles, Proceedings, May 30th to June 1th 2013, Istanbul, Turkey. [3] Onder, E., Sarier,N., Ersoy, M.S., Organoclay Applications In Polymer Nanocomposite Filament Production, International Congress of Innovative Textiles(ICONTEX 2011), Proceedings, , October 2011, Silivri, Istanbul [4] Ensikat H.J. Ditsche-Kuru, P., Neinhuis, C., & Barthlott, W. (2011) Superhydrophobicity in perfection: the outstanding properties of the lotus leaf Beilstein J. Nanotechnol. 2, [5] Neinhuis, C. and Barthlott,W. (1997) Characterization and Distribution of Water-repellent, Selfcleaning Plant Surfaces, Annals of Botany 79(6) [6] Sarier,N., Onder, E., Manufacture of Silver Nanoparticle Embedded Chitosan and Design of Antimicrobial Cotton Fabrics, AUTEX 2011 World Conference, Book of Proceedings, V.2, , 8-10 June 2011, Mulhouse, France. [7] Onder, E., Sarier,N., Silver Nanoparticle Incorporated Thermocapsules Suitable For The Development of Thermally Enhanced Fabrics, AUTEX 2011 World Conference, Book of Proceedings, V.2, , 8-10 June 2011, Mulhouse, France. [8] Onder, E., Sarier,N., Ersoy, M.S., Electroless Plating of Textile Surfaces with Silver Nano Particles for Electromagnetic Shielding XII th International Izmir Textile and Apparel Symposium, October 2010, Çeşme, İzmir. [9] Ersoy, M.S., Onder, E., Sarier,N., Skrifvars, M., Mechanical and Dynamic Mechanical Properties of Carbon Nanotube Added Polypropylene Nanocomposite Fibers, Proceedings of X International Conference on Nanotechnology, Rome, Italy, September 2010 (oral presentation paper ID: Fr-am-D-C5) 212

249 213 SAVUNMA VE HAVACILIK TEKNOLOJİLERİ VE BÖLGESEL EĞİLİMLER: 2020 ÖNGÖRÜLERİ Arda MEVLÜTOĞLU STM Savunma Teknolojileri Mühendislik ve Ticaret A.Ş. Üniversiteler Mah Cad , Çankaya, Ankara Özet Savunma ve havacılık teknolojileri, çok boyutlu ve disiplinli doğaları ulusal bilim, teknoloji ve inovasyon sistemlerinin en önemli unsurlarıdırlar. Bu özelliklerinin yanı sıra, ulusal güvenlik algı, strateji ve politikalarının hem aracı hem de öznesi olma niteliği taşımaktadırlar. Bu nedenle, savunma ve havacılık teknolojilerindeki eğilim, tercih ve yönelimler, bölgesel, jeopolitik, siyasi ve ekonomik faktör ve gelişmelerden doğrudan etkilenmektedir. Dünya çapında ulusal güvenlik, uluslararası ilişkiler ve bölgesel tehditler gibi etkenler, savunma sanayinin şekillenmesinden ana unsur olmaktadır. Bu çalışmada, önümüzdeki onyıl başı itibariyle dünya çapındaki bölgesel ve jeopolitik gelişmeler ile savunma ve havacılık teknolojilerinin ilişkisi, bölgesel bazda incelenecek, bir öngörü seti oluşturularak Türkiye için strateji önerileri sunulacaktır. Anahtar Kelimeler: Savunma, havacılık, teknoloji yönetimi, jeopolitik 1. Giriş Savunma teknolojileri, doğası gereği ekonomik, ticari, askeri ve bilimsel çok sayıda boyuta sahip, disiplinlerarası bir konudur. Savunma teknolojilerinin yönünü ve kapsamını belirleyen ana etken, ülkelerin askeri güçlerinin ihtiyaçlarıdır. Bu ihtiyaçlar ise, ulusal güvenlik algısının ve ulusal stratejilerin ışığında şekillendirilmektedir. Dolayısıyla savunma teknolojileri, üreten ya da tedarik eden (müşteri) ülkelerin jeopolitik gündemleri ve güvenlik ihtiyaçları doğrultusunda geliştirilmektedir. Savunma sanayiinin sadece ulusal güvenliği kurma ve korumada bir araç değil, aynı zamanda ulusal ekonomiye katma değer sağlayan bir sektör olduğu hususu gözden kaçırılmamalıdır. Bu katma değer, sadece ulusal ihtiyaçların karşılandığı, iç pazara yönelik bir sektörel faaliyet olarak değerlendirilmemelidir. Savunma sanayii bir dışsatım (ihracat) kalemi olarak aynı zamanda bir uluslararası ilişkiler ve yumuşak güç (soft power) unsurudur. Başka bir deyişle savunma teknolojilerinin ihracatı, ülkelerin uluslararası ilişkilerinin ana konularından biridir. Bu ana hususlardan hareketle, savunma teknolojilerine yönelik kısa, orta ve uzun vadeli eğilimleri tespit etmek için, bu teknolojilerin geliştirilmesine yön veren bölgesel jeopolitik gelişmelerin incelenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, dünya çapında halen gündemde olan başlıca jeopolitik kriz bölgeleri ve bu bölgelerin savunma sistem ihtiyaç ve eğilimlerine etkileri genel bir çerçevede incelenecek, tespitler ışığında bazı değerlendirme ve görüşler paylaşılacaktır. 2. Bölgesel Jeopolitik Gelişmeler 21 nci yüzyıl, özellikle enerji güvenliği alt metnine sahip çok sayıda bölgesel rekabet, anlaşmazlık ve çatışma ile başlamıştır. Soğuk Savaş ın ideolojik eksenli ve iki kutuplu ortamının sona ermesinden sonra anlaşmazlık, kamplaşma ve çatışmaların ana nedenleri, mikromilliyetçilik, enerji ve su

250 kaynaklarına ulaşım ve hakimiyet, ticaret hatlarının güvenliği, insani kriz ve doğal afetler gibi etkenler olmuştur. Bu etkenlerin şekillendirdiği çok sayıda sorun ve anlaşmazlığın, bazı coğrafi bölgelerde yoğunlaşmış olduğu gözlenmektedir. Sıcak Bölge (Hot Spot) olarak adlandırılan bu bölgelerin en önemlileri şunlardır: 2.1. Doğu Akdeniz Coğrafi konumu nedeniyle Doğu Akdeniz, tarih boyunca farklı medeniyet ve devletlerin egemenlik savaşlarına sahne olmuştur. Bu durumun en önemli nedeni, bölgenin Asya, Avrupa ve Afrika arasında bir kavşak konumunda olmasıdır. Bölgenin jeostratejik önemi, özelikle 20'nci yüzyılın ikinci yarısında, Ortadoğu petrol kaynaklarına açılan kapı hüviyeti kazanmasıyla daha da artmıştır. Sovyetler Birliği'nin dağılması ile Orta Asya enerji kaynaklarının uluslararası pazarlara açılması, bölgenin değerini pekiştirmiştir. (1) Doğu Akdeniz'in jeostratejik önemini şekillendiren gelişmelerin en önemlisi olarak 1869 yılında Süveyş Kanalı'nın açılmasını göstermek mümkündür. Söz konusu kanalın açılması ile o zamana kadar Ümit Burnu'nun çevresi dolaşılarak yapılmakta olan deniz ticaretinin süre ve maliyetinde ciddi tasarruflar sağlanmış; Asya, Afrika ve Avrupa pazarları birbirine bağlanmıştır. Günümüzde Akdeniz'de yılda ortalama 220,000'den fazla geminin seyir yaptığı tahmin edilmektedir. Bu rakam, dünya deniz ticaretinin yaklaşık üçte birlik bir kısmına tekabül etmektedir. (2) 2000'li yılların başında bölgede yapılan hidrokarbon keşifleri, bölgesel güç ve egemenlik mücadelesini başka bir boyuta taşımıştır. Özellikle Kıbrıs adası etrafında yapılan keşiflerde tespit edilen kaynakların boyut ve mali değerleri, kıyıdaş ülkelerin yoğun bir güç mücadelesine girmesine neden olmuştur. Söz konusu bu mücadeleye bölge dışı aktörlerin de dâhil olmasıyla Doğu Akdeniz, Kutuplar - Kuzey Denizi, Güneydoğu Asya - Malakka Boğazı, Doğu Afrika ve Kafkaslar gibi bir "sıcak bölge" (Hot Spot) niteliği kazanmıştır. ABD Jeolojik Araştırmalar Dairesi'nin (USGS; U.S. Geological Survey) 2010 yılında yayımladığı bir araştırmaya göre, Kıbrıs Adası ile İsrail arasında kalan "Leviathan" sahası başta olmak üzere Doğu Akdeniz'de, bilhassa Kıbrıs Adası çevresinde bulunan toplam enerji rezervinin 30 milyar varil petrol eşdeğeri olduğu tahmin edilmektedir. Söz konusu bu rezervin pazar değerinin USD1.5 trilyon olduğu belirtilmektedir. Varlığı tahmin edilen rezervler ile ispatlanan rezervler arasında kayda değer bir fark bulunmaktadır. Özellikle 2000'lerin ortalarından bu yana devam eden sondaj çalışmalarına bağlı olarak rezerv miktarı ve piyasa değerinin güncellenmesi mümkündür. (3) Enerji kaynaklarının tespit, işlenme ve pazara arz güvenliğinin sağlanması amacıyla kıyıdaş ülkeler silahlı kuvvetlerinin tedarik ve modernizasyon programların donanma sistem ve unsurlarına verdikleri ağırlığı artırmaya başlamıştır. Bu durumun en belirgin örnekleri Türkiye, İsrail, Mısır ve her ne kadar ekonomisi çökmüş durumda olsa da Yunanistan'dır. Bu ülkeleri, kısıtlı altyapı ve bütçe imkânlarına rağmen Güney Kıbrıs Rum Yönetimi (GKRY) takip etmektedir. (4) 2.2. Kuzey Kutup Bölgesi Küresel ısınma nedeniyle eriyerek çekilen buz sınırı, Kuzey Kutup (Arktik) Bölgesi'ndeki zengin hidrokarbon yataklarını açığa çıkarmıştır. Bu durum aynı zamanda yeni deniz ticaret ve ulaşım hatlarının da oluşmasını sağlamıştır. Örneğin deniz ulaşımında yaygın olarak kullanılan Kuzey Deniz Rotası (Northern Sea Route; NSR) ve Kuzeybatı Geçidi (Northwest Passage; NWP) hatları, yaz aylarında da gemi ulaşımına açık hale gelmiştir. Bölgenin görece ortasından geçen yeni bir deniz hattının da 2040 itibariyle gemi seyrine müsait olacağı değerlendirilmektedir. (5) (6) 214

251 Kuzey Kutup bölgesi, 19 adet coğrafi havzadan oluşmaktadır. USGS tahminlerine göre bu havzalarda bulunan hidrokarbon yataklarında 90 milyar varil petrol ve 44 milyar varil sıvı doğal gaz bulunmaktadır. (7) Söz konusu 19 havzadan sadece Alaska açıklarındaki Beaufort Denizi ve Batı Barents Denizi'ndeki yatakların işletilmekte olduğu değerlendirilirse, bölgenin enerji açısından bulunduğu bakir durum daha net görülecektir. Uluslararası hukuka göre Kuzey Kutbu'nda ya da çevreleyen denizde hiçbir ülkenin hükümranlığı söz konusu değildir. Bölgeye komşuluğu bulunan beş ülke olan Rusya Federasyonu, Amerika Birleşik Devletleri, Kanada, Norveç ve Danimarka'nın kıyılarından itibaren 200 deniz millik Münhasır Ekonomik Bölge (MEB) sahaları bulunmaktadır. Ancak söz konusu enerji kaynaklarının büyük kısmının bulunduğu ve uluslararası sulara denk düşen bölgelere erişim ve bu bölgelerin kontrolü için söz konusu ülkeler arasında oldukça yoğun bir hukuki, siyasi ve askeri bir rekabet söz konusudur. (8) Bu kapsamda özellikle Rusya Federasyonu, bölgeye yönelik ciddi bir silahlanma ve modernizasyon faaliyeti yürütmektedir Doğu ve Güneydoğu Asya Yaygın kabul gören tanımı ile Brunei, Çin, Doğu Timor, Endonezya, Filipinler, Kamboçya, Laos, Malezya, Myanmar, Singapur, Tayland ve Vietnam ülkelerinin kıyılarının bulunduğu bölgeyi kapsayan Güneydoğu Asya, özellikle Güney Çin Denizi bölgesindeki çeşitli kıta sahanlığı ve egemenlik anlaşmazlıkları nedeniyle önemli bir Sıcak Bölge niteliği taşımaktadır. Bölgede neredeyse tüm ülkelerin birbirleri ile farklı anlaşmazlıkları bulunmaktadır. Bölgenin, dünyanın en işlek deniz ticaret hatlarına ve zengin enerji kaynaklarına ev sahipliği yapıyor olması, konuyu dünya ölçeğinde önemli kılmaktadır. Bölgedeki başlıca anlaşmazlıklar şu şekilde sıralanabilir: (9) 1. Vietnam, Çin ve Tayvan arasındaki karasuları anlaşmazlığı, 2. Endonezya, Çin ve Tayvan arasındaki Natuna Adaları sorunu 3. Vietnam, Çin, Tayvan, Malezta, Filipinler ve Brunei arasında Borneo nun kuzeyindeki karasuları hükümranlık sorunu 4. Vietnam, Malezya, Filipinler, Brunei, Tayvan ve Çin arasında Güney Çin Denizi nin güney kesimlerinde karasuları anlaşmazlığı, 5. Filipinler, Çin ve Tayvan arasında Palawan ve Luzon açıklarında karasuları anlaşmazlığı 6. Vietnam, Çin ve Tayvan arasında Paracel Adaları anlaşmazlığı 7. Filipinler ve Tayvan arasında Luzon Boğazı deniz sınırı anlaşmazlığı 8. Malezya ve Filipinler arasında Kuzey Borneo / Sabah sorunu 9. Brunei, Malezya, Filipinler, Vietnam ve Çin arasında Güney Çin Denizi MEB sahası anlaşmazlıkları 10. Çin - Tayvan sorunu Bu sorun ve anlaşmazlıklar nedeniyle bölge ülkeleri silahlı kuvvetleri karşı karşıya gelebilmekte, sık sık gerilim artmaktadır. Ayrıca bölge ülkeleri askeri güç gösterisi ve caydırıcılık maksadıyla bölge dışı müttefik ülkeler ile birlikte müşterek tatbikatlar icra etmektedirler. Özellikle Çin in silahlı kuvvetler kapasitesini artırması ile birlikte bölge ülkeleri, ulusal menfaatlerini ve jeopolitik çıkarlarını korumak için silahlanmaya ağırlık vermişlerdir Ortadoğu ve Kuzey Afrika 2011 yılında Tunus ta patlak vererek hızla Kuzey Afrika ve Ortadoğu bölgesine yayılan ve Arap Baharı olarak adlandırılan halk hareketleri, bölgenin jeopolitik dengeleri üzerinde büyük değişime neden olmuştur. Tunus, Libya ve Mısır da rejim değişikliği ve Suriye de iç savaşa neden olan bu hareketler, bölgede çeşitli radikal dinci ve ideolojik silahlı grupların etkinliğini artırmasını da 215

252 sağlamıştır. Monarşi ile yönetilmekte olan Arap Yarımadası ndaki ülke yönetimleri, bu tür halk hareketlerini engellemek ya da bastırmak için iç güvenlik ve istihbarat faaliyetlerine ağırlık vermektedirler. (10) Suriye de 2011 yılında başlayan iç savaş, bölge ülkelerinin ulusal güvenliklerini doğrudan tehdit eder bir duruma gelmiştir. Çatışmaların 2014 yazında Irak a da sıçraması ile birlikte, her iki ülkedeki terörist gruplara karşı ABD liderliğindeki koalisyon tarafından hava saldırıları başlatılmıştır. Krizin, bölge ülkelerini içine alan bir savaşa ya da daha derin bir krize dönüşmesi riski bulunmaktadır. (11) Bölgenin en önemli enerji üreticilerinden İran ın yürütmekte olduğu nükleer program ve bu programın muhtemel askeri boyutu, bölge ülkeleri olduğu kadar uluslararası sistem tarafından da ciddi bir tehdit olarak algılanmaktadır. İran ın özellikle uzun menzilli roket ve füze teknolojileri ile Basra Körfezi ndeki deniz trafiğini engelleyebilecek nitelikteki sistemlere yapmakta olduğu yatırım, bu tehdit algısını pekiştirmektedir. İran ile İsrail arasındaki gerilimin bir çatışmaya dönüşme olasılığı söz konusudur. 3. Öne Çıkan Savunma ve Güvenlik Teknolojileri ve Sistemleri Savunma sistemlerine yönelik ihtiyaç tanımlama, projelendirme, geliştirme, üretim, tedarik ve kullanım süreçleri, doğrudan doğruya ulusal savunma mekanizmasının plan, program ve stratejileri ile şekillendirilirler. Dolayısıyla savunma sistemlerinin ortaya çıkışında, üretici ya da ihtiyaç sahibi ülkelerin ulusal güvenlik gündemlerinin belirleyici olduğunu iddia etmek mümkündür. Bu kapsamda, savunma ürünlerinin ve bu ürünleri meydana getiren sistem, alt sistem, bileşen ve teknolojilerin ortaya çıkmasının, önceliklendirilmesinin ve geliştirilmesinin, uluslararası ilişkiler ve jeopolitik gelişmelerin sonucu olduğu tespiti yapılabilir. Söz konusu gündemin niteliği, ülkelerin askeri ihtiyaçlarını belirlemesinde, bu ihtiyaçlar arasında önceliklendirme yapmasında ve tedarik programlarını yürütmesinde yol gösterici olmaktadır. Bu açıdan bakıldığında, savunma sanayini, bir ülkenin uluslararası ilişkilerinde ve ulusal ilgi ve menfaatlerini korumada kullandığı bir araç olarak değerlendirmek mümkündür. Savunma ve güvenlik mekanizmasının kurulması, korunması, güncel ve caydırıcı tutulması süreçlerinin yanı sıra, savunma sanayinin ulusal ekonomiye bir girdi kaynağı olarak da büyük önemi bulunmaktadır. Zira savunma sanayinin öznesi olan sistem ve platformlar ileri teknoloji içeren, yüksek maliyetli ve işletme idamesi kimi zaman onlarca yıla sâri ürünlerdir. Bu ürünlerin satışı, ilgili işletme, idame, bakım ve onarım hizmetleri, üretici ve geliştirici ülkelere yüksek gelirler kazandırmaktadır. Öte yandan savunma sistem satışının, üretici ve tedarikçi ülkeler arasında siyasi ve askeri farklı boyutlarda ilişkilerin hem sağlayıcısı hem de koruyucusu olduğu da göz önünde bulundurulmalıdır. Bu hususlar ışığında, bir önceki bölümde özetlenen bölgesel jeopolitik gelişmelerin ön çıkardığı savunma sistem ve teknoloji eğilimlerini şu şekilde sıralamak mümkündür: 3.1. Siber Harp Bilişim ve iletişim teknolojilerindeki (BİT) gelişmeler, askeri ve sivil neredeyse tüm sistem ve araç gerecin birer bilgisayar bileşeni taşıması sonucunu doğurmuştur. Münferit ya da bir ağ mimarisi ile birbirine bağlı sistemlere karşı BİT vasıtası ile düzenlenen saldırılar, siber harbin özünü teşkil eder. (12) Siber harbin çeşitli amaç ve yöntemleri bulunabilir. Bunlar arasında hedef sistemin çalışmasının tamamen ya da kısmen engellenmesi, sabotaj, istihbarî bilgi elde edilmesi ya da bilgi toplanmasının 216

253 engellenmesi sayılabilir. Siber harp şahıslar arası ilişkilerde, ticari, askeri ya da terörizm maksatlı icra edilebilir. (13) Şahıs, grup, kurum ya da kuruluş bazında yürütülebilmektedir. Siber harp ile elde edilecek etkilerin maliyetine oranı, diğer harp ve operasyon türlerine kıyasla çok daha yüksektir, bu da sonuç alıcı veya sonuç almayı kolaylaştırıcı en önemli etken olarak 21 nci yüzyıl muharebe ortamında siber harbi aslî unsur haline getirmiştir. Siber harp vasıtalarının hedefleri arasında enerji üretim ve nakil altyapısı, e-devlet ve e-ticaret sistemleri, hava savunma ve komuta kontrol muhabere ağları, hassas bilgilerin işlendiği ve depolandığı veri merkezleri sayılabilir. (14) Günümüzde siber harp usul, teknik ve teknolojilerine yatırım yapan ülkeler arasında Çin Halk Cumhuriyeti, Rusya Federasyonu, ABD ve Hindistan özellikle dikkat çekmektedir. Çin, siber harbi bölgesel ve küresel güç mücadelesinde etkin bir unsur olarak kullanmaktadır. Bu ülke siber harp sistem ve teknolojilerini başta ABD olmak üzere rakip ülkelerin teknolojik bilgi ve sırlarını elde etmede ve başta Tayvan ve Japonya olmak üzere bölgesel rakip ve hasımlarının askeri ve sivil altyapılarına zarar vermede kullanmaktadır. Benzer şekilde Rusya Federasyonu, siber harbi 2007 yılında Estonya ve 2008 yılındaki savaş sırasında Gürcistan a karşı kullanmış, her iki ülkenin de idari ve iletişim altyapılarını felce uğratmıştır. (15) Maliyetinin oldukça düşük olması, istihbarat toplama ya da yanlış bilgi yaymada (dezenformasyon) etkinliği ve çok geniş kapsamlı hasar verebilme potansiyeli, siber harbin önümüzdeki onyılda savunma ve güvenlik gündeminin bir numarasında tutacaktır İnsansız Sistemler İnsansız sistemler, özellikle insansız hava araçları, stratejik, taktik ya da operatif seviyede ortam koşulları, dost ve düşman unsurların takibi vasıtası ile durumsal farkındalığın sağlanmasında kullanılırlar. Farklı niteliklerdeki sensör sistemlerinin topladığı verilerin birleştirilmesi ve değerlendirilmesi ile müşterek bir resim oluşturulur. Bu resmin gerçek zamanlı, doğru ve güvenilir olması, karar verici makamların sağlıklı strateji ve politikalar geliştirmelerini ve muhtemel krizlere hızlı ve etkin müdahale yapılmasını mümkün kılar. Bu sistemler arasında uzun menzil ve yüksek irtifada görev yapan insansız hava araçları, açık denizde uzun süre havada kalabilmeleri dolayısıyla özellikle faydalıdırlar. (16) Kabiliyet ve kapasitelerinin artması, İHA ların çok çeşitli amaç ve alanlarda kullanılmalarını mümkün kılmıştır. Başlangıçta kısa mesafeli ve sınırlı ölçekli keşif ve gözetleme görevlerinde kullanılan, sadece önceden belirlenmiş bir rota üzerinde kısa süreler için uçabilen İHA lar artık çok daha uzun süre ve yüksek irtifalarda görev yapabilmektedir. Farklı tip sensörlerle keşif ve gözetleme yapabilmekte, güdümlü silah sistemlerini kullanabilen İHA lar, arama ve kurtarma, topografi, çevre kirliliği ile mücadele gibi sivil maksatlar için de kullanılmaktadırlar. Bu, İHA ların bölük gibi küçük askeri birimlerden, stratejik ölçeğe kadar geniş bir yelpazede, farklı motor, menzil ve altsistem konfigürasyonlarında kullanılabilmesini mümkün kılmıştır. (17) Sensör ve iletişim sistemlerindeki gelişmeler, birim zamanda iletilebilen veri büyüklüğünün artması, savaş ve çatışmaların asimetrik nitelik kazanarak meskûn mahallere kayması gibi etkenler, savaş alanındaki her unsurun birbiri ile çift yönlü iletişim kurmasını ve gerçek ya da gerçeğe yakın zamanlı bilgi paylaşımını zorunlu kılmıştır. Zira, savaş alanının gerçek ya da gerçeğe yakın netlikte bir taktik ve / veya stratejik resmini çıkarmak için gereken bilginin nitel ve nicel büyüklüğü artmış, karar alıcıların hâkim olması gereken bilginin hacmi şişmiş, otomasyon bir zorunluluk haline gelmiştir. Bu zorunluluk, Ağ Merkezli Muharebe (AMM) adı verilen bir yapılanmanın ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu ortam koşulları içerisinde, özellikle son yıllarda orta ve yüksek irtifada, uzun süre görev yapabilen, birden fazla tipte gelişmiş sensör ve algılayıcı sistemlere sahip İHA lar yaygın biçime kullanılmaya ve 217

254 pek çok gelişmiş ülkede havacılık kuruluşlarının Araştırma ve Geliştirme (ArGe) faaliyetlerinin odağında yer almaya başlamıştır. Söz konusu sistemler kabiliyet bazında ve taktik ve stratejik ölçekte kuvvet çarpanı niteliği taşımaktadırlar Deniz Sistemleri Özellikle Soğuk Savaş ın sona ermesinden sonra deniz kuvvetleri dünya çapında sadece savaş ya da kriz döneminde kullanılan unsurlar olmaktan çıkmıştır. İnsani yardım, barışı kurma ve koruma harekâtları, deniz ticaret yollarının güvenliği, terörizm ve deniz korsanlığı ile mücadele gibi savaş dışı harekât (Operations Other Than War; OOTW) görevleri, giderek artan oranda deniz kuvvetlerinin harekât ve sistem isterlerinde rol oynamaya başlamıştır. Kuzey Kutup Bölgesi, Güneydoğu Asya, Ortadoğu ve Doğu Akdeniz gibi sıcak bölgeler, hem işlek deniz ticaret hatlarını hem de zengin enerji kaynaklarını barındırmalarından dolayı, bölge ve bölge dışı ülkelerin deniz kuvvetlerinin güç mücadelesine sahne olmaktadırlar. Bu bölgelerde ilgili ülkelerin ulusal güvenlik alaka ve menfaatlerinin korunması kadar, bayrak gösterme ve istihbarat toplama gibi görevlerde de deniz kuvvetleri asli unsur niteliğindedir. Bahsi geçen görev tipleri ve 21 nci yüzyılın harekât ortamı, askeri deniz platformlarının tasarımında da etken rol oynamaktadır. Bu noktada ön plana denizaltı ve korvet tipi savaş gemilerinin çıkmakta olduğu gözlenmektedir. Denizaltılar, sahip oldukları stratejik güç nedeniyle 21 nci yüzyıl donanmalarının ana tedarik hedefi haline gelmişlerdir. Taşıdıkları elektrooptik ve elektronik istihbarat sistemleri ile bu gemiler, barış ve kriz dönemlerinde en ön saflarda görev yapan birer stratejik istihbarat ve nokta operasyon unsuru olarak kullanılmaktadırlar. Bu nedenle de, deniz ilgi ve sorumluluk sahasının kesintisiz olarak kontrol altında tutulması, güvenliğinin sağlanması ve bölgedeki diğer devletlerin faaliyetlerinin izlenmesi açısından son derece etkin platformlardır. (18) Korvetler, tasarım özellikleri itibariyle kıyı sularında görev yapan ve özellikle barış ya da savaş dışı gerginlik dönemlerinde bayrak gösterme, kriz müdahalesi, caydırıcılık, terörizm ve asimetrik tehditlerle mücadele gibi görevleri üstlenen gemilerdir. Firkateynler kadar büyük ya da karmaşık donanımlı olmadıkları için ilkalım, işletme ve idame maliyetleri daha düşüktür. Bu nedenle de özellikle barış ya da gerginlik dönemlerinde ön plana çıkmaktadır. Öte yandan hücumbot ve karakol botlarından tonaj olarak daha büyük olmalarından dolayı nispeten daha açık sularda ve daha sert deniz koşullarında görev yapabilirler ya da deniz komandosu, özel kuvvetler, kurtarılan rehine ya da ele geçirilen terörist / deniz korsanlarını barındırarak denizde yüzen bir karakol unsuru olarak kullanılabilirler. (19) 4. Sonuç ve Değerlendirmeler Savunma teknolojileri, ülkelerin ulusal güvenlik ihtiyaçları doğrultusunda geliştirilirler. Bu süreç ise, ulusal güvenlik algısı ve jeopolitik durumun bir yan sonucudur. Dünya genelindeki sıcak bölgeler ve çatışma alanları incelendiğinde, stratejik ticaret hatları ve enerji kaynaklarının büyük kısmının kapsandığı görülecektir. Bu durum, söz konusu bölgelerin jeopolitik önemlerini olduğu kadar askeri ve ticari özkütlelerini de artırmaktadır. Başka bir ifade ile söz konusu sıcak bölgelerin askeri, siyasi ve ekonomik gündemleri, dünya çapında etki yaratma potansiyeli taşımaktadır. Buradan hareketle, sıcak bölgelerde bulunan ülkelerin savunma ihtiyaçlarının, dünya genelindeki üreticilerin savunma teknolojileri geliştirme süreçlerini şekillendirdiği tespitini yapmak mümkündür. 218

255 Bilişim ve İletişim Teknolojileri (BİT) alanındaki gelişmeler, bu yeni dönemde özellikle belirgin öneme sahiptir. BİT in sağladığı asimetri ve yüksek etki maliyet oranı, bu unsurun devlet veya devlet dışı kurum ve gruplar tarafından öncelikli tercih olmasını sağlamıştır. Arap Baharı sürecinde de görüldüğü üzere BİT in, geniş kitleleri organize etme, yönlendirme ve bilgi harbi icra etmede olağanüstü bir etkisi bulunmaktadır. Öte yandan Çin ve Rusya gibi ülkelerin BİT i bir istihbarat ve sabotaj aracı olarak başarıyla kullanmaları, önümüzdeki onyılda siber harbin savunma ve güvenlik sanayiinin ana öznesi olacağının habercisidir. BİT alanındaki gelişmelerin bir başka sonucu da insansız sistemler ile komuta kontrol ve istihbarat sistemlerindeki yeniliklerdir. Stratejik seviyeden yerel ölçeğe kadar çeşitli boyut ve kabiliyette insansız sistemler, muharebe icrası ve istihbarat toplamada ana unsur haline gelmişlerdir. Son dönemde bu sistemlerin hassas güdümlü silahlarla da donatılabilmeleri, onları birer sonuç alıcı platform haline getirmiştir. Bu tür sistemlerin görece düşük maliyeti, kullanan personelin hayatının risk altında olmaması ve sonuç alıcı operasyon yapabilme potansiyelleri, insansız sistemleri ve özellikle insansız hava araçlarını savunma araştırma ve geliştirme faaliyetlerinde ön sıralara taşımıştır. Soğuk Savaş ın sona ermesinden sonra savunma mekanizmalarının planlama, kurulma ve idamesinde bütçe ve teknoloji anlamında önemli değişiklikler ve dönüşümler yaşanmıştır. Silahlı kuvvetler için ayrılan bütçeler daralmış, harbe her an hazır büyük orduları idame etme zorunluluğu ortadan kalkmıştır. Sürecin bir başka sonucu da, savunma teknolojileri ile sivil maksatlı teknolojiler arasındaki ayrımın belirsizleşmeye başlamasıdır. Çift kullanım (dual use) teknolojiler, geliştirme, tedarik ve kullanım maliyetlerinin düşürülmesi anlamında önemli etki yaratmıştır. Soğuk Savaş döneminde radikal inovasyonun ana itici gücü askeri ihtiyaçlar iken, 21 nci yüzyılın başından itibaren durum tersine dönmüş, savunma ve güvenlik teknolojileri sivil alandaki inovasyon ve gelişmeleri takip eder hale gelmiştir. Bugün başta insansız sistemler olmak üzere savunma sanayiindeki pek çok yenilikçi ürün ve çözüm, sivil alandaki uygulama ve inovasyonlardan beslenmektedir. Bu sürecin, önümüzdeki onyılda daha da hızlı ve geniş kapsamlı bir şekilde devam edeceği değerlendirilmektedir. Soğuk Savaş sonrası dönemde daralan savunma bütçelerinin ve serbest piyasa ekonomisinin bir başka yan ürünü de, hizmet alımı ve tedarik süreçlerindeki dönüşümdür. Ordular ve güvenlik birimleri artık eğitimden bakım onarıma pek çok süreç için hizmet alımını tercih etmektedir Afganistan ve 2003 Irak harekâtlarında da görüldüğü gibi özel şirketler aynı zamanda özel operasyon ve güvenliğin sağlanması gibi ihtiyaçlar için de askeri hizmet sağlamaktadırlar. Başta bakım onarım ve eğitim olmak üzere muharip olmayan görev ve ihtiyaçlar için özel şirketlerden hizmet alımının artarak süreceği, bu kapsamda yenilikçi çözüm ve formüllerin geliştirilebileceği değerlendirilmektedir. Savunma sanayii, ileri teknolojilerin jeopolitik koşullarla doğrudan etkileşim içinde olduğu bir alandır. Bu alanda politika ve çözüm geliştirmek, çok boyutlu ve uzun vadeli bir ortak akıl geliştirebilmeyi ve idame edebilmeyi zorunlu kılmaktadır. Teknolojiyi tüketen değil üreten bir mekanizmanın, böyle bir ortak aklı bağımsız bir şekilde kurması şarttır Kaynaklar [1] Doğu Akdeniz'in Yeni Enerji Jeopolitiğinde Bölge Ülkeleri Deniz Güçlerinin Yeri Ve Etkisi. Mevlütoğlu, Arda. Kocaeli : Uluslararası Enerji ve Güvenlik Kongresi, [2] Yaycı, Cihat. Doğu Akdeniz de Deniz Yetki Alanlarının Paylaşılması Sorunu ve Türkiye. Bilge Strateji. 2012, Cilt 4, 6. [3] BilgeSAM Bilge Adamlar Kurulu. Doğu Akdeniz'de Enerji Keşifleri ve Türkiye. Ankara : BilgeSAM, Aralık [4] Israel-Cyprus exclusive economic zone set. Ynet News. [Çevrimiçi] [Alıntı Tarihi: ]

256 [5] IHS Jane's. Cold War: The Race for Arctic Resources Continues [6] Territorial claims in the Arctic. Wikipedia. [Çevrimiçi] [Alıntı Tarihi: ] [7] United States Geological Survey (USGS). 90 Billion Barrels of Oil and 1,670 Trillion Cubic Feet of Natural Gas Assessed in the Arctic. [Çevrimiçi] [Alıntı Tarihi: ] [8] Yenikeyeff, Shamil ve Krysiek, Timothy Fenton. The Battle for the Next Energy Frontier: The Russian Polar Expedition and the Future of Arctic Hydrocarbons. Oxford Institute for Energy Studies [9] Territorial disputes in the South China Sea. Wikipedia. [Çevrimiçi] [Alıntı Tarihi: ] [10] Dabashi, Hamid. The Arab Spring: The End of Postcolonialism. s.l. : Palgrave Macmillan, [11] Brownlee, Jason, Masoud, Tarek ve Reynolds, Andrew. The Arab Spring: The Politics of Transformation in North Africa and the Middle East. Oxford : Oxford University Press, [12] Cyberwar: War in the Fifth Domain. The Economist. [Çevrimiçi] [Alıntı Tarihi: ] [13] Andress, Jason ve Winterfeld, Steve. Cyber Warfare: Techniques, Tactics and Tools for Security Practitioners. s.l. : Syngress, [14] Janczewski, Lech ve Colarik, Andrew. Cyber Warfare and Cyber Terrorism. s.l. : IGI Global, [15] Cyberwarfare. Wikipedia. [Çevrimiçi] [Alıntı Tarihi: ] [16] İnsansız Hava Araçları ve Ağ Merkezli Muharebe Kavramı. Mevlütoğlu, Arda. Eskişehir : V. Ulusal Uçak, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Kurultayı, [17] Geleceğin Harekât Ortamında İHA Sistemleri: Askeri Uygulamalar & Teknoloji Gereksinimleri. Karaağaç, Cengiz. İstanbul : 3. Ulusal Havacılıkta İleri Teknolojiler Konferansı, [18] Submarine. Wikipedia. [Çevrimiçi] [Alıntı Tarihi: ] [19] Gürel, Hakan. Korvet Sınıfı Gemiler. Jeopolitik ve Jeostrateji. [Çevrimiçi] [Alıntı Tarihi: ] 220

257 221 ENERJİ SEKTÖRÜNDE PLANLAMA ve TOPLUMSAL YARAR Oğuz TÜRKYILMAZ (TMMOB Makina Mühendisleri Odası Enerji Çalışma Grubu Başkanı) Enerjiden yararlanmak temel bir insan hakkıdır.bu nedenle, enerjinin tüm tüketicilere yeterli,kaliteli,sürekli, düşük maliyetli,güvenilir bir şekilde sunulması, temel bir enerji politikası olmalıdır. Enerji üretiminde ağırlık; yerli, yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına verilmelidir. Enerji planlamaları,ulusal ve kamusal çıkarların korunmasını,toplumsal yararın arttırılmasını,yurttaşların ucuz, sürekli ve güvenilir enerjiye kolaylıkla erişebilmesini,çevreye verilen zararın asgari düzeyde olmasını hedeflemelidir. Enerji sektöründe bütünleşik kaynak planlaması zorunludur. Bu planlama; enerji üretiminin dayanacağı kaynakların seçimi, enerji tüketim eğilimlerinin incelenmesi, talep tarafı yönetim uygulamalarının üzerinde yoğunlaşma, enerjinin daha verimli kullanımı, çevreye verilen zararın asgari düzeyde olması, yatırımın yapılacağı yerde yaşayan insanların hak ve çıkarlarının korunması vb. ölçütleri gözeterek yapılmalıdır. Türkiye nin kendi ufkunu çizebilen, strateji oluşturabilen, dünya ekonomisinden ve dünyanın örgütlü baskısından neler gelebileceğini kestiren kapasiteye ve esnekliğe sahip olabilmesi ve bir takım kırmızı çizgilerini çizebilmesi için; toplumun üretici ve yaratıcı güçlerini harekete geçirmek için mutlaka aklın seferberliği olan planlamayı yeniden düşünmemiz zorunludur. Planlama, eskimemiş, dişlileri fazla aşınmamış işlevsel bir araç olarak pek çok ulusal ekonomiye hizmet etmiş (ve) onları bir tarih aşamasında yukarıya çıkarmış bir kaldıraç olarak, hâlâ kendi aklının ürünü olan politikaları sürdüren ülkelere hizmet etmeyi sürdürmektedir. O halde biz de yapabiliriz! Yeniden deneyebiliriz ve denemeliyiz de. Planlama yeniden!hangi araçlarla?kaynakların sağlıklı envanterini yaparak,yerli ve yenilenebilir kaynaklara ağırlık vererek,güvenilir girdi-çıktı analizleri uygulayarak,yeni bir kurumsallaşma üzerinden bütünleşik kaynak planlaması anlayışıyla hazırlanacak ve toplum,kamu ve ülke çıkarlarını gözeten Strateji Belgeleri,Beş Yıllık Planlar,Yol Haritaları,Eylem Planları ile. Planlama çalışmaları katılımcı ve şeffaf bir şekilde yapılmalı,çalışmalara ilgili kamu kurumlarının yanı sıra; üniversiteler, bilimsel araştırma kurumları, meslek odaları, uzmanlık dernekleri,sendikalar ve tüketici örgütlerinin, katılım ve katkıları sağlanmalıdır. Tüm enerji sektörleri, petrol, doğal gaz, kömür, hidrolik, jeotermal, rüzgar, güneş, biyoyakıt vb. için Strateji Belgeleri hazırlanmalıdır. Daha sonra bütün bu alt sektör strateji belgelerini dikkate alan Yenilenebilir Enerji Stratejisi ve Faaliyet Planı ve Türkiye Genel Enerji Strateji Belgesi ve Faaliyet Planı oluşturulmalı ve uygulanmalıdır.ülke ölçeğinin yanı sıra,il ve bölge ölçeğinde de enerji kaynak,üretim,dağıtım planlaması yapılmalıdır. Bu amaçla, genel olarak enerji planlaması, özel olarak elektrik enerjisi ve doğal gaz, kömür, petrol,su,rüzgar,güneş vb. tüm enerji kaynaklarının üretimi ile tüketim planlamasında; strateji, politika ve önceliklerin tartışılıp, yeniden belirleneceği, toplumun tüm kesimlerinin ve konunun tüm taraflarının görüşlerini ifade edebileceği, geniş katılımlı bir ULUSAL ENERJİ PLATFORMU oluşturulmalıdır. ETKB bünyesinde de, bu platformla eşgüdüm içinde olacak bir ULUSAL ENERJİ STRATEJİ MERKEZİ kurulmalıdır. Bu merkezde yerli kaynaklar ve yenilenebilir enerji kaynakları dikkate alınarak, enerji yatırımlarına yön verecek enerji arz talep projeksiyonları; beş ve on yıllık vadelerle, 5, 10, 20, 30, 40 yıllık dönemler için yapılmalıdır. ETKB, toplum çıkarları doğrultusunda temel stratejileri ve politikaları geliştirmek ve uygulamakla yükümlüdür. ETKB güçlendirilmeli, uzman ve liyakatli kadrolar istihdam etmelidir. Güçlü bir ETKB nin, ülke çıkarlarına uygun politikalar geliştirmesi ve uygulaması sağlanmalıdır. Dünya ölçeğinde etkin olan ekonomik durgunluk ve ülkemiz için, önümüzdeki yıllarda %2-3 lük milli gelir artış öngörüleri dikkate alındığında,elektrik talep artış oranının da düşük oranlarda olması söz konusu değil midir? Türkiye nin her yedi-sekiz yılda bir ciddi bir ekonomik krizle karşı karşıya kaldığı

258 (1994, 1999, 2001, ) dikkate alındığında;10.kalkınma Planında yer aldığı şekilde talebin ve tüketimin yüksek bir hızla, neredeyse doğrusal olarak yılık %6 artacağını varsayan öngörüler ve talep tahminleri sağlıklı değildir. Türkiye bugüne kadar enerji ihtiyacını esas olarak yeni enerji arzıyla karşılamaya çalışan bir politika izlemiştir. Dağıtımda, kaçaklarla birlikte % 15 civarındaki kayıplar ve nihai sektörlerde yer yer % 50 nin üzerine çıkabilen enerji tasarrufu imkanları göz ardı edilmiştir. Enerji ihtiyacını karşılamak üzere genelde ithal enerji kullanılmış ve ithalata dayalı yüksek maliyetli yatırımlar yapılmış, diğer yandan enerji kayıpları devam ederek, enerjideki dışa bağımlılık Türkiye için ciddi boyutlara ulaşmıştır. Bu nedenle bundan sonra izlenmesi gereken politikanın sloganı önce enerji verimliliği için yatırım yapılması, bu yatırımlarla sağlanan tasarruflar yeterli olmaz ise, yeni enerji üretim tesisi yatırımı olmalıdır. Sanayileşme politika ve önceliklerini gözden geçirmek,katma değeri görece düşük, enerji yoğun sanayi sektörleri(çimento, seramik, demir-çelik vb.) yerine enerji tüketimi düşük, katma değeri yüksek ileri teknolojili sanayi dallarının(elektronik,yazılım, nano-teknolojiler,uzay,havacılık vb.) gelişimine ağırlık verilmelidir.. Elektrik üretiminde fosil yakıtların payını arttırmayı öngören politika ve uygulamalardan vazgeçilmeli, stratejik ve kurumsal öncelik ve destekler, yenilenebilir kaynaklara verilmelidir. Planlama yeniden düşünülmeli ve uygulanmalı,ülke,bölge ve il ölçeğinde kaynakları sağlıklı bir şekilde belirlenmeli,enerji yatırımlarında ithalat faturasını arttıran,dışa bağımlılığı yoğunlaştıran doğal gaz ve ithal kömür yerine,yerli ve yenilenebilir kaynakların azami biçimde değerlendirilmelidir. Enerji sektöründeki faaliyetlerde planlama gerekliliği kabul edilmelidir. Bu planlama, birincil enerji kaynağı kullanımında dışa bağımlılığın azaltılması, sürdürülebilirlik ve maliyet ve arz güvenilirliği unsurlarını içermelidir. Gerek kamu sektörü gerek özel sektör yatırımları için bu planlamaya uymak zorunluluğu getirilmelidir. Kamu, elektrik üretim, iletim ve dağıtım tesislerinin inşası ve işletilmesi sırasında genel olarak kamu yararının, hidrolik kaynakların, ekosistemin ve mülkiyet haklarının kollanması için gerekli tedbirleri almalı, bu tür tesislerin topluma faydasının azami düzeyde, maliyetinin de asgari düzeyde olmasını hedeflemelidir. ETKB ve EPDK, lisans verecekleri tesisin topluma faydalarının maliyetlerinden çok olduğundan emin olmalıdır. Kamu, bu izin, ruhsat ve lisansları özel sermayeli kuruluşlara verirken, yalnızca ülkenin enerji ihtiyacının karşılanmasını dikkate almaktadır. Bu kabul edilemez. İlgili kurumların, bu tür ayrıcalıkları birilerine verirken toplum yararını da gözetmesi sağlanmalıdır. Enerji yatırımlarıyla ilgili işlem ve düzenlemelerde toplum yararı olup olmadığı, hukuksal, etik, kültürel, saydamlık, katılımcılık, demokrasinin işleyişi gibi normatif kriterler açısından da; çevresel, kârlılık, maliyet, gelir dağılımına etkisi, bölgesel eşitsizliği gidermeye etkisi, kamu maliyesine etkisi, istihdam etkisi gibi nicel kriterler açısından da analiz edilmelidir. Bu tür işlem ve düzenlemelerde fayda maliyet analizi ve etki analizi çalışmaları yapılmalıdır.daha açık bir ifadeyle, ilgili kamu otoriteleri, projeleri tüm yönleri ile analiz etmelidir.başvuran her projeye lisans verilmemelidir.doğal ve toplumsal çevreye etkisi kabul edilebilir sınırlarda olan, teknik, finansal ve kurumsal açılardan yapılabilir olup projelerden, ülke ekonomisine faydası maliyetinden daha fazla olan projelere lisans verilmeli,verilen lisanslar da, bu ölçütlere göre denetlenmelidir. Enerji yatırımlarında toplum yararının gözetildiği,fayda maliyet ve etki analizi çalışmaları mutlaka yapılmalı ve aşağıdaki süreçleri kapsamalıdır. 1) Üretim/dağıtım lisansı verilirken, lisans verme kriterlerini belirlerken ve herhangi bir lisans başvurusunu incelerken, aynı konuda birden fazla lisans başvurusu arasında seçim yaparken, lisans konusu faaliyetlerin uygulanmasını izlerken/denetlerken. 2) Topluma/kamuya/devlete ait kaynak ve zenginlikler (Hidrolik, kömür, Jeotermal kaynaklar, para, ormanlar, araziler) tahsis edilirken, kullandırılırken. Topluma ait olan kaynaklardan yararlanmada toplum yararı esas olarak iki bakımdan gözetilebilir. a) İsraf edilmeyerek, etkin ve verimli kullanarak; 222

259 b) İşletme/yararlanma sürecindeki topluma olan faydalarının maliyetlerinden fazla olması sağlanarak ve fayda ve maliyetleri ilgili kesimler arasında adil bölüştürerek. 3) Enerji yatırımlarının çevresel etkileri değerlendirilirken. 4) Aynı alanda gerçekleştirilebilecek birden fazla yatırım seçeneği arasında bir tercih yapılması gerektiğinde. (Örneğin aynı alanda kömür ocağı ile bir başka tesisin kurulması söz konusu olduğu durumda) arasında bir tercih yapılması gerektiğinde. 5) Enerji arzı planlanırken ve enerji kaynaklarının kullanımına yönelik tercihler yapılırken. 6) Enerji sektörünün ve enerji ekipmanlarının teşvik sistemlerinde, enerjinin fiyatlandırılmasında, vergilendirilmesinde, enerji sektörü yatırımlarının finansmanında. Özelleştirmeler durdurulmalıdır. Enerji üretim, iletim ve dağıtımında kamu kuruluşlarının da, çalışanların yönetim ve denetimde söz ve karar sahibi olacağı, özerk bir statüde, etkin, verimli ve şeffaf çalışmalar yapması sağlanmalıdır. Plansız, çevre ve toplumla uyumsuz, yatırım yerinde yaşayan halkın istemediği projelerden vazgeçilmelidir.verimli tarımsal arazilere,ormanlara,sit alanlarına santral kurulmamalıdır.gerze'de termik santral,sinop ve Akkuyu'da nükleer santral,doğu Karadeniz'de,Dersim'de,Alakır'da,Göksu'da; Türkiye'nin dört bir yanındaki HES ler gibi; bölgede yaşayan halkın istemediği tüm projeler iptal edilmelidir. Enerji sektöründe süregelen ve sorunlara çözüm getirmediği ortaya çıkan kamu kurumlarını küçültme, işlevsizleştirme, özelleştirme amaçlı politika ve uygulamalar son bulmalı; mevcut kamu kuruluşları etkinleştirilmeli ve güçlendirilmelidir. Özelleştirmeler durdurulmalıdır. Enerji üretim, iletim ve dağıtımında kamu kuruluşlarının da, çalışanların yönetim ve denetimde söz ve karar sahibi olacağı, özerk bir statüde, etkin ve verimli çalışmalar yapması sağlanmalıdır. Bu kapsamda; doğal gaz ve petrol arama, üretim, iletim, rafinaj, dağıtım ve satış faaliyetlerinin entegre bir yapı içinde sürdürülmesi için BOTAŞ ve TPAO, Türkiye Petrol ve Doğal Gaz Kurumu bünyesinde; elektrik üretim, iletim, dağıtım faaliyetlerinin bütünlük içinde olması için de, EÜAŞ, TEİAŞ, TEDAŞ, TETAŞ, eskiden olduğu gibi Türkiye Elektrik Kurumu (TEK) bünyesinde birleştirilmelidir. Hızla yükselen enerji fiyatları nedeniyle, düşük gelirli grupların çağdaş bir insan hakkı olan enerjiden yararlanma imkanlarının yok olduğu göz önüne alınarak, hane halkı geliri belirli bir düzeyin altında kalan ailelere, ayda 250 kwh, yılda kwh elektrik ve yılda 1500 m 3 doğal gaz bedelsiz olarak sağlanmalıdır. Doğal gaz, petrol, ithal kömür gibi dışa bağımlı fosil yakıtların enerji tüketiminde ve elektrik üretiminde payını düşürmeye yönelik politikalar uygulanmalıdır. Enerji girdileri ve ürünlerindeki yüksek vergiler düşürülmelidir.elektrik enerjisi fiyatı içindeki faaliyet dışı unsur olan TRT payı ile artık doğrudan Maliye ye aktarılan Enerji Fonu kaldırılmalıdır. Gerek birincil enerji ihtiyacının, gerekse elektrik üretiminin yurt içinden karşılanan bölümünün azami düzeyde olmasına yönelik strateji, yol haritası ve eylem planlarının uygulanmasıyla, elektrik üretiminde dışa bağımlılığın azaltılması ve kısa ve orta vadede, doğal gazın payının %25, ithal kömürün payının %5, yerli kömürün payının %25, hidrolik enerjinin payının %25, diğer yenilenebilir enerji kaynaklarının payının %20 düzeyinde olması hedeflenmelidir. Uzun vadede ise, fosil kaynakların payının daha da azaltılması ve elektrik üretiminin büyük ağırlığının yenilenebilir enerji kaynaklarına dayandırılması ve nihai hedef olarak yalnızca yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı amaçlanmalıdır. Halen yürürlükte olan ELEKTRİK ENERJİSİ ARZ GÜVENLİĞİ STRATEJİ BELGESİ uzun vadeli planlar çerçevesinde;toplumun çıkarları, yukarıdaki hedefler ve yerli-yenilenebilir kaynaklara öncelik verecek şekilde güncellenmeli ve uygulanmalıdır. 223

260 KEMOTERAPİDE KULLANILAN İLAÇLARIN YAN ETKİLERİNİ AZALTICI YA DA YOK EDİCİ PREPARATLARIN SÜPERKRİTİK CO2 İLE EKSTRAKSİYONU Metin GÜRÜ a*, HaticeTuğba ÇELİK a a* Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği, Ankara,06570 mguru@gazi.edu.tr Kemoterapi, tümörün ilaçla tedavi edilmesidir, cerrahi ve ışın tedavisi ile birlikte tümör tedavisinin çok önemli bir parçasıdır. Kemoterapi ile tümör hücreleri öldürülür veya tümör büyümesi durdurulmaya çalışılır. Etkili bir tedavi yöntemi olmasına rağmen bazı durumlarda tümörü tam olarak yok edemeyip sadece belirtilerini düzelterek rahat yaşamayı sağlayabilir. Bazı tümörlerde tek tedavi yöntemi kemoterapidir, bazı tümörlerde ise diğer tedavilerle (cerrahi ve radyoterapi) peş peşe veya eş zamanlı olarak uygulanır. Kemoterapide kullanılan ilaçların bir kısmı tümöre doğrudan etkili kemoterapötik ilaçlar ve hormonlar, bağışıklık sistemini kuvvetlendirici biyolojik ajanlardır. Küçük moleküllü hücre içi fonksiyonların blokajını sağlayan tedavi yöntemleri de geliştirilmiştir. Tümuratmöre doğrudan etki eden ilaçlar tümör hücrelerinin yapı taşlarına etki eder, hücrelerin büyümesine ve çoğalmasına engel olarak tümörün ölümüne neden olurlar. Diğer taraftan bu ilaçlar vücudumuzda bazı yerlerdeki normal hücreleri de etkileyerek çeşitli yan etkilere yol açarlar. Bu yan etkilerin minimuma indirilmesi amacıyla çeşitli bitkisel içerikli preparatlar, ilaçlar kullanılmaktadır. Dünya üzerindeki bitkilerin yaklaşık türü tıbbi amaçla kullanılmaktadır. Türkiye de yetişen 8500 türden sadece 500 kadarının tedavide kullanıldığı tahmin edilmektedir. Silybum marianum Asteracea ailesinin bir üyesi olup tüm bitkisel ilaçların en eskisidir. Genellikle safra yolları şikayetlerinde siroz, sarılık, hepatit, kimyasal ya da ilaç zehirlenmelerinde tedavi edici olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte kolon, mide, göğüs kanseri v.b tedavilerde de kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalarda alkolizm veya hepatite bağlı karaciğer hasarında hasarın derecesini azalttığı saptanmıştır. Tip 2 şeker hastalarında kan şeker düzeylerinde azalma sağlamaktadır. Ayrıca ekstraktı ilaçlara bağlı karaciğer toksisitesini azaltması nedeniyle kemoterapiye bağlı karaciğer toksisitesinin azaltılmasında yararlı olabileceği düşünülmektedir. Hayvan çalışmalarında; Silybum marianum tohumunun yapısında bulunan silymarin bileşiklerinin çeşitli kanserlerde antitümöral etkisi olduğunu göstermiştir. Kanser hücre hatlarında damarlanmayı ve çoğalmayı engelleyici etkisi olduğu saptanmıştır. Sentetik olarak üretimi zor olan silymarin bileşikleri Silybum marianum tohumunun ekstraksiyonundan elde edilmektedir. Ancak klasik ekstraksiyon yöntemlerinde petrol eteri, etilasetat gibi ekstraksiyon amacıyla kullanılan pek çok kimyasal çözücü üründen tamamıyla uzaklaştırılamamaktadır. İyi bir ayırma teknolojisi olan süperkritik akışkan özütlemesi çevre dostu olarak bilinen bir yöntemdir ve gıda endüstrisinin yanı sıra biyokimya, kimya ve ilaç endüstrilerinin ilgi odağı haline gelmiştir. Bu çalışmanın amacı ilaç aktif maddesi olan ve kanser tedavisi başta olmak üzere pek çok alanda kullanılan silymarin bileşiklerinden silibinin, Silybum marianum tohumundan süperkritik CO2 ile ekstraksiyonudur. Bu kapsamda sürece farklı sıcaklık, basınç, CO2 akış hızı ve tanecik büyüklüğü gibi çalışma parametrelerinin etkisi incelenmiş ve elde edilen sonuçlar doğrultusunda maksimum verimde silibin A ve B bileşiklerinin üretilmesi hedeflenmiştir. 224

261 225 METAL HİDRÜR REAKTÖRLERDE REAKTÖR TASARIMININ HİDROJEN DEPOLAMA KAPASİTESİ ÜZERİNE ETKİLERİ Fevzi BEDİR 1, Muhammet KAYFECİ 2, Ümran ELMAS 3 Süleyman Demirel Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü 1, Karabük Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Enerji Sistemleri Mühendisliği 2, Bilimsel Programlar Başuzmanı 3 Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) ÖZET Hızlı teknolojik gelişmelere paralel olarak soğutma-ısıtma ihtiyacı da o oranda artmaktadır. Enerji verimliliği, atık ısının kullanımı ve çevreye duyarlı akışkanların tercih edilmesi gibi iyileştirmelerin söz konusu olduğu soğutma teknolojisi ve henüz ticarileşmemiş olan metal hidrit ısıtma ve soğutma sistemleri, günümüzde önem kazanmaktadır. Hidrojenin metal alaşımlar içinde absorbsiyonunun/desorbsiyonunun avantajlı özellikler barındırması nedeniyle, 1970 li yıllardan bu yana araştırmacıların ilgisini çekmiştir. Son yıllarda metal hidrit bazlı ısıtma ve soğutma sistemlerinin geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemleri, çevreye saygılı bir teknolojidir. CFS gibi çevreye zararlı ürünler içermez, CO2 emisyonunu azaltan işlev görür. Çekici performans verileri ve çevre faktörleri nedeniyle atık ısı veya güneş enerjisi uygulamalarında, metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemlerinin kullanımı konusu büyük ilgi görmektedir. Uygulamalar çoğunlukla binaların hava şartlandırılmasında ve otomobillerde görülmektedir. Metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemlerinin yatırım maliyetleri yüksek olmasına karşılık, çevre avantajları ile klasik buharlı kompresör sistemleri ile kıyaslandığında ilgi çekmektedir. Uzun vadede kompresör tahrikli metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemleri, maliyet avantajları ve çok az hareketli parçaları ile minimum bakım maliyetli ve çevreye duyarlı sistemler olmaları nedeniyle özellikle otomobil klimalandırma ve bina ısıtılmasında tercih edilmeye aday olabileceklerdir. Anahtar Kelimeler: Metal hidrür, partikül boyutu, AB5 alaşımları, hidrojen depolama ABSTRACT Due to the rapid technological developments, the needs in the cooling-heating have also been increasing. The improvements such as energy efficiency, use of waste heat, preferring environmentally-sensitive fluids in the cooling systems as well as metal hydride-based heating and cooling systems have been gaining importance today. Hydrogen has been attracted by the researchers since the 1970s due to having the advantageous properties in absorbtion / desorbtion processes in metal alloys. In recent years the studies on metal hydride-based heating and cooling systems have been recorded. Metal hydride-based heating and cooling systems have environment-friendly technology. They do not contain environmentally-harmful products such as CFS and reduce CO2 emissions. Applying metal hydride-based heating and cooling systems into waste heat or solar energy applications by taking the advantegous of the performance data and environmental factors have been getting great interest. The

262 applications are seen generally in automotive industry and climatization of buildings. Even though metal hydride-based heating and cooling systems have high investment costs, they have environmental advantages compared to the conventional steam compressor systems. In the long term, compressordriven metal hydride-based heating and cooling systems will be able to be a major candidate for climatization, for heating the buildings and the cars because of the cost advantages, of minimum maintenance cost and of being environmentally sensitive systems. Key Words: Metal hydride, particule size, AB5 alloys, hydrogen storage 1. GİRİŞ Ekonomik kalkınmanın temel öğelerinden biri olan enerji, insanlığın vazgeçilmez gereksinimlerinden biridir. Dünya nüfusu ve endüstriyel gelişmelere paralel olarak enerji gereksinimi giderek artmakta, buna karşın fosil enerji kaynaklarının rezervleri hızla tükenmektedir. En son istatiksel değerlendirmelere göre petrolün 41 yıl, doğal gazın 62 yıl, kömürün ise 230 yıl rezerv kullanım süresi bulunmaktadır yılında nüfusu 1.6 milyar, birincil enerji tüketimi yaklaşık 1000 Mtep olan dünyamızda 1997 yılında nüfus 6.5 milyara ulaşmış, birincil ticari enerji tüketimi Mtep düzeyine çıkmıştır. Birincil enerji kaynaklarının rezervlerinin kısıtlı olması, ulusal kaynaklarının değerlendirilmesi zorunluluğu, mevcut yakıtların çevre üzerindeki olumsuz etkileri (sera etkisi, küresel ısınma, iklim değişiklikleri, yağış anormallikleri, asit yağmurları, sağlık problemleri gibi), yeni enerji teknolojileri kapsamında, depolanabilir, yüksek kalorifik değeri taşınabilir bir enerji kaynağı olan hidrojen enerjisini ön plana çıkarmıştır. 2. HİDRİTLEME REAKSİYONU 2.1 Tek Kademeli Tek Etkili Sistemin Çalışma Prensibi Hidritleme, doldurma istasyonunda hidrojenin depolama sistemine şarj edilmesidir. Bu reaksiyon, yüksek miktarda ısı açığa çıkardığı için ekzotermik bir reaksiyondur. Endotermik bir reaksiyon olan de-hidritlemede ise, hidrojenin yakıt piline aktarılması söz konusu olduğu için ısı girişi gereklidir. Bu nedenle hem hidritleme, hem de-hidritleme reaksiyonlarının kontrolü için ısı eşanjörü gerekli olmaktadır. Hidritleme reaksiyonunda ortaya çıkan ısı, ısı eşanjörü yardımıyla etkin bir şekilde uzaklaştırılmalı ve bu reaksiyon yüksek basınçlı metal hidritte hidrojenin başarıyla şarj edilmesini sağlayacak şartlarda gerçekleşebilmelidir. Diğer taraftan depolama sistemi, soğuk çalıştırılabilme kapasitesine sahip olmalı ve yakıt hücresinin ihtiyacı olan hidrojen gazını karşılayabilmelidir. Şekil 1 ve Şekil 2 de tek kademeli metal hidrit bazlı ısıtma ve soğutma sisteminin temel termodinamik çevrimi görülmektedir. 226

263 227 Şekil 1. Tek kademeli metal hidrit bazlı ısıtma ve soğutma sisteminin şematik görünümü Şekil 2. Tek kademeli tek etkili metal hidrit bazlı ısıtma ve soğutma sisteminin termodinamik çevrimi Burada yüksek sıcaklıkta hidrit (A) ve düşük sıcaklıkta hidrit (B) olmak üzere iki çift reaktör bulunmaktadır. İlk yarım çevrimde A1 hidriti, Td sıcaklığında Qd ısısı yardımıyla P2 yüksek basıncında hidrojeni açığa çıkarır. Karşılığı olan B1 hidriti, A1 reaktöründen hidrojeni absorbe eder ve Tm sıcaklığında Qm1 ısısı açığa çıkar. Benzer şekilde B2 hidriti, Tc sıcaklığında Qc ısısını alarak P1 düşük basıncında hidrojeni açığa çıkarır. Açığa çıkan hidrojen, A2 hidridi tarafından absorbe edilirken Tm sıcaklığında Qm2 ısısı kullanılır. Daha sonra A1 ve B1 reaktörleri, Tm ve Tc sıcaklıklarına uygun bir şekilde soğutulur, bunun sonucunda A2 ve B2 reaktörleri de Td ve Tm sıcaklıklarına yükselir. Böylece sistem, ilk yarım çevrimini tamamlamış olur. 2. yarım çevrim sıasında Td sıcaklığında Qd ısısı, A2 reaktörüne verilerek B2 reaktörü tarafından absorbe edilen P2 yüksek basıncında hidrojenin açığa çıkması sağlanır. Bu halde Tm sıcaklığında Qm1 ısısı açığa çıkmaktadır. Benzer şekilde B1 hidriti, Tc sıcaklığında Qc ısısını kullanarak P1 düşük basıncında hidrojeni açığa çıkarır, ki bu, Tm sıcaklığında Qm2 ısısını açığa çıkararak A1 tarafından absrbe edilir. A2 ve B2 reaktörlerinin Tm ve Tc sıcaklıklarına soğutulması, A1 ve B1 reaktörlerinin Td ve Tm sıcaklıklarına ısıtılması sonrasında sistem, bir sonraki çevrime hazır olmuştur. Metal hidrit ısıtma ve soğutma sistemleri, klasik sistemlerde olduğu gibi karbon/amonyum aktivasyonu silika jel/su gibi bileşenlere sahip olması açısından benzerlikler içerir. Temel farklılığı ise, metal hidrit sistemi içindeki hidrojenin, klasik sistemlerdeki amonyum ve suyun aksine yoğuşturulabilir özellikte olmamasıdır. Bu nedenle kondenser/evaporatör yerine jeneratör/absorberin kullanılması gerekli olacaktır. 2.2 Denge Basıncı Metal hidrit sistemlerinde hidritleme ve de-hidritleme proseslerinin gerçekleşmesindeki en önemli etken, denge basıncıdır. İzotermal reaksiyon prosesi için sistemde ortaya çıkan bu denge basıncı, Van t Hoff denklemi yardımıyla sıcaklıkla ilişkilendirilebilir: Burada R gaz sabiti, ve reaksiyon esnasındaki entalpi ve entropi değişikliğidir. Verilen bir hidrit sıcaklığında, sistem basıncı sadece denge basıncının üzerinde olduğunda hidritleme gerçekleşir. Benzer şekilde de-hidritleme de basınç, denge basıncının altında olduğunda söz (2.1)

264 konusudur. Ancak hidritleme ve de-hidritleme reaksiyonları için denge basıncı aynı değildir. Ti1,1CrMn metal hidrit malzemesi için hidritleme ve de-hidritleme sırasında sıcaklığa göre denge basıncı dağılımı Şekil-2 de verildiği gibidir. 228 Şekil 3. Ti1,1CrMn metal hidrit malzemesinin hidritleme ve de-hidritleme prosesleri sırasında sıcaklığa bağlı olarak denge basıncındaki değişim grafiği Hidritleme ve de-hidritleme reaksiyonlarının her birisinin denge basıncı, metal hidrit sıcaklığının bir fonksiyonu olup, reaksiyonun entalpi ve entropisine, metal hidrit malzemesinin kinetik özelliklerine bağlıdır. Yukarıdaki grafiğe bakıldığında, (-10) C de hidritlemenin tank basıncı 130 bar ı geçtiğinde başlayacağı, buna karşılık aynı sıcalıkta da hidritleme reaksiyonunun başlayabilmesi için basıncın mutlaka 70 bar ın altında olması gerektiği görülmektedir. Her iki reaksiyonun denge basınçları, Van t Hoff denklemi ile hesaplanabilmektedir [38]. De-hidritleme reaksiyonu için denge basıncı, aşağıdaki denklemle hesaplanabilir: Burada Po, Hd, Sd ve R, sırasıyla atmosfer basıncını, reaksiyonun entalpisini, deşarj işleminde entropi reaksiyonunu ve üniversal gaz sabitini göstermektedir. Denge basıncı ile tank basıncı arasındaki fark ne kadar büyükse, reaksiyonu yönlendiren potansiyel de o kadar büyük olacaktır. De-hidritleme hızı, aşağıdaki eşitlikte verilmektedir: (2.2) Burada Cd ve Ed, sırasıyla de-hidritleme hızı sabiti ve de-hidritleme için aktivasyon enerji sabitidir. F parametresi, toplam kapasitenin bir yüzdesi olarak metal hidritte absorbe olan (depolanan) hidrojen miktarını göstermektedir. Tamamen hidritleme durumunda iken F=1, de-hidritleme reaksiyonu tamamlandığında ise F=0 olur. De-hidritleme reaksiyonu sırasında tank basıncı P, her zaman dehidritleme denge basıncından daha düşük olacağı için de-hidritleme süresince ΔF/Δt negatif değer alacaktır. Endotermik de-hidritleme reaksiyonu sonucunda belirli bir hızda metal hidritte absorbe olan ısı şu şekildedir: (2.3)

265 229 Burada wt%, MWH2 ve MH sırasıyla maksimum hidrit depolama kapasitesini, hidrojenin moleküler ağırlığını ve hidrit tozunun paketleme yoğunluğunu göstermektedir. Yukarıda verilen 3 denklem, yüksek hidritleme sıcaklığının hem yüksek denge basıncına hem daha hızlı de-hidritleme hızına yol açtığını göstermektedir. Ancak hızlı reksiyon, ısı absorbe hızını da arttırdığı, bunun da metal hidrit sıcaklığının düşmesine yol açacağı unutulmamalıdır. Bu durum, metal hidritte yeterli ısı verilmediği sürece reaksiyonun hızını düşürecektir. Bu 3 eşitlik, aynı zamanda hızlı de-hidritleme hızlarına ulaşılmasında ve bu hızların korunmasında ısı eşanjörün önemini de göstermektedir. 2.3 Literatür Çalışma Örnekleri Metal hidrit kompozit malzemeler gibi hızlı reaksiyon yatakları kullanarak ısıl veya kompresör tahrikli metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemlerinin verimlerinin arttırılması ve bu kapsamda teknolojilerin geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemleri için metal hidritlerin optmizasyonu çalışmaları da, örneğin aluminyum hidrit gibi kompleks hidritler veya Mm bazlı Mg hidritler gibi metal hidritler, büyük ilgi görmektedir. Jemni ve Nasrallah, de-hidritleme prosesi için 2 boyutlu ısı ve kütle transfer modeli geliştirdi. Sıvı banyo içine yerleştirilen silindirik tank içinde yüksek basınçlı metal hidrit olarak LaNi5 kullanarak dehidritleme deneyleri gerçekleştirdi. Bu deneyler sonucunda sıvı banyo sıcaklığının deşarj hızında önemli bir etkisi olduğu görüldü. Mellouli vd, spiral tüplü ısı eşanjörüne sahip depolama sisteminde LaNi5 ile deneyler gerçekleştirdi. Günümüzde metal hidrit sistemleri, yüksek malzeme maliyeti ve hızlı reaksiyon yataklarının pahalılığı nedeniyle çekici değildir. Bu nedenle bu sistemler, henüz tam anlamıyla ticarileşememiştir. Ancak çevresel faydalarının yanında, düşük kaliteli atık ısıların ve güneş enerjisinin de kullanılabilir olması nedeniyle bu sistemlerin yakın gelecekte kullanılma potansiyeli vardır. 3. HİDROJEN VE METAL HİDRİT MALZEMESİ 3.1 Hidrojen Hidrojen gazı, molekülündeki atomlararası bağın çok kuvvetli olması nedeniyle, oda sıcaklığında diğer kimyasallarla genellikle tepkimeye girmez. Dolayısıyla hidrojen molekülünün tepkimeye girecek olan atomlara parçalamak için çok büyük enerji uygulanması gereklidir. (2.4)

266 230 Tablo 1. Hidrojenin fiziksel özellikleri Geleceğin enerjisi olmaya aday hidrojenin etkin ve verimli bir şekilde depolanabilmesi için birçok yöntem bulunmaktadır: 1. Sıkıştırılarak gaz halinde depolanması 2. Çok düşük sıcaklıklara kadar soğutulup sıvılaştırılarak depolanması 3. Fiziksel olarak karbon nanotüplerde, kimyasal olarak hidritlerde katı olarak depolanması Yapılan araştırmalar ile birlikte, uygun çalışma ortamlarının olması ve düşük basınçlarda çalışılabilmesi nedeniyle, en etkili depolama yönteminin hidrit şeklinde olduğu görülmektedir. 3.2 Hidritler Şekil 4. Aynı hacimdeki farklı depolarda depolanan hidrojen miktarı Bazı elemet veya alaşımların, hidrojen ile girdiği tepkimeler sonrasında ortaya çıkan bileşiklere hidrit adı verilmektedir. Hidritler belli bir sıcaklıkta hidrojen tutan, ısıtıldıklarında ise depoladıkları hidrojeni serbest bırakan bileşiklerdir. Yukarıdaki grafikte de görüldüğü üzere, aynı hacim içinde hidrit malzemelerle en fazla hidrojen depolanabilmektedir. Enerji dönüşüm uygulamalarında metal hidritlerden faydalanılması, 1978 lerdeki 2. petrol krizi ile birlikte önem kazanmaya başladı. Bu tarihten itibaren, özellikle klorokarbon kullanımındaki kısıtlamalarla birlikte metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemleri uygulamalarında metal hidrit enerjisi

267 teknolojisinin kullanımına yönelik çalışmalar ilerlemiş, LaNi5, TiFe ve Mg2Ni gibi hidrojen depolama için büyük potansiyele sahip metal hidrit malzemeleri başarıyla geliştirilmiştir. Bununla birlikte yıllar içinde gerçekleştirilen çalışmalarla, hidrojen izotopları ile gaz karışımlarının saflaştırılması [4, 9], düşük ve yüksek sıcaklıklarda ısı pompalanması [21, 36], peryodik ısı depolama [38, 44] gibi daha geniş kapsamlı metal hidrit uygulamaları geliştirilmiştir. Depolama amaçlı kullanılan hidritler, kimyasal hidritler ve metal hidritler olmak üzere ikiye ayrılmaktadır Kimyasal Hidritler Hidrit formunda depolama, katı metallerde olduğu gibi, sıvı halde de olabilir (sodyum bor bileşiği). Hidrojenin depolanması ve depolanan hidrojenin açığa çıkarılması için kimyasal reaksiyonlar kullanılır. Hidrojen, genellikle suyla olan kimyasal tepkimesi (hidroliz) ile serbest kalır. Atık ürünler, farklı yerlerde tekrar dönüştürüldüğü için işlem tersinir olmamaktadır Metal Hidritler Metal hidritleri, peryodik cetvelin B grubunda yer alan geçiş elementleri oluşturmaktadır. Kimyasal hidritlerle karşılaştırıldığında, özellikle tepkimelerin tersinir olması nedeniyle tercih edilebilmektedir. Belirli şartlar altında pek çok metal veya alaşım, yüksek miktardaki hidrojen ile ters reaksiyona girer. Bu tür reaksiyonun ürünleri metal hidrit olarak adlandırılır: 231 Hidritleşme, ekzotermik (dışarıya ısı veren) bir tepkime olup, aynı zamanda tersinirdir. Bu yüzden hidritler ısıtıldıklarında, depolanmış olan hidrojen de açığa çıkar. Metal hidritler, bar gibi düşük basınçlarda çalışır, dolayısıyla güvenlidir ve depolama kapasiteleri oldukça yüksektir. Bu işlemde moleküller, tutunma işleminden farklı olarak metal hidrit malzeme yapısının içinde soğurularak, kuvvetli bağ yaparlar. Bazı metal hidrit malzemelerin hidrojen depolama karakteristikleri, Tablo-2 de verilmektedir. (3.1)

268 232 Tablo 2. Bazı metal hidrit malzemelerin hidrojen depolama karakteristikleri Şekil 5. Hidrojen moleküllerinin yüzeyden içeri girerek metal hidrit malzemesi atomlarının arasına yerleşmesi ve hidrit oluşumu 3.3 Genel Tanımlar ve Alaşımların Seçimi Metal hidrit bazlı ısıtma-soğutma sistemlerinin performansı, büyük oranda seçilen metal hidrit malzemesinin özelliklerine bağlıdır. Bu sistemlerde kullanılacak olan metal hidritlerin yüksek formasyon entalpisi, düşük spesifik ısı, yüksek hidrojen absorbe kapasitesi, yüksek ısı iletkenlik, hızlı reaksiyon kinetiği, tercih edileblir denge basınçları, düşük histeresiz, basit aktivasyon prosesi, çevrim operasyonu sonrasında minimum degregasyon ve düşük maliyet gibi özelliklere sahip olmalıdır. Metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemleri, genellikle AxBy tip metal hidrit malzemelerin intermetalik bileşenini kullanır. Alaşım kompozisyonu değiştirilerek AxBy malzemesi modifiye edilebilir. Tablo 3. Metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemlerinde kullanılan alaşımlar ve 1978 den bu yana yapılan bazı örnek çalışmalar

269 233 Hidrit yatağı içindeki ısı ve kütle (hidrojen) transferinin daha iyi ortaya konulabilmesi için, hızlı teknik reaksiyon kinetiğinin olması gerekir. Genellikle metal hidritlerin iç reaksiyon kinetiği, sadece MgH2 nin 300 C den düşük sıcaklıklardaki davranışı hariç, nispeten hızlıdır. Hızlı teknik reaksiyon kinetiği, yetersiz ısı ve kütle transferinden dolayı absorbe/açığa çıkma proseslerinde sınırlı kalmaktadır. Absorbsiyon durumunda, denge basıncının üzerinde reaksiyon yatağının fazla ısınmasına veya açığa çıkma durumunda reaksiyon basıncının denge basıncının altına düşmesine, dolayısıyla reaksiyonların tamamlanamamasına sebep olabilir. Bu problemler için farklı teknik çözümler bulunmaktadır. Hidrojen, genellikle 1-5 m poroziteye sahip tüp ile reaksiyon yatağına beslenmekte, böylece reaksiyon yatağı boyunca sürekli bir basıncın oluşması ve sürdürülebilmesi garanti edilebilmektedir. Bu durumda hidrojen, oldukça düşük kalınlıktaki reaksiyon yatağı boyunca yayılabilmektedir. Metal hidrit toz yataklarının ısıl iletkenliği, yeterli çevrim sonucunda tane büyüklüğü dağılımının 1 µm seviyelerinde olması ile genellikle 1 W/mK seviyelerinde olup, küçüktür. Bu nedenle reaksiyon yatağının ısı iletkenliği, oldukça gözenekli Al köpük veya diğer Al-Cu yapıları kullanılarak iyileştirilebilir [11, 53]. En etkili teknik, hidrit tozunun Al veya grafitle karıştırılıp soğuk veya sıcak presle sıkıştırılmasıdır [45, 46]. Ron vd, metal hidrit ve aluminyum karışımının izostatik sıcak presleme yönemiyle elde edilen gözenekli metal hidrit tabakalarını geliştirmiştir [45]. 4. ISI VE KÜTLE TRANSFERİ Metal hidritlerde hidrojen absorbe edilmesi veya açığa çıkarılması, ekzotermik/endotermik prosestir. Dolayısıyla metal hidrit bazlı ısıtma soğutma sistemleri, esas olarak ısı ve kütle prosesleri tarafından belirlenmektedir. Hidrit formasyonu/deformasyonu için önemli bir ısı transfer etkisi (yaklaşık 30 kj/mol H2) gerekli olup, kanal sıcaklığı reaksiyon sırasında değişecektir. Bu nedenle reaksiyon ilerledikçe, ortaya çıkan / sisteme verilen ısı, uygun bir şekilde yönetilmelidir. 4.1 Isı Kaybı Isı kayıpları, genel olarak termal yalıtım veya ısı switçleri ile etkin olarak azaltılabilmektedir. Isı kaybının bir diğer önemli formu da, metal hidrit reaktöründe sıcaklık değişimi ile ilgili olarak hissedilir ısı kaybıdır. Örneğin, metal hidrit hidrojen depolama kabı deşarj edildiğinde, normalde ortam

270 sıcaklığında daha yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılmalıdır. Metal hidrit malzemesi, deşarj için gerekli denge basıncına karşılık gelen sıcaklığa kadar ısıtılırken, ekstra ısı enerjisi, tank, borular, akışkan gibi ortamlar tarafından tüketilir. Bu da, sistemin enerji veriminin düşmesine neden olur. Prensipte hissedilir ısı kaybı kaçınılmazdır ve bu durum, ısı transferinin iyileştirilmesi gerekliliğini gösterir. Söz konusu ısı kayıplarının azaltılması için metal hidrit raktörlerinin tasarımında hafif malzemeler ve kompakt konfigürasyonlar tercih sebebi olmalıdır. 4.2 Metal Hidrit Yatağı İçin Enerji Denklemi 2 boyutlu silindirik koordinat sisteminde hidrit yatağı enerji denklemi şu şekilde verilmektedir: 234 ke, yatağın efektif ısı iletkenliğidir ve şu bağıntı ile hesaplanır: (4.1) (4.2) Hidrit yatağının efektif ısı kapasitesi (ρcp)e, şu şekilde hesaplanabilir: (4.3) Metal hidritin yoğunluk denklemi de şöyledir: β reaksiyon hızı, birim zamanda bir kg alaşım için reaksiyona giren hidrojen mol sayısı olarak ifade edilmektedir: (4.4) Genel reaksiyon kinetik enerjisi denklemi de şöyledir: (4.5) Denge basıncı Peq, Van t Hoff denklemi kullanılarak hesaplanabilir: (4.6) Başlangıç şartlarında (t=0) yatak sıcaklığı, yatağın denge basıncı ve hidrit yoğunluğu, yatak boyunca uniform olarak kabul edilir. Bu durumda: (4.7)

271 235 (4.8) Aksiyal yön boyunca yatağın iç yarıçapında adyabatik şartlar uygulanırsa: Reaktörün her iki tarafı da adyabatik yüzey olduğu kabul edilirse, sol ve sağ yüzeyler boyunca şu eşitlikler yazılabilir: (4.9) ve (4.10) Dolayısıyla r=r0 ve z değerinde yatak-duvar arasında ısıl temas direnci düşünülerek başlangıç şartları şu şekilde yazılabilir: (4.11) Küçük kalınlık ve yüksek ısıl iletkenlikten dolayı z yönünde ve zamana göre değişse de hidrit tüpünün iç duvar sıcaklığı, radyal yön boyunca uniform kabul edilebilir. Bu nedenle duvarın elemental enerji balans denklemi şöyle olur: 4.3 Isı Transferi (4.12) Şarj sırasında ısı, yatağın duvarından dış soğutucu akışkana iletilir. Reaktör duvarı ile dış akışkan arasındaki ısı transferi denklemi şöyledir: (4.13) Herhangi bir zaman anında reaktörün uzunluğu boyunca dz elemental alanı için dış akışkan ve reaktör duvarı arasındaki ısı transfer eşitliği şöyledir: Yukarıdaki iki denklem yeniden düzenlendiğinde: (4.14)

272 236 (4.15) Burada Tw(z,t), reaktör duvar sıcaklığıdır. Şarj ve yükleme için, metal hidrit reaktörünün genel enerji denklemi şu şekildedir: (4.16) (4.17) (4.18) Metal hidrit reaktörleri üzerinde yapılan çalışmaların birçoğunda, metal hidrit malzemesini ısı transfer akışkanından ayıran duvarın ısıl direncinin küçük olması nedeniyle ihmal edilmiştir. Ancak iç ve dış tarafta bulunan parçalar, ısı transferi prosesinde etkili olmaktadır İç Taraftaki Isı Transferi Düşük gaz hızı ve kanaldaki uygun sıcaklık için kondüksiyon tip ısı transferi, konveksiyon ve radyasyona göre çok daha etkin olmaktadır. Metal hidrit genellikle, hidrojen ile kapalı bir temas sağlanması nedeniyle, toz formda paketlenmiş haldedir. Tekrarlanan reaksiyon çevrimlerinde toz, daha ince partiküllere dönüşür (yaklaşık 10 µm) Dış Taraftaki Isı Transferi Metal hidrit kanalındaki ısı transferi ile karşılaştırıldığında akışkan üzerinden dış ısı transferi, özellikle sıvı formundaki akışkanın türbülans akışı nedeniyle daha hızlı ortaya çıkmaktadır. Bazı araştırmacılar, 1000 W/m 2 nin üzerindeki konveksiyon ve ısı transfer katsayısındaki artışın, tüm ısı transfer hızı üzerinde oldukça küçük bir etkisi olacağını belirtmektedir [24, 57]. Ancak akışkan gaz ise, düşük ve orta hızlardaki ısıl direnci, metal hidrit kanalındaki değerlerle karşılaştırılabilir mertebede olacaktır. Bu durumda dahili ısı transferinin iyileştirilmesi gerekecektir. Örneğin MacDonald vd tarafından yapılan

273 çalışmada [23], kanatlı metal hidrit reaktörlerinin, hızlı reaksiyon zamanı ve yüksek giriş basıncı gibi peryodik hidrojen ihtiyaçlarının sağlanması çerçevesinde olumlu sonuçlar elde edildiği görülmektedir Şarj / Deşarj Sırasında Entropi Üretimi Metal hidritlerin düşük etkili ısıl iletkenliği nedeniyle deşarj/yükleme proseslerinde hidrit yatakları üzerinden olan ısı transferi, özellikle rol oynamaktadır. Hidrojen depolama için metal hidrit reaktölerinde optimal dizayn kriteri, minimum entropi üretimiyle hızlı şarj/yükleme zamanına ulaşabilmektir Metal hidrit reaktörü hidrojen depolama amacıyla kullanıldığında, iç ve dış ısı transfer direnç kaynakları, peryodik soğutma ve ısıtma işlemi, metal hidritlerin histerezisi, hidrojen nedeniyle basınç düşüşleri ve harici akışkan debisi gibi birçok faktör sonucunda net entropi değişiklikleri söz konusudur. Genel entropi dengesi, aşağıdaki gibi yazılabilir: (4.19) Burada net entropi üretim hızını, So ve Si hidrojenin reaktöre transferi nedeniyle oluşan spesifik entropiyi, ( /T)ht ısı transerinden dolayı entropi transfer hızını ve ΔS/Δh ise reaktör duvarı dahil reaktörün entropisindeki değişim hızını göstermektedir. Metal hidritlerin entropi değişikliği hesaplanırken genellikle metal hidrit formasyonunun sabit olduğu ve çoğunlukla diatomik hidrojen gazının hidrit formuna dönüşümünden oluştuğu kabul edilir [37]. Farklı tip metal hidritlerin entropi formasyonları tam olarak birbirlerine eşit olmasa da, farklılık dar bir aralıkta bulunur. Bu ise, verilen bir sıcaklıkta hidritlenmemiş metal hidritin entropisinin hidritlenmiş metal hidrit ile aynı olduğunu ima eder. Bu tahmin, metal hidrit reaktörlerinin ısı ve kütle transferi analizlerinde ciddi bir problem oluşturmaz. Ancak, çalışma şartlarına bağlı olarak entropi oluşumu, negatif bir etkiye sahiptir. Seçilen metal hidrit denge sıcaklığı şöyle tanımlanır: (4.20) Sa/d hidrojen gazının şarj/deşarj nedeniyle konsantrasyonundaki değişimle birlikte metal hidrit yatağındaki entropi değişimi olup, aşağıdaki eşitlikle elde edilir: (4.21), 1 atm referans basıncında ve Teq denge sıcaklığında hidrojen gazının mutlak molar entropisidir. Basitleştirmek için reaktöre giren/çıkan hidrojen gazının sıcaklığının aynı olduğu ve denge sıcaklığına eşit olduğu varsayılabilir. 1 atm den farklı Ps basınç ve denge sıcaklığına karşı gelen hidrojen gazının mutlak molar entropisi Sg,h2, aşağıdaki denklemle hesaplanabilir:

274 238 (4.22) Hidrojenin şarjı/deşarjı sırasında hidrojen gazı tarafından reaktörden/reaktöre transfer edilen entropi şu şekilde hesaplanır: (4.23) Verilen bir proseste şarj/deşarj sırasında, harici akışkan ile olan ısı transferi nedeniyle oluşan entropi Sht şöyle hesaplanabilir: Metal hidrit yatağının ısıtılması/soğutulması ile oluşan entropi değişimi Sb: (4.24) Reaktör duvarının ısıtılması/soğutulması ile oluşan entropi değişimi Sw: (4.25) Şarj/deşarj sırasında oluşan net entropi Sg,net, entropi denge denklemi ile verilmektedir: (4.26) (4.27) Duvar dahil metal hidrit yatağı ile harici akışkan arasında, şarj/deşarj sırasındaki ısı transferi nedeniyle oluşan entropi: (4.28) Burada Tw,avg, Tf,avg ve Tb,avg, sırasıyla herhangi bir zaman diliminde reaktör duvarının, dış akışkanın ve hidrit yatağının ortalama sıcaklıklarını göstermektedir. Isı transferi dışında sistemdeki iç düzensizliklerden dolayı metal hidrit yatağında oluşan iç entropi: (4.29)

275 Hidrojen depolamadan dolayı oluşan entropiyi bulmak için, hidrojen şarjı (absorbsiyonu) sırasında yatak ve duvarın duyarlı ısınması ile hidrojen deşarjı (desorpsiyonu) sırasında yatak ve duvarın duyarlı soğumasını kapsayan komple bir çevrim için de hesaplamalar yapılmalıdır. Şarj için yatağa gönderilen hidrojenin durumu ile deşarj sırasında alınan hidrojenin durumunun aynı olduğu varsayılabilir. Bu şartlar altında bu çevrim için termodinamiğin 1. kanunu yazılabilir: 239 Entropi oluşumu açısından belirtilen çevrim için termodinamiğin 2. kanunu şöyle yazılabilir: (4.30) (4.31) Burada Qi duyarlı ısıtma ve deşarj sırasında dış akışkandan yatağa transfer edilen net ısıyı, Qo duyarlı soğutma ve şarj sırasında yataktan dış akışkana transfer edilen net ısıyı, Tf,a ve Tf,d ise şarj ve deşarj sırasında dış akışkanın ortalama sıcaklığını göstermektedir. 5. METAL HİDRİT REAKTÖRÜ (TANKI) TASARIMI Metal hidrit bazlı depolama sistemlerinde, verilen metal hidrit malzemelerinin hidrit formasyonu ve ayrışması, reaksiyonun olduğu bir reaktöre doldurulması gerekir. İyi bir performansa ulaşmak için metal hidrit reaktörü uygun bir şekilde dizayn edilmelidir. Ancak, reaktör içindeki çift taraflı akış, ısı ve kütle transferi ile reaksiyon kinetiği, oldukça geçişken ve karmaşık bir yapıya sahiptir. 5.1 Hidrojen Transferi Pek çok araştırmacı, daha iyi performans değerleri için hidrit reaksiyon tanklarının ısı ve kütle transfer karakteristiklerinin iyileştirilmesinin önemi hakkında araştırmalar yapmıştır. LaNi4-xAlx, 0 x 0.75 malzemesinin en iyi yüksek sıcaklık alaşımı, MmNi4-xFex, 0 x 0.85 malzemesinin de en iyi düşük sıcaklık alaşımı olarak ısıtma/soğutma sistemlerinde kullanıldığı görülmektedir. Sistemin performansı büyük oranda reaktörler arasında transfer edilen hidrojen miktarı ile ilgilidir ve bu yüzden hidritleme alaşımlarının geliştirilmesi /optimizasyonu önem kazanmaktadır. Metal hidrit sistemleri, hidrojen gazının etkin olarak sisteme verilmesi veya alınması olmaksızın çalışmayacaktır. Her ne kadar sistem ve borulama uygun tasarlanmış olsa da zorluk, genel olarak reaksiyon yatağında hidrojen gazının akışının yönetilememesinde yatmaktadır Hidrolik Kayıplar Metal hidrit yatağındaki hidrojenin akış prensibi, Darcy yasası ileifade edilmektedir: (4.32) Hidrojenin kütle akış hızı tahriak kuvveti, kütle transfer mesafesi, geçirgenlik (K), ve vizkosite ( ) ile ifade edilir. Burada tahrik kuvveti basınç düşümü hidrolik kayıptır ve minimize edilmelidir. Hidrojenin vizkositesi ( ), sistem çalışma şartlarında sabittir. Ancak geçirgenlik (K), Carman-Kozeny ilişkisine göre metal hidrit partiküllerinin paketlenme durumuna göre değişebilir:

276 240 (4.33) Hidrojenin reaksiyonu sırasında partiküller inceldikçe ( ) ve yoğunluk düştükçe ( ), yatağın geçirgenliği de büyük bir hızla düşer Partikül Dağılımı Metal Hidritin Aktifleştirilmesi Yüksek basınçlı metal hidritler, hidrojeni absorbe etme kabiliyetine ulaşmadan önce aktifleştirilmeleri gerekir. Aktivasyon, yüzey alanını arttırmak için hidritin küçük partiküllere parçalanması işlemidir. Böylece hidrojen atomları için absorbe bölgeleri de artmış olur. Aktivasyon, metal hidrit tozlarının düşük sıcaklıkta yüksek basınca ve yüksek sıcaklıkta düşük basınca (vakuma) maruz kalacak şekilde tekrarlı işlemlerdir. Metal hidrit tozu, öncelikle 200 bar da 5,0 kalite hidrojenle (%99,999 saflıkta) basınçlandırılır. Bu süre içinde hidrit, 4 saat ve -195 C nitrojen banyosunda bekletilen basınçlı tanka yerleştirilir. Bunu, 0,1 Pa ve 100 C ye yükseltilen sıcaklıkta hidritin ısıtılması takip eder. Böylece yüksek miktarda hidrojen açığa çıkar. Hidrit daha sonra ortam sıcaklığına soğutulur ve aktivasyonun 1. çevrimi böylece tamamlanır. Hidrit tamamen aktif olup teste hazır hale gelene kadar bu çevrim, üç kez tekrarlanır. Aktif edilmemiş veya oksitli metal hidritlerin partikül boyutu, 100 µm mertebelerinde olup, hidrojeni absorbe edemeyecek kadar büyüktür. Bu amaçla vakum altında ısıtma ve yüksek basınçta soğutma şeklindeki tekrarlı çevrimler ile metal hidrit, 5 mikrometre gibi küçük mertebelerdeki ince toz partiküllere parçalanarak hidrojenle reaksyona girebilecek hidrit elde edilir. Aktifleştirildiğinde, metal hidrit herhangi bir oksitleştirici veya hava ile reaksiyona girebilir hale gelir. Hidritin, geçici bir metal içermesi nedeniyle ateşleme sıcaklığı 1000 C kadar yüksek olabilmektedir. Verilen bir metal hidrit malzemesi için reaksiyon hızı, ısı transfer parametreleri ile ilgilidir. Metal hidritlerin ısıl özellikleri de hidrojen basıncına, metal hidrit sıcaklığına, absorbe edilen hidrojenin konsantrasyonuna, metal hidrit partikül büyüklüğüne, porozite değerine bağlıdır. Isı transferini ise, metal hidrit tozları ile soğuk bölge duvarları arasındaki temas direnci belirlemektedir. Temas direnci de büyük oranda, partikül boyutu ve paket yoğunluğunun belirlediği toz malzeme özellikleri ile malzeme tipinin, yüzey pürüzlülüğünün ve geometrisinin belirlediği duvar özellikleri ne bağlıdır. İnce metal hidrit partikülleri, hidrojenle hareket etmeye meyillidir. Partikül dağılımı, metal hidrit reaktör performansı üzerinde küçük de olsa negatif bir etkiye sahiptir. Yaklaşık 1 µm lik ince filtre veya elekler, ince partikülleri tutmak için basit bir yöntem olarak düşünülebilir. 1 mikrometre mertebelerinde tipik tane boyutuna sahip metal hidrit toz yatağının ısıl iletkenliği 1 W/mK mertebesinde olup, oldukça düşüktür. En ciddi durumlarda valf ve manifoldları bloke edebildiği görülmüştür [18, 56]. Bu nedenle yatağın ısıl iletlenliği, oldukça yüksek poroziteli Al köpük veya diğer Al veya Cu yapıları yardımıyla, duvarın ısıl özelliklerinin iyileştirilmesi yoluyla arttırılabilir Literatür Çalışma Örnekleri Milan Visaria vd nin yüksek basınçlı metal hidritlerde hidrojen depolamada ısı eşanjör tasarımının, ısı transferi ve kinetik parametrelerine etkisini incelediği çalışmalarında [30, 31], ağırlıkça %1,5 lik hidrojen depolama kapasitesi için Ti1,1CrMn malzemesi test amacıyla aktif edildiğinde ince toz

277 formundaki metal hidrit malzemesinin partikül büyüklüğü 5 10 mikrometre olduğu, yaklaşık 2,65 kg lık metal hidrit tozunun, ortalama 2,5 g/cc yoğunlukla ısı eşanjörünün ince kanatları arasında paketlendiği, 5 20 mikrometre partikül boyutlarında kullanılan Ti1.1CrMn, metal hidrit malzemesinin tekrarlı hidritleme dehidritleme çevrimleri ile daha ince partiküllere parçalandığı kaydedilmiştir. Flueckiger in yüksek lisans tezi çalışmasında [48], Purdue University Hidrojen Sistemleri Laboratuarında 2-10 mikrometre partikül boyutları aralığında Ti1,1CrMn nin termal özelikleri incelenmiş, ısıl iletkenlik ve difüzyonu ölçülerek paket yoğunluğu (yani porozite), ısıl kapasitesi hesaplanmıştır. Flueckiger çalışmasında, porozite ile partikül boyutu arasındaki ilişkiyi de gözlemlemiştir. Ti1,1CrMn nin teorik katı yoğunluğu olan 6200 kg/m 3 değeri, %60 porozite değerine karşılık gelmektedir. Oldukça yüksek olan bu porozite değerinin sonucu olarak, aktif edildiğinde Ti1,1CrMn partikülleri, küçük partikül büyüklüğü ile birlikte oldukça keskin ve sert uç ve köşelere sahip olmaktadır. Bu nedenle temas direncinin azalıp partikülleri deforme edebilecek şekilde, uygun bir büyüklüğe sahip olması amaçlanmıştır. Bununla birlikte metal hidritler, hidritleme prosesi sırasında %30 kadar genleşebilmektedir. Dolayısıyla %60 lık bir porozite değeri, hidritin genişlemesine imkan verebilmektedir. Suda vd [51], TiMn1,5 metal hidrit malzemesinin 400 mikrometrelik partikül boyutunda ve 0,5 40 bar aralığındaki hidrojen basıncında ısıl iletkenliğin 0,5 1,2 W/mK olarak ölçtü. Basıncın artmasıyla, atomların yeni iletkenlik yolları bulması sonucu, termal iletkenliğin arttığını gördü. Chung vd, ısı transferini iyileştirmek için ısı boruları kullanarak metal hidrit tanklarının hidrojen şarj ve deşarj hızları üzerinde deneysel çalışma yapmıştır [5]. Bu çalışmada konu olan tanklarda 295 g LaNi5 kullanılmıştır. Metal hidrit tozları, depolama tankından önce sırasıyla 100 ve 200 mesh eleklerden geçirilerek partikül boyutları 75 ve 150 mikrometre arasında olması temin edilmiştir. 5.2 Mekanik Değerlendirmeler Stresin Oluşma Mekanizması Hidrit oluşma reaksiyonu sırasında metal hidrit partikülleri, hacim genişlemesine uğrar. Örneğin AB5 tip malzemelerin genleşme oranı 1,2 den daha büyüktür [34]. Ancak mikroskopik düzeydeki bu etki, makro düzeyde stres hasarı oluşturmayabilir. Deneysel çalışmalar göstermiştir ki, gerçek stres paketleme yoğunluğu, kanalın derinliği, çevrim sayısı ve absorbe edilen hidrojenin miktarı ile ciddi olarak ortaya çıkar [1, 55]. Bu kapsamda yapılan çalışmalar dikkate alındığında pulverizasyonyoğunlaştırma mekanizmasının büyük oranda kabul gördüğü anlaşılmaktadır [35, 55]. Başlangıçta küçük sayıdaki hidritleme/dehidritleme çevrimi sırasında metal hidrit tozları daha ince hale gelir (pulverizasyon). Daha sonra ince partiküller, yerçekimi etkisiyle aşağıya düşme ve tabandaki boşlukları doldurma eğilimindedir. Bu ise, paket yoğunluğunun artmasına neden olur. Bu işlem tekrarlandıkça self-yoğunlaşma veya kompakt hale gelme ortaya çıkar Hasarın Önlenmesi Stresin oluşum mekanizması bilindiği sürece, stres hasarlarının azaltılması veya otadan kaldırılması ile ilgili önlemler de alınabilir. Tank Tasarımı ve Yerleşimi: Metal hidrit partiküllerinin dikey hareketi, stres şartlarının ortaya çıkmasında önemli olmaktadır. Bu nedenle depolama tankının dikey yüksekliğindeki azalma veya yatay yerleşim, stres etkisini azaltmada rol oynar [42,43]. 241

278 Paketleme Şartları: Ciddi stres oluşumu, metal hidritin başlangıç paketleme dağılımının kritik sınırı aşması halinde (genellikle 0,4 den büyüktür) ortaya çıkar. Diğer bir deyişle stres ve hacimsel kapasite arasında bir ilişki olduğu göz önünde tutularak, paketlenen metal hidritin yoğunluğunun, kritik değerin altında olup olmadığı kontrol edilmelidir. Reaksiyona Giren Parçalar: Metal hidrit absorbe miktarı ile birlikte stres arttıkça, teorik olarak reaksiyona gören kısım sınırlandırılarak stresin emniyetli bir bölgede tutulması mümkündür. Metal Hidrit Tozlarının İşlenmesi: En etkili yöntem, metal hidrit tozlarının ön işleme tabii tutulmasıdır. Metal hidrit partiküllerinin hareketi ve uygun pulverizasyonu, dolayısıyla stres probleminin giderilmesi için, tozların kapsül haline getirilmesi, silikon yağı veya organik katkılarla tozların karıştırılması gibi farklı prosedürler mevcuttur. 5.3 Konfigürasyon Metal hidrit reaktörü, içine malzemelerin doldurulduğu boşluğa sahiptir. Diğer bir deyişle ısı ve kütle değişiminin gerçekleştiği bir yatak görevini görür. Pek çok metal hidrit reaktörü geliştirilmiş durumdadır, ancak temel metal hidrit reaktör konfigürasyonları, geometrik olarak 3 kategoride toplanabilir: 1- Boru Tip Reaktör: Bu tip reaktörde, hidrojen akışı için merkezi bir kanal bulunur. Metal hidrit malzemeler, arter ve duvar arasında kalan merkezi hacim içine konulur (Şekil-5). Borulu tip reaktör, ısı pompası sistemlerinde ilk metal hidrit uygulamalarından bu yana kullanılmakta ve tasarımı yıllar içinde geliştirilmektedir. 242 Şekil 6. Boru tip reaksiyon yatağının şeması 2- Disk Reaktör: Klasik bir sistemde hidrojen, metal hidrit tabakası ile kaplı elek üzerinden eksenel olarak reaktöre girer/çıkar. Dolayısıyla ısı transferi, reaktörün bir diğer tarafına iletilir. Oldukça büyük bir ısı transfer alanı vardır ve ince bir yatak kesiti için yüksek reaksiyon kinetiği mevcuttur. Ancak tek bir diskte, sadece küçük miktar metal hidrit reaksiyona alınabilmektedir. Diğer taraftan daha fazla disk ünitesi kullanmadan kapasitenin arttırılması, teknik olarak mümkün olamamaktadır (Şekil-6).

279 243 Şekil 7. Disk reaktörün şematik gösterimi 3- Tank veya Reaktör Odası: Böyle bir reaktörde, daha fazla metal hidrit malzemesine imkan verecek şekilde oldukça büyük hacimli silindirik veya kübik reaksiyon odası kullanılır. Reaktörün etrafındaki filtre veya iç kısmındaki kanallar vasıtasıyla hidrojen reaktöre serbestçe girer ve çıkar. Metal hidrit kanalındaki ısı transferi, genellikle tüpler, ısı boruları veya spiral bobinler yardımıyla iletilir (Şekil-7). Bu tür bir reaktörde, çoklu ve dairesel mikro kanallar içinde akışkan zorlandığı için, uniform reaksiyon sıcaklık dağılımı elde edilebilir. Şekil 8. Mikro kanallı reaktörün şematik gösterimi Toz kanalı, oldukça düşük ısı iletkenlik katsayısına sahiptir (yaklaşık 1 W/mK). Yüksek sıcaklık farklılıklarına maruz bırakılmadan kanalın ısı transferini iyileştirmek için, Fourier yasasına göre iki yöntem düşünülebilir: Isı transfer mesafesinin azaltılması veya ısıl iletkenlik katsayısının arttırılması. Kanalın boyutlarının belirlenmesi, birçok faktörün de içinde olduğu reaksiyon hızının gerçek değerinin tahmin edilmesinde yardımcı bir etkendir. Bununla birlikte ısıl iletkenliğin arttırılması da teoriden ziyade teknik bir konu olarak ortaya çıkmaktadır. Yapılan çalışmalar dikkate alındığında 5 W/mK lik etkin ısıl iletkenlik değerlerine ulaşılmıştır. Bu kapsamdaki çalışmalar ve elde edilen iyileştirmeler, temel olarak 2 kategoride toplanabilir: Katı matriks parçaların sisteme dahil edilmesi: En basit çözüm, dairesel veya levha tip kanalların kullanılmasıdır. Bununla birlikte tel kafesler, dalga şeklinde çoklu plakalar ve oluklu helisel bantlar da, daha kompleks tasarımlarda dikkate alınmaktadır. Yapılan çalışmalarda en çok rağbet gören uygulama ise alüminyum köpüğün kullanılması olmuştur. Metal hidrit malzeme kullanımı ve ısı transferi mekanizması dikkate alındığında katı matriks büyük boşluk

280 oranına ve aynı zamanda 100 W/mK üzerinde ısıl iletkenlik katsayısına sahip olması, önemli bir avantaj oluşturmaktadır. Metal hidrit karışımları: Metal hidrit tozları Al, Sn veya genleşmeli doğal grafit gibi katkı maddeleri ile karıştırılıp, soğuk presleme veya sinterleme prosesi ile kompozit malzeme haline getirilir. Bazı durumlarda metal hidrit tozları, karışım öncesinde ince bir Cu tabakası ile birlikte kapsül haline getirilebilir. Yapılan çalışmalarda metal hidrit kompakt malzeme, binlerce hidritleme/dehidritleme çevrimlerinde dahi kararlılığını koruduğu ve kanal içinde çok iyi ısı transferi sağladığı görülmüştür. 5.4 Literatür Çalışma Örnekleri Metal hidritler, hidrojeni yüksek yoğunluklu formda, yani katı halde depolayarak yüksek gravimetrik ve hacimsel kapasitelere ulaşılmasına imkan sağlarlar. Hidrojenin depolanması ile oldukça yüksek ağırlık fonksiyonlarına sahip metal hidritler için şarj zamanı (hacmi doldurma kinetiği) dikkate alınması gereken baskın bir konu durumundadır. Metal hidritler hidrojeni alırken oldukça önemli miktarda ısı açığa çıkarır (20 MJ/kg hidrojen mertebelerinde), dolayısıyla yakıt tankı (yani hidrit yatağı) içinde oldukça yüksek sıcaklıklar oluşur. Reaksiyon kinetiği hızı artarken sıcaklık ve doyma basıncı (hidrojen gazı ve metal hidrit malzemesinin depolanmamış hali gibi kararlı yapıda olduğu basınç değeri) da artar. Depolama sistemi ve hidrojen besleme basınçları, sıcaklık artarken doyma basıncının üzerine çıkmadığı sürece hidrojenin metal hidrit olarak depolanması, artan sıcaklıkla hidritin maksimum hidrojen depolama kapasitesi düşeceğinden, duracaktır. Metal hidrit tozunun düşük ısı iletkenliğinden dolayı ısı transfer hızını etkileyen en önemli geometrik parametre, yatağın kalınlığıdır [32]. Bu nedenle dahili ısı transferinin iyileştirilmesine daha dikkatli çalışılmaktadır. 244 Bu amaçla yapılan çalışmalar 2 ana gruba bölünebilir: Isı iletim katsayısı yüksek bakır teller [33], bakır ve aluminyum köpük [20,27] içeren metal matriksler kullanılarak ısıl iletkenliğinin iyileştirilmesi. Yatağın içine tüp dizilişleri [40], kanatlı tip tüplü ısı eşanjörleri [2,3], spiral ısı eşanjörü [25], kanatlı spiral ısı eşanjörü [7,26] nün entegre edilmesi. Etkili bir hidrojen depolama için ısı tansferinin yönetimi oldukça önemli olduğu kadar, depolama malzemesi için söz konusu olan kritik konular, absorbe/deşarj edilen hidrojenin miktarı, hidritin termal kararlılığı, hidritleme/dehidritleme kinetiği, termo-dinamik ve termo-fiziksel özellikleri ile kristal yapılarıdır. Kaplan [12], aynı taban ölçülere sahip farklı silindirik metal hidrit reaktörü ile şarj prosesinde ısı transferinin etkilerini inceledi. 1. reaktör ve dış kısmında ilave kanatları olan 2. reaktör, doğal konveksiyon yoluyla soğutuldu (dış ısı transfer katsayısı yaklaşık 30 W/m 2 K). 3. reaktör ise sirküle eden suyla soğutuldu ve şarj zamanı ile sıcaklık değişimi konusunda oldukça iyi sonuçlar elde edildi. McDonald vd [23], harici ısı transferi için ilave kanatların etkisini, nümerik olarak çalıştı. Deşarj esnasındaki peryodik hidrojen ihtiyacında, tankın içindeki hidrojen gazının basıncı üzerinde, kanatların oldukça büyük etkisi olduğunu gördü. Bununla birlikte akışkan debisi ve soğutucu akışkan sıcaklığı, uygulama basıncı, hidrojen tank hacmi de diğer önemli parametreler arasındadır. Kikkinides vd [14], bu problemi soğutucu akışkan debisinin ve dahili ısı eşanjörünün büyüklüğünün kontrol değişkenleri olduğu dinamik optimizasyon problemi olarak formüle etmiştir. Askri [3], 4 farklı metal hidrit tank dizaynında (silindirik, silindirik+kanatlı, silindirik tank+konsantrik tüp+soğutucu akışkan ve silindirik tank+konsantrik tüp+kanatlı) hidrojen depolanmasının matematiksel modelini sunmuştur. Yang [58] ısıl tahrikli metal hidrit pompasında ısı transfer etkisini nümerik olarak incelemiştir.

281 245 Tank ile entegreli ısı eşanjörleri (kanatlı soğutucu tüpler gibi), maksimum depolama oranına ve kapasitesine ulaşmak için, ısının sistemden dışarı atılabilmesi için gereklidir. Yatak tasarımlarının özellikleri, hidrit yatak içinde oluşan kompleks ısı-kütle transferleri, kimyasal reaksiyon kinetiği ve çoklu metal hidrit birleşimleri, astronomik maliyet ve zaman ihtiyacı ortaya çıkarmaktadır. Bu nedenle optimum depolama sisteminin tasarımı önem kazanmaktadır. Geniş pratik uygulama sahaları nedeniyle kanatlı boru tip ısı eşanjörleri teknolojik ilgi ve tercih sebebi olmaktadırlar. Isı eşanjörünün ısı direnci kanat yarıçapının arttırılması, hacim sabit kalmak üzere kanat kalınlığının azaltılması ile düşürülebilir. Serge Myallang Nyamsi [47] vd çalışmasında, soğutma tüpü, çapı ve kanat uzunluğunun hidrojen şarj işleminde etkili olduğunu, tüp çapının 2,5 dan 5.0 mm e çıkartılması ile şarj zamanında %25 azalma görüldüğünü, diğer taraftan verilen yarıçapta, kanat uzunluğunun arttırılmasının eşanjör termal direncini azalttığını, termal dirençte %13 lük bir azalmanın şarj zamanını %42 azalttığını kaydetmektedir. Şekil 9. Nyamsi vd [47] tarafından yapılan çalışmada kullanılan kanatlı tip tüplü ısı eşanjör - metal hidrit reaktörü Depolama tankının hidrojen ile doldurulması sırasında soğutmanın iyileştirilmesi, hidrojen depolama zamanına önemli ölçüde olumlu etkilemektedir. Mellouli vd [25], iç kısmına spiral ısı eşanjörünün entegre edildiği metal hidrit reaktöründe, hidrojen şarjını deneysel olarak incelemiş ve tankın şarj/deşarj zamanının oldukça azaldığını görmüştür. Dhaou vd [7], kanatlı spiral ısı eşanjörlü metal hidrit tankında depolanan hidrojeni deneysel olarak incelemiş ve düşük reaktör şarj zamanlarına ulaşmıştır. Kikkinides vd [15], efektif ısı yönetimi stratejisi geliştirmiş ve LaNi5 ile sistematik simülasyon ve optimizasyon çalışmaları yapmıştır. Melnichuk vd [28], farklı şarj zamanlarında ve farklı tank çaplarında ısı transferi kanatlarının aluminyum yüzdesini optimize etti. Askri vd [3], kanatlı ve akış halindeki bir akışkanla dolu olan konsentrik ısı eşanjörünün kullanımı durumunda depolama zamanının yaklaşık %80 oranında iyileştiğini görmüştür. Tüm bu çalışmalar, metal hidrit tankının şarj ve deşarj zamanlarının, büyük oranda hidrit yatağına/hidrit yatağından olan ısı transferinin etkinliğine bağlı olduğunu göstermektedir. Dolayısıyla, metal hidrit yataklarının ısıl iletkenliğinin iyileştirilmesine yönelik olarak aluminyum köpük kullanımı [22], bakır tellerden oluşan elek sisteminin entegrasyonu [33], çok tabakalı ve dalgalı metal tabakalarının eklenmesi, mikro-kapsüllü metal hidrit malzemelerinin kullanımı [17] ve geniş hacimli grafit içeren metal hidrit tozları [16] gibi farklı çalışmalar dikkate alınmıştır. Chaise vd [6] disk şeklinde kompakt magnezyum hidrit kullanarak hacimsel hidrojen depolama kapasitesini arttırmış, geniş hacimli doğal grafit (ENG) ile ısıl iletkenlik özelliğini iyileştirmiştir. %20

282 oranında ENG ilavesi ile yükleme zamanının önemli ölçüde azaldığı ve ağırlıkça kapasitesinin önemli ölçüde arttığını kaydetmiştir. 246 Şekil 10. Depolama tank türlerine ait bazı örnekler Metal hidrit tanklarında hidrojenin depolanması, büyük oranda ısı transferine bağlıdır. Bu nedenle daha iyi özelliklere sahip soğutma sistemi, depolama kinetiğini hızlandırabilmektedir. Harici ısı transfer etkisinin iyileştirilmesinde pek çok çalışma yapılmış olsa da, metal hidrit sistemlerinin performansı için arzu edilen pratik düzeye henüz çıkılamamıştır. 6. SONUÇ Bir enerji kaynağı olarak hidrojenin sahip olduğu en önemli özellik depolanabilir olmasıdır. Ancak bilinen en hafif gaz olması nedeniyle (yoğunluğu 0,0838 kg/m3) depolanmasında bazı problemler ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle hidrojenin yaygın olarak kullanımı için depolanmasında verimli ve etkin yöntemlerin geliştirilmesi gerekir. Hidrojeni depolamada kullanılan birçok yöntem vardır. Hidrojen sıkıştırılarak gaz halinde ya da çok düşük sıcaklıklara soğutulup sıvılaştırılarak sıvı halde depolanabilmektedir. Fakat yapılan araştırmalar, en etkili depolama yönteminin katı olarak depolama olduğunu göstermiştir. Hidrojen, fiziksel olarak karbon nanotüplerde, kimyasal olarak da hidrürlerde katı halde depolanabilmektedir. Depolama yöntemleri içinde yüksek depolama kapasiteleri, uygun çalışma ortamları ve düşük basınçta çalıştıkları için daha güvenli olmaları nedeniyle en etkili yöntemin hidrür şeklinde depolama olduğunu göstermiştir. Metal hidrürlere olan ilgi 1970 yılında LaNİ5 ve FeTi alaşımlarının hidrojen depoladığının keşfi ile başlamıştır. Petrol krizinin ardından 1975 yılında birçok araştırma programı başlatılmıştır. Günümüzde de halen yoğun olarak devam eden araştırmalarda daha yüksek kapasitede hidrojen depolayabilen, daha uygun sıcaklıklarda depoladığı hidrojeni serbest bırakabilen, hafif ve ekonomik hidrür depoların oluşturulması hedeflenmektedir. 7. KAYNAKLAR [1] Ao BY, Chen SX, Jiang GQ. A study on wall stresses induced by LaNi5 alloy hydrogen absorption desorption cycles. Journal of Alloys and Compounds 2005;390: [2] Askri F, Ben Salah M, Jemni A, Ben Nasrallah S. Heat and mass transfer studies on metalhydrogen reactor filled with MmNi4.6Fe0.4. International Journal of Hydrogen Energy 2009; 34:6705e11. [3] Askri F, Ben Salah M, Jemni A, Ben Nasrallah S. Optimization of hydrogen storage in metalhydride tanks. International Journal of Hydrogen Energy 2009;34:897e905. [4] Block FR, Dey A, Kappes H, Reith K. Hydrogen purification with metal hydrides in a new kind of reactor. Journal of the Less-Common Metals 1987;131: [5] C.A. Chung, Su-Wen Yang, Chien-Yuh Yang, Che-Weu Hsu, Pai-Yuh Chiu. Experimental study on the hydrogen charge and discharge rates of metal hydride tanks using heat pipes to enhance heat transfer. Applied Energy 103 (2013)

283 [6] Chaise A, de Rango P, Marty Ph, Fruchart D, Miraglia S, Olive s R, et al. Enhancement of hydrogen sorption in magnesium hydride using expanded natural graphite. Int J Hydrogen Energy 2009;34:8589e96. [7] Dhaou H, Ben Khedher N, Mellouli S, Souahlia A, Askri F, Jemni A, et al. Improvement of thermal performance of spiral heat exchanger on hydrogen storage by adding copper fins. International Journal of Thermal Sciences 2011;50:2536e42. [8] Felderhoff M, Bogdanovic B. High temperature metal hydrides as heat storage materials for solar and related applications. International Journal of Molecular Sciences 2009;10: [9] Fleming WH, Khan JA, Rhodes CA. Effective heat transfer in a metal hydride-based hydrogen separation process. International Journal of Hydrogen Energy 2001;26: [10] F.S. Yang, G.X. Wang, Z.X. Zhang, X.Y. Meng, V. Rudolph Design of the metal hydride reactors A review on the key technical issues international journal of hydrogen ene rg y 35 (2010) [11] Isselhorst A, Groll M. Two-stage metal hydride heat transformer laboratory model. J Alloys Compd 1995; 231: [12] Kaplan Y. Effect of design parameters on enhancement of hydrogen charging in metal hydride reactors. International Journal of Hydrogen Energy 2009;34:2288e94. [13] Kayfeci Muhammet, Metal Hidrür Reaktör Tasarım Parametrelerinin Hidrojen Depolama Özelliklerine Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi, Süleyman Demirel Ünv Fen Bilimleri Enst. Makine Müh ABD, Doktora Tezi, 2011 [14] Kikkinides ES, Georgiadis MC, Stubos AK. Dynamicmodelling and optimization of hydrogen storage in metal hydride beds. Energy 2006;31:2428e46. [15] Kikkinides Eustathios S, Georgiadis Michael C, Stubos Athanassios K. On the optimization of hydrogen storage in metal hydride beds. Int J Hydrogen Energy 2009;31: 1737e51. [16] Kim KJ, Feldman Jr KT, Lloyd G, Razani A, Shanahan KL. Performance of high power metal hydride reactors. Int J Hydrogen Energy 1998;23:355e62. [17] Kim KJ, Lloyd GM, Feldman Jr KT, Razani A. Thermal analysis of the Ca0.4Mm0.6Ni5 metalehydride reactor. Appl Therm Eng 1998;18:1325e36. [18] Kim KJ, Lloyd G, Razani A, Feldman KT. Development of LaNi5/Cu/Sn metal hydride powder composites. Powder Technology 1998;99:40 5. [19] Klein HP, Groll M. Development of a two-stage metal hydride system as topping cycle in cascading sorption systems for cold generation. Applied Thermal Engineering 2002;22: [20] Laurencelle F, Goyette J. Simulation of heat transfer in a metal hydride reactor with aluminium foam. International Journal of Hydrogen Energy 2007;32:2957e64. [21] Lee SG, Kim YK, Lee JY. Operating characteristics of metal hydride heat pump using Zrbased laves phases. International Journal of Hydrogen Energy 1995;20: [22] Le vesque S, Ciureanu M, Roberge R, Motyka T. Hydrogen storage for fuel cell systems with stationary applications-i. Transient measurement technique for packed bed evaluation. Int J Hydrogen Energy 2000;25:1095e105. [23] MacDonald BD, Rowe AM. Impacts of external heat transfer enhancements on metal hydride storage tanks. International Journal of Hydrogen Energy 2006;31: [24] Mat MD, Kaplan Y, Aldas K. Investigation of three-dimensional heat and mass transfer in a metal hydride reactor. International Journal of Energy Research 2002;26: [25] Mellouli S, Askri F, Dhaou H, Jemni A, Ben Nasrallah S. A novel design of a heat exchanger for a metal-hydrogen reactor. International Journal of Hydrogen Energy 2007;32: 3501e7. [26] Mellouli S, Askri F, Dhaou H, Jemni A, Ben Nasrallah S. Numerical simulation of heat and mass transfer in metal hydride hydrogen storage tanks for fuel cell vehicles. International Journal of Hydrogen Energy 2010;35:1693e705. [27] Mellouli S, Dhaou H, Askri F, Jemni A, Ben Nasrallah S. Hydrogen storage in metal hydride tanks equipped with metal foam heat exchanger. International Journal of Hydrogen Energy 2009;34:9393e

284 [28] Melnichuk M, Silin N, Peretti HA. Optimized heat transfer fin design for a metal hydride hydrogen storage container. Int J Hydrogen Energy 2009;34:3417e24. [29] Milan Visaria, Issam Mudawar Experimental investigation and theoretical modeling of dehydriding process in high-pressure metal hydride hydrogen storage systems international journal of hydrogen energy 37 (2012) [30] M. Visaria, I. Mudawar, T. Pourpoint, Enhanced heat exchanger design for hydrogen storage using high-pressure metal hydride Part 1. Design methodology and computational results, Int. J. Heat Mass Transfer 54 (2011) [31] M. Visaria, I. Mudawar, T. Pourpoint, S. Kumar, Parametric study of heat transfer and kinetics parameters influencing the design of heat exchangers for hydrogen storage in high-pressure metal hydrides, Int. J. Heat Mass Transfer 53 (2010) [32] Mohan G, Maiya MP, Murthy SS. Performance simulation of metal hydride hydrogen storage device with embedded filters and heat exchanger tubes. International Journal of Hydrogen Energy 2007;32:4978e87. [33] Nagel M, Komazaki Y, Suda S. Effective thermal-conductivity of a metal hydride bed augmented with a copper wire-net matrix. Journal of Less-Common Meteorology 1987;131:426. [34] Nakamura Y, Sato K, Fujitani S, Nishio K, Oguro K, Uehara I. Lattice expanding behaviour and degradation of LaNi5-based alloys. Journal of Alloys and Compounds 1998;267: [35] Nasako K, Ito Y, Hiro N, Osumi M. Stress on a reaction vessel by the swelling of a hydrogen absorbing alloy. Journal of Alloys and Compounds 1998;264: [36] Ni Jiujian, Liu Hongmin. Experimental research on refrigeration characteristics of a metal hydride heat pump in auto air-conditioning. International Journal of Hydrogen Energy 2007;32: [37] Osborn W, Mark Maitree T, Shaw LL, Ren R, Hu J, Ja H, et al. Solid-state hydrogen storage: storage capacity, thermodynamics and kinetics. J Minerals Metals Mater Soc 2009;61:45e51. [38] Park CW, Tang XD, Kim KJ, Gottschlich J, Leland Q. Metal hydride heat storage technology for the directed energy weapon systems. In: Proceedings of IMECE 07, Seattle, US, Nov ; [39] Park JG, Han SC, Jang HY, Lee SM, Lee PS, Lee JY. The development of compressor-driven metal hydride heat pump (CDMHHP) system as an air conditioner. International Journal of Hydrogen Energy 2002;27: [40] Paya J, Linder M, Mertz R, Corbera n JM. Analysis and optimization of a metal hydride cooling system. International Journal of Hydrogen Energy 2011;36:920e30. [41] P. Muthukumar, M. Groll Metal hydride based heating and cooling systems: A review international journ al of hydrog en energy 35 (2010) [42] Qin F, Guo LH, Chen JP, Chen ZJ. Pulverization, expansion of La0.6Y0.4Ni4.8Mn0.2 during hydrogen absorption desorption cycles and their influences in thin-wall reactors. International Journal of Hydrogen Energy 2008;33: [43] Ram Gopal M, Srinivasa Murthy S. Experiments on a metal hydride cooling system working with ZrMnFe/MmNi4.5Al0.5 pair. International Journal of Refrigeration 1999;22: [44] Rogdanovic B, Ritter A, Spliethoff B, Straburger K. A process steam generator based on the high temperature magnesium hydride/magnesium heat storage system. International Journal of Hydrogen Energy 1995;20: [45] Ron M, Gruen D, Mendelsohn M, Sheft I. Preparation and properties of porous metal hydride compacts. J Less-Common Met 1980;74: [46] Sanchez AR, Klein H-P, Groll M. Expanded graphite as heat transfer matrix in metal hydride beds. Int J Hydrogen Energy 2003;28: [47] Serge Nyallang Nyamsi, Fusheng Yang, Zaoxiao Zhang An optimization study on the finned tube heat exchanger used in hydride hydrogen storage systemeanalytical method and numerical simulation inte rnational journal of hydrogen energy 37 (2012) [48] S. Flueckiger, Thermal property measurements of high pressure metal hydrides, MS thesis, Purdue University, West Lafayette, IN,

285 [49] Sharad D. Patil, M. Ram Gopal Analysis of a metal hydride reactor for hydrogen storage inte rnational journal of hydrogen energy 38 (2013) [50] Sheft I, Gruen DM, Lamich GJ. Current status and performance of the Argonne HYCSOS chemical heat pump system. Journal of the Less-Common Metals 1980;74: [51] S. Suda, Y. Komazaki, N. Kobayashi, Effective thermal conductivity of metal hydride beds, J. Less-Common Met. 89 (1983) [52] Stephen L. Garriso*, Bruce J. Hardy, Mikhail B. Gorbounov, David A. Tamburello, Claudio Corgnale, Bart A. vanhassel, Daniel A. Mosher, Donald L. Anton Optimization of internal heat exchangers for hydrogen storage tanks utilizing metal hydrides international journal of hydrogen energy 37 (2012) [53] Supper W, Groll M, Mayer U. Reaction kinetics in metal hydride reaction beds with improved heat and mass transfer. J Less-Common Met 1984;104: [54] Uçar Esin, Metal Hidrit Nanoparçacıkların Sentezi ve Hidrojen Depolama Özelliklerinin İncelenmesi, Hacettepe Ünv Fizik Müh. ABD Yüksek Lisans Tezi, 2007 [55] Wang QD, Wu J, Chen CP, Li ZP. An investigation of the mechanical behavior of hydrogen storage metal beds on hydriding and dehydriding and several methods of preventing the damage of hydride containers caused by the expansion of hydrogen storage metals. Journal of the Less- Common Metals 1987;131: [56] Willers E, Groll M. The two-stage metal hydride heat transformer. International Journal of Hydrogen Energy 1999; 24: [57] Yang FS, Meng XY, Deng JQ, Wang YQ, Zhang ZX. Identifying heat and mass transfer characteristics of metal hydride reactor during adsorption improved formulation and further discussion about parameter analysis. International Journal of Hydrogen Energy 2009;34: [58] Yang FS, Wang GX, Zhang ZX, Rudolph V. Investigation on the influences of heat transfer enhancement measures in a thermally driven metal hydride heat pump. International Journal of Hydrogen Energy 2010;35:9725e

286 250 ÜÇÜNCÜ NESİL BİYOYAKIT ÜRETİMİNDE KULLANILACAK NANOKATALİZÖRLERİN SOL-JEL YÖNTEMİ İLE SENTEZİ M. E. KIBAR A,B, O. OZCAN A,B, A. N. AKIN A,B a Kimya Mühendisliği Bölümü, Kocaeli Üniversitesi, 41380, Kocaeli, Türkiye b Alternatif Yakıtlar Araştırma ve Geliştirme Birimi (AYARGEB), Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, Türkiye efgankibar@kocaeli.edu.tr Son yıllarda enerji sektöründeki açığı gidermek için fosil yakıtların yerini alabilecek birçok farklı biyoyakıt kaynakları önerilmiştir. Karasal bitkilerden elde edilen biyodizel ve biyoetanol potansiyel aday olarak dünyanın ilgisini çekmektedir. Buna rağmen, bu biyoyakıtlar için kullanılan hammaddelerin üretildiği toprakların yiyecek ve aynı zamanda yakıt için kullanılma yarışı, beraberinde tartışmaları da getirmiştir. Bu bağlamda, deniz suyunda, endüstriyel veya diğer atık sularda mikroalglerin yetiştirilmesi bu enerji sorununa bir çözüm olabilir. Mikroalgler yüksek büyüme hızına ve enerji içeriğine sahip tek hücreli fotosentetik organizmalardır. Bazı alg türleri, gün içerisinde bir çok defa kendi kütlelerini ikiye katlama kapasitesine sahiptir. Çoğu durumda da kütlesinin yarısından fazlasını lipitler ve triaçilgliseridler oluşturur. Klasik katalizör hazırlama yöntemlerine örnek olarak, yaş kuru emdirme, birlikte sıralı çöktürme, ısıl füzyon vb. verilebilir. Ancak nanoboyutta bir katalizör üretimi gerçekleştirilmek istendiğinde, soljel yöntemi ile katalizör sentezi önem kazanmaktadır. Bu yöntem öncelikle kolloidal bir yapının oluşturulması ve daha sonra bu kolloid yapının bir araya gelerek jel oluşturmasını içermektedir. Oluşan jelin içinden çözücünün uzaklaştırılmasıyla yüksek yüzey alanına sahip nano büyüklükte katalizör sentezlenir. Sentez sırasında kullanılan kimyasallar, gerçekleşen reaksiyonlar, ortam sıcaklığı, ph, kurutma/kalsinasyon zaman ve sıcaklıkları vb. faktörler katalizörün partikül büyüklüğünde etkindirler. Aynı şekilde elde edilen katalizörün etkinliğinde de rol almaktadırlar. Yapılan bu çalışmada, alternatif biyoyakıt üretiminde kullanılmak üzere Co-Mo/Al2O3 katalizörleri hazırlanmıştır. Bu amaçla, çözelti ve jel oluşma parametreleri, bu parametrelerin katalizör üzerindeki fiziksel (partikül büyüklüğü, toplam yüzey alanı) etkileri incelenmiştir.

287 SPEX ÖĞÜTÜCÜ/KARIŞTIRICI NIN ANSYS PROGRAMI KULLANILARAK SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE ANALİZİ Metin GÜRÜ, Ali Rıza AKTAŞ, Gülsün AKTAŞ Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü Maltepe, Ankara Mekanokimyasal prosesler; organik ve inorganik sentezlerinde, alaşımların, seramiklerin ve nanokompozitlerin üretiminde ve alaşımların aktivasyonunda kullanılır. Mekanokimyasal reaksiyonlar genellikle yüksek enerjili öğütücülerde yürütülmektedir [1,2]. En yaygın kullanılan laboratuvar ölçekli yüksek enerji çarpımlı öğütücü SPEX 8000 Karıştırıcı/Öğütücü dür. Bu sistemde reaktant toz karışımı, öğütücü bilyalar silindirik reaktöre koyulur ve kolun bitiminden yatay eksende ileri geri saniyede yaklaşık 15 sefer çalkalanır. Reaktör aynı zamanda yanlara doğru da sallanır ve böylece bilyaların hareketini rastgele yapmasını sağlar. Temel öğütme işlemi reaktör iç çeperi ile bilya arasında kalan toza uygulanır. Bunun yanı sıra öğütme işlemi, bilyaların basıncı ve kayma gerilimi sonucunda da olur [1]. SPEX 8000 Karıştırıcı/Öğütücü nün yaptığı hareket 3 boyutlu ve karmaşık bir harekettir. Bu hareketin modellenmesi ile ilgili birkaç çalışma yapılmış olup bu çalışmalar daha çok matematiksel modelleme yapılarak çıkarılan denklemlerin çözülmesi ile elde edilmiştir. Bu çalışmalarda reaktör ve reaktör içerisindeki bilyanın hareketi incelenmiştir. Caravati ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada, lineer olmayan dinamik tekniği kullanılarak yapılan nümerik modelleme sonucunda içerisinde bilya bulunmayan boş reaktörün hız ve ivme grafiklerini 115 rads -1 devirlik dönü için x ekseninde maksimum 3 ms -1 civarında bulmuştur [3]. 251 Bu çalışmada SPEX 8000 Karıştırıcı Öğütücünün yaptığı hareket sonlu elemanlar metodu ile analiz edilerek reaktör hızlarının her eksende ve değişik devirlerde ulaştığı hızlar tespit edilmiştir. SPEX 8000 Karıştırıcı/Öğütücü nün modellenen sistemi Şekil 1 de verilmiştir. SPEX 8000 Karıştırıcı/Öğütücü sistemi; mil, tutucu ve reaktörden olmak üzere 3 parçalı olarak modellenmiştir. Sistemin sabitlemesinde kullanılan ve ANSYS programı içerisinde hazır bulunan yay sisteme eklenerek model tamamlanmıştır. Sistemin ANSYS programında analiz edilmesi için programa girilen özellikler Çizelge 1. de verilmiştir. SPEX Karıştırıcı/Öğütücü cihazı üzerinde bulunan motor ve kayış kasnak elemanları ile mile rads -1 lik bir dönü verilerek çalışmaktadır. Mile yapılan bu dönü ile mil ve mile bağlı olan eksantrik parça dönmekte ve göbeğinde rulman bağlı olan ayrıca çekme yayı ile sabitlenen tutucu 3 eksenli, hareket genliği belirli bir çalkalama hareketi yapmaktadır. Yapılan modelde gerçek sisteme sadık kalınarak mile rad s -1 lik dönü verilerek sistem bu şekilde dönerken reaktörlerin hızları tespit edilmiştir. Modelleme esnasında iterasyonların çok uzun sürmesi nedeniyle 0,1 saniyelik analizler yapılmış ve diğer yayınlar ile karşılaştırma yapılabilmesi amacıyla mile 115 rad s -1 lik bir dönü uygulanarak sonuca ulaşılmıştır.

288 252 Şekil 1. ANSYS Design Modeler ile modellenen ve Transient Structural ile analiz edilen sistem Çizelge 1. ANSYS programında numerik analize girilen değerler [4] Reaktör iç yarıçapı 1,9 cm Reaktör iç uzunluğu 5,8 cm Reaktör mil uzaklığı 10 cm Mil devri arası rad s 1 Young s modülü 20, Pa Poisson s oranı 0,29 Şekil 1. de verilen modelin miline 115 rad s -1 lik bir dönü verilerek yapılan analizler sonucu elde edilen reaktörün x-y-z yönündeki hız değişimini gösteren hız grafiği Şekil 2. de verilmiştir. En yüksek hız değeri; x ekseninde yani reaktörün boyu yönünde olduğu tespit edilmiştir. Şekil 2. deki hız verileri incelendiğinde Caravati ve arkadaşları tarafından yapılan çalışma [3] ile yakın değerlere sahip sonuçlar elde edildiği tespit edilmiştir. Sonuçların uyum içerisinde olması ANSYS programında kurulan analiz modelinin doğru olduğunu göstermiştir. Şekil rad s -1 devirle çalışan SPEX 8000 cihazının boş reaktör hızının x, y ve z bileşenleri