Structural and thermal properties of some tellurite glasses
Bazı tellür esaslı camlarım yapısal ve termal özellikleri
- Tez No: 315422
- Danışmanlar: PROF. DR. M. LÜTFİ ÖVEÇOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 180
Özet
Bu çalışmada molce farklı oranlardaki kompozisyonlarda olan dört adet 0.90TeO2-0.10CdF2, 0.85TeO2-0.15CdF2, 0.80TeO2-0.20CdF2 ve 0.75TeO2-0.25CdF2; üç adet 0.85TeO2-0.10CdF2-0.05PbF2, 0.80TeO2-0.10CdF2-0.10PbF2 ve 0.75TeO2-0.10CdF2-0.15PbF2; dört adet 0.85TeO2-0.10CdF2-0.05WO3, 0.80TeO2-0.10CdF2-0.10WO3, 0.75TeO2-0.10CdF2-0.15WO3 ve 0.75TeO2-0.15CdF2-0.10WO3 ve üç adet 0.90TeO2-0.10V2O5, 0.80TeO2-0.20V2O5 ve 0.50TeO2-0.50V2O5 cam ve cam-seramikleri incelenmiştir. Cam yapısındaki şebeke bozucu bileşenin camın termal, mikroyapısal ve kristalizasyon davranışı üzerindeki etkilerini incelemek için DTA, XRD, SEM/EDS, OM ve Raman spektroskopisi tekniklerinden yararlanılmıştır.Üretilen camların tamamı yüksek safiyetteki tozlardan üretilmiştir. Karıştırılarak homojenize edilen cam komposizyonları elektrikli bir fırın yardımı ile ergitilmiş ve bunu takiben platin kruzenin buzlu suya daldırılması metodu ile camlara su verilmiştir.Yapılan DTA ölçümleri sonucunda cam yapısında bulunan şebeke bozucu bileşenin cam geçiş, kristalizasyon ve ergime sıcaklıklarına olan etkisi incelenmiştir. Bunun sonucunda cam yapısına eklenen şebeke bozucu bileşenin cinsine bağlı olarak cam geçiş, kristalizasyon ya da ergime sıcaklıklarının daha yüksek ya da düşük sıcaklık değerlerine kayma anlaşılmıştır. Camın cam yapabilme kabiliyeti ya da termal kararlılığı olarak cam geçiş sıcaklığı ile birinci kristalizasyon sıcaklığının aradındaki fark alınmıştır. Cam geçiş ve kristalizasyon pik sıcaklıklarının ısıtma hızıyla değişimi de bazı cam sistemleri için incelenmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda düşük sıcaklıklarda meydana gelen birçok ekzotermik reaksiyonun daha yüksek ısıtma hızlarında birleşerek cam yapısında görüldükleri anlaşılmıştır.İkili TeO2-CdF2 cam sisteminin 20 oC/dakika ısıtma hızı için termal kararlılık değerleri 57-119 oC iken, üçlü TeO2-CdF2-PbF2 cam sisteminin termal kararlılık değerinin 118-173 oC olduğu görülmüştür. Bunun sonucunda ikili TeO2-CdF2 cam sistemine PbF2 bileşenin eklenmesi ile termal olarak daha kararlı camların yapılabildiği anlaşılmıştır. Şayet TeO2-CdF2-WO3 cam sistemini ikili TeO2-CdF2 ve TeO2-CdF2-PbF2 cam sistemleriyle kıyaslanırsa, üçlü TeO2-CdF2-WO3 cam sisteminin en düşük cam geçiş sıcaklığına ve termal kararlılığa sahip olduğu görülür. TeO2 yapısına WO3 ve CdF2 bileşenlerinin birlikte katılması sonucu cam sisteminin termal kararlılık değerinin düştüğü görülmüştür. Bunun aksine, TeO2 yapısına PbF2 bileşeninin katılması sonucu TeO2-CdF2-PbF2 cam sisteminin termal kararlılık değerinin ise arttığı anlaşılmıştır.Elde edilen DTA sonuçlarına göre belirlenen sıcaklıklarda tavlanan numunelerin yapılarında meydana gelen farklı kristal fazlar XRD ölçümleri ile incelenmiştir. Raman spektormetresi ve SEM/EDS incelemeler sonucunda su verilmiş 0.85TeO2-0.10CdF2-0.05WO3 numunesinin yapısında kristal ? -TeO2 fazının bulunduğu görülmüştür. İkili TeO2-CdF2 sistemine ait hiçbir camda ? -TeO2 fazı bulunmamasına rağmen, üçlü TeO2-CdF2-WO3 sisteminde bu fazın bulunduğu sonucuna varılmıştır. 0.85T5eO2-0.10CdF2-0.05WO3 ve 0.80TeO2-0.10CdF2-0.10WO3 numunelerinin 420 oC'de 30 dakika tavlanmaları sonucunda, her iki numunenin yapısında da ?-TeO2 ve ? -TeO2 fazlarının oluştuğu görülmüştür. Bu camların daha uzun sürelerde tavlanmaları sonucunda, yarı kararlı olan ?-TeO2 ve ? -TeO2 fazlarının kararlı yapıda olan ? -TeO2 fazına dönüştüğü belirlenmiştir. Bununla birlikte, tavlama sonucu numunenin yapısında tanımlanamayan bir fazında meydana geldiği anlaşılmıştır.Elde edilen cam seramiklerin mikroyapılarını incelemek ve anlamak için, tavlanmış olan camlar SEM/EDS ile analiz edilmişlerdir. Yapılan SEM/EDS incelemeleri sonucunda cam ve cam-seramiklerin yapılarında meydana gelen farklı kristal fazların varlıkları XRD ve Raman teknikleri yardımı ile teyit edilmiştir. XRD ve Raman spektroskobisi incelemelerine göre, cam-seramik numunlerde farklı morfolojilerde olan farklı kristal fazların olduğu anlaşılmıştır.Raman spektroskobisi ile incelenen camlarda 400 ile 810 cm-1 aralığında görülen ana absorpsiyon frekanslarının Te-esaslı yapılarının en küçük birimi olan TeO3 ve TeO4'te bulunan Te-O titreşim modlarının frekansına ait olduğu anlaşılmıştır. Bir şebeke bozucunun cam yapısına eklenmesi sonucunda Raman piklerinin yerlerinde ve şiddetlerinde değişmelerin olduğu ve cam yapısında bulunan TeO4 trigonal bipiramit birimlerinin TeO3 trigonal bipiramit birimlerine dönüştüğü anlaşılmıştır.Üçlü TeO2-CdF2-WO3 camının XRD incelemeleri ile yapısında ?-TeO2, WO3, Cd2(Te3O9) ve tanımlanamayan fazın bulunması sonucunda, Raman spektrumunda 273, 717 ve 807 cm-1 piklerinde görülen artmalarının tanımlanamayan ve ? olarak gösterilen faza ait olduğu anlaşılmıştır. Tanımlanamayan bu yeni faz ikili TeO2-WO3ve TeO2-CdF2 cam sistemlerinde görülmemektedir.Camların DTA ölçümleri farklı hızlarda gerçekleştirilmiş. Bu ölçümlerin sonucunda camların kristalizasyon kinetikleri incelenmiş ve Avrami parametreleri hesaplanmıştır. Yapılan aktivasyon enerjisi hesaplamaları ve SEM çalışmaları göstermiştir ki; camlarda oluşan kristaller farklı kristalizasyon mekanizmaları sonucu meydana gelişmiştir.
Özet (Çeviri)
In this work, four different compositions of 0.90TeO2-0.10CdF2, 0.85TeO2-0.15CdF2, 0.80TeO2-0.20CdF2 and 0.75TeO2-0.25CdF2, three different composition of 0.85TeO2-0.10CdF2-0.05PbF2, 0.80TeO2-0.10CdF2-0.10PbF2 and 0.75TeO2-0.10CdF2-0.15PbF2, four different compositions of 0.85TeO2-0.10CdF2-0.05WO3, 0.80TeO2-0.10CdF2-0.10WO3, 0.75TeO2-0.10CdF2-0.15WO3 and 0.75TeO2-0.15CdF2-0.10WO3 and three glass compositions of 0.90TeO2-0.10V2O5, 0.80TeO2-0.20V2O5 and 0.50TeO2-0.50V2O5 glass and glass-ceramics which are given in molar ratio were investigated. In order to understand the effect of the modifier content on the thermal properties, microstructure and the crystallization behavior of the glass and glass-ceramics, DTA, XRD, SEM/EDS, OM and Raman Spectroscopy techniques were used.All of the glasses were prepared by using high-purity powders. Homogenized glass compositions were melted in an electrically heated furnace and then the molten glass was removed from the furnace by dipping the platinum crucible in an icy water bath for quenching.DTA investigations were conducted on the as-cast samples in order to understand the effect of the modifier content on the glass transition, crystallization, and the melting temperatures. It was found that depending on type of the of different modifier into the tellurite glass structure, the glass transition and the melting temperatures may show shifts to higher or lower temperature values. The difference between the glass transition temperature and the first crystallization temperature was taken as the glass forming tendency or the thermal stability value of the relevant glass. The effect of the heating rate on the glass transition and crystallization peak temperatures was also studied for some of the glass systems. It can be claimed that multiple exothermic reactions taking place in the smaller heating rates, add up and appear as sums and overlaps in higher heating rates.The thermal stability values of the binary TeO2-CdF2 system is in the range of 57-119 oC but the thermal stability values for the ternary TeO2-CdF2-PbF2 system is in the range of 118-173 oC for the heating rate of 20 oC/minute. It is found that by adding PbF2 content into the TeO2-CdF2 system, it is possible to obtain more thermally stable glasses. Compared to the thermal stability values of the binary TeO2-CdF2 and also the ternary TeO2-CdF2-PbF2 glass systems, the ternary TeO2-CdF2-WO3 system has the lowest glass transition and thermal stability values. Addition of the WO3 and CdF2 modifier contents together into the TeO2 structure lowers the thermal stability values of the glass system. On the contrary, PbF2 increases the thermal stability values of the ternary TeO2-CdF2-PbF2 glass system.XRD scans were performed to identify the crystallizing phases in the samples which were heat-treated above the peak temperatures determined on the basis of DTA results for all the glass compositions. It was observed that the 0.85TeO2-0.10CdF2-0.05WO3 sample in the as-cast condition has the ? -TeO2 crystalline phase in its structure. Even though the formation of the ? -TeO2 phase was not observed in any of the studied binary TeO2-CdF2 glass compositions, the present study shows that within the ternary TeO2-CdF2-WO3 system, it is possible to observe the ? -TeO2 phase. When both the 0.85T5eO2-0.10CdF2-0.05WO3 and the 0.80TeO2-0.10CdF2-0.10WO3 glasses were annealed at 420 oC for 30 minutes, ?-TeO2 and ? -TeO2 phases were formed. Further heat-treatment of theses glasses results in the transformation of the metastable ? -TeO2 and ?-TeO2 phases into the stable ? -TeO2 phase. In addition, a new phase which is labeled as unidentified in is formed as well.In order to study and examine the microstructure of the glass-ceramics, all the heat-treated glasses were investigated using SEM/EDS. Different crystalline formations in the SEM/EDS images of these glasses were identified by using the XRD and Raman techniques. According to the XRD and Raman spectroscopy investigations, different morphological formations were observed which referred to various crystalline phases in the glass-ceramics.The main absorption frequencies observed in Raman spectroscopy results which are in the range of 400 to 810 cm-1 pertain to the stretching vibration modes of the Te-O bonds of TeO3 and TeO4, which are the basic units of the TeO2-based structures. It was also understood that the addition of a network modifier into the glass structure contributes to the intensity of the Raman peaks change and forces the transition of the glass network from TeO4 trigonal bipyramids units to the TeO3 trigonal pyramid structural units.The increment of the peaks at 273, 717 and 807 cm-1, might be explained by the unidentified phase formation in addition to other phases since the XRD results demonstrate that the TeO2-CdF2-WO3 glass has ?-TeO2, WO3, Cd2(Te3O9) and an unidentified phase labeled as ?. This unidentified phase was however not observed in neither Raman spectra nor XRD results of the binary TeO2-WO3 and TeO2-CdF2 glass systems.DTA investigations were also conducted on the as-cast glasses with different heating rates. According to these results, crystallization kinetics of the glass-ceramics was studied and the Avrami constants were calculated for all of the glasses. The activation energy calculations and SEM investigations demonstrated that the formation of the crystalline phases occurred via different crystallization mechanisms for the glasses.
Benzer Tezler
- Tellür oksit esaslı üçlü sistemlerin ısıl, kinetik ve yapısal açıdan incelenerek camlaşma özelliklerinin ve faz dengelerinin tespiti
Determination of the glass properties and phase equilibria of the ternary tellurium oxide based systems through thermal, kinetic and structural investigations
ALİ ERÇİN ERSUNDU
Doktora
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN
- Thermal, microstructural and optical characterisation of the TeO2-BaO glasses
TeO2-BaO camlarının termal, mikroyapısal ve optik karakterizasyonu
CUMHUR EŞİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. LÜTFİ ÖVEÇOĞLU
- Tellürit sistemlerin camlaşma davranışlarının,cam özelliklerinin ve termokromik davranışlarının incelenmesi
Investigation of glass formation behavior, glass properties and thermochromic behavior of tellurite systems
MİRAY ÇELİKBİLEK
Doktora
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN
- Investigation of up-conversion luminescence properties of holmium, thulium and ytterbium ions triply-doped tellurite glasses
Holmiyum, tulyum ve iterbiyum üçlü katkılı tellürit camların üst enerji dönüşüm lüminesans özelliklerinin incelenmesi
NAJI VAHEDIGHAREHCHOPOGH
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MİRAY ÇELİKBİLEK ERSUNDU
- Color tunable upconversion based white light properties of er-Tm-Yb phosphors and pmma nanocomposites
Er-Tm-Yb fosfor ve polimer nanokompozitlerde renk ayarlanabilir üst dönüşüm esaslı beyaz ışık özellikleri
SEVCAN TABANLI
Doktora
İngilizce
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖNÜL ERYÜREK