Kristalografik dokuya sahip BiScO3–PbTiO3 esaslı yüksek sıcaklık piezoelektrik seramiklerin şablonlu tane büyümesi yöntemi ile üretilmesi ve karakterizasyonları
Fabrication and characterization of crystallographically textured BiScO3–PbTiO3 based high temperature piezoelectric ceramics prepared by templated grain growth method
- Tez No: 847235
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM AKÇA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Seramik Mühendisliği, Metallurgical Engineering, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Uzay, havacılık, enerji, otomotiv, üretim gibi alanlardaki zorlu yüksek sıcaklık kısıtlamaları nedeniyle algılayıcı, dönüştürücü ve eyleyici uygulamaları için üstün sıcaklık kararlılığına sahip piezoelektrik seramiklere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında, üstün performans gerektiren yüksek sıcaklık piezoelektrik uygulamalara (~400°C) yönelik olarak kristalografik dokuya sahip 2,5Bi(Zn0,5Zr0,5)O3−37,5BiScO3−60PbTiO3 (2,5BZZ-37,5BS-60PT) seramikleri şablonlu tane büyümesi yöntemi ile üretilmiş, detaylı özellik ve mikroyapı karakterizasyonları yapılmıştır. Şerit döküm tekniği ile hacimce %1, 3, 5 ve 7 oranındaki yönelimli plakasal BaTiO3 (BT) şablon parçacıkları, 2,5BZZ-37,5BS-60PT matris tozu içerisinde yönlendirildikten sonra 1100-1200°C ve 10-180 dk arasında çeşitli şartlarda hava ortamında sinterlenmiştir. Lotgering faktörü (f)~0,9 olan ve en az %97 göreceli yoğunluğa sahip kristalografik dokulu 2,5BZZ-37,5BS-60PT seramikleri optimum proses parametreleri olan 1100°C'de 3 saat sinterlenerek üretilmiştir. Blok benzeri [001] doğrultusunda yönlenmiş polikristal matris taneleri yanı sıra şablonlu tane büyümesi yöntemindeki mikroyapı açısından alışılmadık ve bu sisteme özgü bir husus olan tek bir şablona temas halinde olan çoklu matris taneleri mikroyapı karakterizasyonlarında ortaya çıkarılmıştır. Bununla birlikte, BT şablonlarının matris içerisinde kimyasal olarak kararlı oldukları ayrıca yapı içerisinde tane sınırlarında yer alan ve segrege olmuş iki çeşit ikincil faz tespit edilmiştir. Rastgele yönlenmeye sahip (f=0) şablon içermeyen ile kıyaslandığında, dokulu seramiklerde ortaya çıkan yüksek orandaki (f>0,9) doku oluşumu sayesinde yüksek Curie sıcaklığından (TC>400°C) ödün vermeksizin dielektrik, piezoelektrik, elastik ve elektromekanik özelliklerde %20 ila %70 arasında artışların olduğu saptanmıştır. Üstelik sıcaklığa bağlı ölçümler 2,5BZZ-37,5BS-60PT sisteminde elektriksel ve elektromekanik özelliklerin yaklaşık 400°C'ye kadar kararlı olduğunu göstermektedir. Tüm bu sonuçlar, üstün özelliklere sahip kristalografik dokulu 2,5BZZ-37,5BS-60PT sisteminin yüksek sıcaklık uygulamaları için umut vaat eden bir piezoseramik olabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In the field of aerospace, aeronautic, energy, automotive, production etc., due to the harsh high-temperature limitations, piezoelectric ceramics with superior temperature stability are needed for the sensor, transducer, and actuator applications. In this master thesis, crystallographically textured 2.5Bi(Zn0.5Zr0.5)O3−37.5BiScO3−60PbTiO3 (2.5BZZ-37.5BS-60PT) ceramics were fabricated via templated grain growth method for high-temperature piezoelectric applications, which requires outstanding performance at high-temperatures (~400°C), and detailed property and microstructure characterizations were carried out. 1, 3, 5 and 7 vol% of -oriented plate-like BaTiO3 (BT) templates were aligned in the 2.5BZZ-37.5BS-60PT matrix powder via tape casting and then sintered in air at various conditions between 1100-1200°C for 10-180 min. Crystallographically textured 2.5BZZ-37.5BS-60PT ceramics with a Lotgering factor (f)~0.9 and a relative density higher than 97% were fabricated through sintering at 1100°C for 3 hours, which is optimum process condition. Polycrystalline block-like matrix grains oriented in the [001] together with multiple matrix grains in contact with one template particle were revealed by means of the microstructural characterizations. In addition, the chemical stability of the BT templates in matrix and two types of secondary phases located at grain boundaries and segregated in the structure were detected. It was found that the increase in dielectric, piezoelectric, elastic, and electromechanical properties by 20% to 70% due to high texture (f>0.9) in 2.5BZZ-37.5BS-60PT ceramics in comparison to the random ones (f=0) without a significant decrease in higher Curie temperature (TC>400°C). Furthermore, the temperature-dependent measurements showed that the electrical and electromechanical properties of textured 2.5BZZ-37.5BS-60PT system were stable up to approximately 400°C. These results indicate that the crystallographically textured 2.5BZZ-37.5BS-60PT system can be a promising piezoceramic candidate for high-temperature applications.
Benzer Tezler
- Kristalografik dokuya sahip PMN-PZT piezoseramiklerin bender tipi dönüştürücü uygulamaları için geliştirilmesi
Development of crystallgraphically textured PMN-PZT piezoceramics for bender type transducer applications
MUSTAFA ÜNSAL ÜNVER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT ALKOY
- Kristalografik dokuya sahip [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]- [PbTiO3] piezoelektrik seramiklerin üretimi, karakterizasyonu ve enerji hasatı uygulamaları
Fabrication, characterization and energy harvesting application of crystalografic textured [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]- [PbTiO3] ceramics
AYŞE BERKSOY YAVUZ
Doktora
Türkçe
2018
Bilim ve TeknolojiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EBRU MENŞUR ALKOY
- Kristalografik dokuya sahip piezoseramiklerin ultrasonik motor uygulamaları
Ultrasonic motor applications of crystalographically textured piezoceramics
SİNAN DURSUN
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT ALKOY
- İğnesel morfolojide NaNbO3 kristallerinin hidrotermal yöntemle sentezlenmesi ve yapısal karakterizasyonu
Synthesis of needle like NaNbO3 crystals by hydrothermal process and structural characterization
YAĞIZ ÖZEREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EBRU MENŞUR ALKOY
PROF. DR. SEDAT ALKOY
- Kurşun içermeyen tungsten bronz yapılı ferroelektrik seramik fibelerde doku oluşumu ve 1?3 kompozitlerin elektriksel karakterizasyonu
Development of texture in the lead-free ferroelectric ceramic fibers with tungsten bronze structure and electrical characterization of 1?3 composites
SİNAN DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Mühendislik BilimleriGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT ALKOY