Pasta kompozisyonu ve sinterleme parametrelerinin alümina seramiklerinin metalizasyonuna etkisinin incelenmesi
Effect of paste composition and sintering parameters on the alumina ceramics metallization
- Tez No: 952531
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGE YÜKSEL ORHAN, DR. MEHMET KAAN PEHLİVANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Chemical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Seramik metalizasyon yöntemi; elektronik, savunma sanayii, havacılık ve enerji sistemleri gibi çeşitli endüstriyel alanlarda yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Bu yöntem, yalıtkan seramik yüzeylerin metal kaplanarak elektriksel iletkenlik kazandırılmasını sağlar. Alümina seramikleri; düşük termal genleşme katsayısı, yüksek termal şok dayanımı, üstün elektriksel yalıtkanlık özellikleri ve kimyasal kararlılık gibi avantajları nedeniyle bu sektörlerde sıklıkla tercih edilmektedir. Alümina seramiklerinin metalizasyonunda genellikle Molibden-Mangan (Mo-Mn), aktifleştirilmiş Mo-Mn, aktif metal lehimleme gibi yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler arasında, aktifleştirilmiş Mo-Mn yöntemi diğerlerine kıyasla daha sık tercih edilmekte olup, yüksek performanslı metalizasyon özellikleri sunmaktadır. Bu çalışmada, alümina seramiklerinin metalizasyon karakteristikleri üzerine, pasta kompozisyonu ve sinterleme parametrelerinin etkisi uygun karakterizasyon teknikleriyle detaylı şekilde incelenmiştir. İncelenen alümina, elektronik sektöründe yaygın olarak kullanılan %96 saflıkta olup, çalışmada kullanılan seramik örnekleri TÜBİTAK SAGE tarafından üretilmiştir. Metalizasyon pastalarında kullanılan katı yükleme oranlarının (%75 ve %80, ağırlıkça) serigrafi uygulamaları üzerindeki etkileri araştırılmış; yapılan deneyler sonucunda, %75 katı yükleme oranının serigrafi işlemleri için daha uygun olduğu belirlenmiştir. Bu doğrultuda, %75 katı yüklemeye sahip pastaların içeriğindeki Mo, mangan oksit (MnO) ve titanyum dioksit (TiO2) oranları değiştirilerek çeşitli formülasyonlar geliştirilmiş ve test edilmiştir. Geliştirilen metalizasyon pastalarının sinterleme sıcaklığı ile olan ilişkisi değerlendirilmiş; 1300 °C, 1400 °C ve 1500 °C sıcaklıklarda sinterleme işlemleri gerçekleştirilmiş ve bu işlemlerin metalizasyon karakteristikleri üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Metalize edilen yüzeylerin mikroyapısal özellikleri, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağılım Spektroskopisi (EDS) analizleri ile değerlendirilmiştir. Ayrıca, SEM analizleriyle gözlemlenen ara yüzey yapılarını daha iyi anlamak amacıyla X-ışını kırınım analizlerinden de faydalanılmıştır. Mekanik performans değerlendirmeleri kapsamında, metalize edilmiş seramik örnekleri üzerinde kayma gerilimi ve çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, en uygun metalizasyon karakteristiklerinin yaklaşık eşit oranlarda MnO ve TiO₂ içeren pasta kompozisyonlarında ve 1400 °C sinterleme sıcaklığında elde edildiği belirlenmiştir. Buna ek olarak, 1300 °C, 1400 °C ve 1500 °C'de metalize edilen örneklerde, alümina seramik bileşiminde bulunan silisyum dioksit (SiO₂)- kalsiyum oksit (CaO)- magnezyum oksit (MgO) camsı faz katkısının metalizasyon sürecine doğrudan katkıda bulunduğu ve bu faz içerisinde yer alan özellikle kalsiyum (Ca) ve magnezyumun (Mg), metalizasyon pastasında bulunan aktif bileşenlerle (MnO, TiO2) kimyasal etkileşime girdiği gözlemlenmiştir. Bu çalışma, seramik metalizasyon sürecine yönelik kapsamlı bir analiz sunmakta olup; farklı sinterleme sıcaklıkları ve metalizasyon pastası içeriklerinin metalize yüzey özellikleri üzerindeki etkilerini ayrıntılı bir şekilde ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The ceramic metallization technique is widely employed across various industrial sectors such as electronics, defense, aerospace, and energy systems. This method enables the transformation of electrically insulating ceramic surfaces into conductive ones by applying a metal layer. Among these ceramics, alumina is commonly used due to its advantageous properties, including a low coefficient of thermal expansion, high thermal shock resistance, excellent electrical insulation, and strong chemical stability. For the metallization of alumina ceramics, several methods are utilized, including Molybdenum-Manganese (Mo-Mn), activated Mo-Mn, and active metal brazing. Among these, the activated Mo-Mn technique is more frequently applied due to its superior metallization performance. In this study, the effects of paste composition and sintering parameters on the metallization characteristics of alumina ceramics were investigated using appropriate characterization techniques. The alumina type examined was 96% pure, commonly used in the electronics industry, and the ceramic samples were produced at TÜBİTAK SAGE. The influence of solid loading levels (75 wt% and 80 wt%) in the metallization pastes on the screen-printing process was studied, and it was determined that a 75 wt% solid loading was more suitable for screen-printing applications.Based on these findings, various paste formulations containing Molybdenum (Mo), Manganese Oxide (MnO), and Titanium Dioxide (TiO2) were developed and tested by altering their relative ratios within the 75 wt% solid loading composition. The relationship between sintering temperature and metallization performance was also evaluated by sintering the samples at 1300 °C, 1400 °C, and 1500 °C. The microstructural properties of the metallized surfaces were analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). Additionally, X-ray Diffraction (XRD) analysis was employed to identify interfacial structures observed in SEM images. Mechanical performance assessments were performed through shear and tensile tests on the metallized ceramic samples. Within the scope of this study, the most appropriate metallization results were achieved using paste compositions containing approximately equal amounts of MnO and TiO2, sintered at 1400 °C. Furthermore, it was observed that the silicon dioxide (SiO₂) - calcium oxide (CaO) - magnesium oxide (MgO) glassy phase present in the alumina composition has taken direct participation in the metallization process and especially calcium (Ca) and magnesium (Mg) present in this phase interacted with active components (MnO and TiO2) in the metallization paste at all sintering temperatures investigated (1300 °C, 1400 °C, and 1500 °C). This work provides a comprehensive analysis aimed at the ceramic metallization process. It highlights the effects of different sintering temperatures and paste compositions on the characteristics of the metallized surfaces.
Benzer Tezler
- Yüksek entropi (HfTiZrTa/Cr)B2 esaslı seramiklerin farklı yöntemler kullanılarak sinterlenmesi ve karakterizasyonu
High entropy (HfTiZrTa/Cr)B2 based boride ceramics sintered via using different methods and related characterization studies
ESİN AYSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI
- Sızdırmazlık cam bileşimlerinin geliştirilmesi, farklı yöntemlerle şekillendirilmesi ve karakterizasyonu
Development of sealing glass compositions, forming with different techniques and their characterization
MELİS CAN ÖZDEMİR YANIK
Doktora
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN
DOÇ. DR. ESİN GÜNAY
- Silika katkılı ışık geçirgenliğine sahip AlON seramiklerin reaktif spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of reactive spark plasma sintered transparent AlON ceramics with silica additive
HASAN TAVİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN
- Kobalt esaslı alaşımların bağlayıcı matris olarak kullanıldığı doğal taş kesiminde kullanılan elmas kesici uçların karakterizasyonu
Characterization of diamond cutting tools using cobalt base alloys as the binding matrices
FERİT TOPALOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
- Yerel emmer buğdayının (GACER) kompozisyonunun ve teknolojik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of composition and technological properties of the local emmer wheat (GACER)
FATMA SAZAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Gıda MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİLEK SİVRİ ÖZAY