Kritik faz noktalarına sahip farklı ca ve zr içeriklerinde baryum titanat esaslı ferroelektrik seramik kompozisyonların dokulu üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Şablonlu tane büyütme yöntemi ile tane yönlendirme, piezoelektrik seramiklerin performansını artırma yöntemlerinden biridir. Bu çalışmada, kritik faz noktalarına sahip kurşunsuz piezoelektrik (1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (x=0.32, x=0.5) ve (1-x)Ba(Zr0.15Ti0.85)O3–x(Ba0.8Ca0.2)TiO3 (x=0.2) (BZT-BCT) seramiklere şablonlu tane büyütme metodu ile doku kazandırılmıştır. Kapasitör, termistör, dönüştürücü vb. uygulamalarda kullanılan BaTiO3 seramikleri, saf halde düşük geçirgenliğe, zayıf piezoelektrik özelliklere ve düşük Curie sıcaklığına sahiptir. Son zamanlarda Zr, Ca katkılı BaTiO3'ün (BZT-BCT) yüksek dielektrik ve piezoelektrik özelliklerinin keşfi ile çevre dostu kurşunsuz ferroelektrik arayışına olan ilgi artmıştır. Şablonlu tane büyütme yönteminde, plakasal şablonlar matris tozları ile karıştırılır ve şerit döküm yöntemi ile hizalanır. Matris taneleri şablonlar üzerinde epitaksiyel olarak büyür, uygulanan ısıl işlem ve süre sonrası dokulu seramikler elde edilir. Bu çalışmada kristalografik olarak <001> yönelimine sahip dokulu seramik üretiminde, plakasal BaTiO3 şablonlar kullanılmıştır. Rastgele yönlenen (dokusuz) ve dokulu seramiklerin X-ışını kırınımı sonuçlarından yola çıkarak, dokulu seramiklerin yönlenme dereceleri Lotgering faktör (f) yöntemi ile hesaplanmıştır. Matris içerisinde şablon büyümesi ile (f = 0.66-0.94) yüksek oranda yönlenmiş dokulu seramikler başarılı bir şekilde üretilmiştir. Üretilen numunelerin yapısal analizi ve elektriksel özellikleri karakterize edilmiştir. Numunelerin elektriksel karakterizasyonu için dielektrik sabiti ölçümleri, polarizasyon-elektrik alan ve gerinim-elektrik alan (?-E) ölçümleri, piezoelektrik yük katsayısı ölçümü ve elektrokalorik etki ölçümleri yapılmıştır. Geleneksel soğutma teknolojilerine çevre dostu ve düşük maliyetli alternatif arayışı elektrokalorik etkiye olan ilgiyi artırmıştır. Tez çalışması kapsamında, çevre dostu kurşunsuz BZT-BCT seramiklerin elektrokalorik davranışı dolaylı yöntem kullanılarak incelenmiştir.Grain orientation by templated grain growth method is promising way to improve the performance of piezoelectric ceramics. In this study, lead-free piezoelectric (1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (x=0.32, x=0.5) and (1-x)Ba(Zr0.15Ti0.85)O3–x(Ba0.8Ca0.2)TiO3 (x=0.2) (BZT-BCT) ceramics are textured with templated grain growth method. BaTiO3 ceramics which used in capacitor, thermistor, converter, etc. applications, have small permeability, weak piezoelectric properties and low Curie temperature in pure form. Recently, interest in the search for environmentally friendly lead-free ferroelectric has increased with the discovery of the high dielectric and piezoelectric properties of Zr, Ca doped BaTiO3 (BZT-BCT). In the templated grain growth process, platalet particles are mixed with matrix powders and aligned with tape casting. Matrix grains grew epitaxially on the templates and resulted in textured ceramics after applied heat treatment and time. In this work, for texturization (001)-oriented BaTiO3 (BT) platelets were utilized as templates. According to X-ray diffractions model of randomly oriented (non-textured) and textured ceramics, the degree of orientation of textured ceramics was calculated by the Lotgering factor method. The template growth into the matrix resulted in highly oriented textured ceramics (f = 0.66-0.94) obtained succesfully. Structural analysis and electrical properties of the produced samples are characterized. For the electrical characterization of the samples, dielectric constant measurements, polarization-electric field and strain-electric field (?-E) measurements, piezoelectric charge coefficient measurement and electrocaloric effect measurements were made. The search for an environmentally friendly and low-cost alternative to conventional cooling technologies has increased the interest in electrocaloric effect. Within the scope of the thesis, the electrocaloric behavior of environmentally friendly lead-free BZT-BCT ceramics was investigated using the indirect method.