Yönlendirilmiş mullit/zirkonya seramiklerinin mekanik özelliklerinin araştırılması

Abstract

Mullit ileri seramik uygulamaları için bir umut vaat etmektedir fakat düşük kırılma tokluğu ve sinterlenmesindeki zorluklar daha yaygın endüstriyel uygulamaları açısından temel engellerdir. Bu yüzden, mullitin kompozit malzeme olarak üretilmesi yaygın bir şekilde çalışılmaktadır. Bu çalışmada mullit/zirkonya seramik kompozitleri alümina ve zirkon tozlarının bir reaktif karışımından hazırlanmıştır. Şerit döküm yöntemiyle şekillendirilmiş numunelerde şablon tane olarak iğnemsi alüminyum borat taneleri mulliti çekirdeklendirmek ve [001] yönünde yönlendirmek için kullanılmıştır. TiO2 ve MgO katkıları alümina silikat camını modifiye ederek yoğunlaşmayı artırmaları için kullanılmıştır. Yönlenme x-ışını kırınımından yararlanan rocking curve ve Lotgerin faktör analizi ile karakterize edilmiştir. Yönlenmenin elastik modül ve mukavemet üzerindeki etkisi, şablonlu tane büyümesi ile çeşitli derecelerde tane yönlenmesine sahip ve farklı miktarlarda şablon tane (ağ %5?15) içeren numuneler üretilerek araştırılmıştır. Sonuç olarak, başlangıç şablon içeriği arttıkça sinterleme sıcaklığının düştüğü ve kapalı gözeneklerin azaldığı tespit edilmiştir. Bunun dışında başlangıç şablon içeriklerinin mekanik özellikler üzerine direkt olarak bir etkisi gözlemlenmemiştir. Ancak şablon tanelerin başlangıç yönlenmelerinin mekanik özellikleri büyük ölçüde etkilediği ortaya çıkarılmıştır. Örneğin rasgele yönlenmiş mullit içeren numunenin mukavemeti 175MPa'dan, mullitin [001] doğrultusunda yönlendirmesi sayesinde 298 MPa'ya yükselmiştir (ağ %10 şablon içeren). Benzer şekilde elastik modül değeri rasgele için 163 GPa'dan 210 GPa'a arttığı gözlenmiştir.Mullite is a promising candidate for advanced ceramic applications but its low fracture toughness and difficulties in sintering are the main limitations for more widespread industrial applications. Therefore, production of mullite composite materials is being studied extensively. In this study, mullite/zirconia ceramic composites were prepared from a reactive mixture of alumina and zircon powders. Samples were formed by tape casting method and acicular aluminum borate particles were used as templates to nucleate and texture mullite grains in the [001]. Additives, TiO2 and MgO, were used to modify aluminosilicate glass to increase densification. The texture was characterized by using Logering factor and rocking curve analyses, utilizing x-ray diffraction. Effect of texturing on Young?s modulus and strength was investigated by fabricating samples with varying degree of grain orientation by templated grain growth. It was found that the sintering temperature and amount of closed pores were decreased with increasing initial template content. Other than this, a direct effect of initial template content on mechanical properties was not observed. But it was observed that the initial orientation of template particles considerably affected mechanical properties. For example, the flexural strength of randomly oriented mullite has increased from 175 MPa to 290 MPa by orienting mullite in [001] direction. Similarly, it was observed that, the value of elastic modulus in randomly oriented mullite increased from 163 GPa to 210 GPa.