ZrO2 ve yitriya ile kararlı hale getirilmiş ZrO2 esaslı nano kaplamalar ile cam yüzeylerinin mekanik dayanımın geliştirilmesi

Abstract

Camın teorik mukavemeti yüksek bir malzeme olmasına karşın, yüzeyinde bulunan çatlaklar ve hatalar dolayısıyla çok daha düşük bir mukavemet değeri göstermektedir. Gelişen teknoloji ile birlikte, hafif ve dayanımı yüksek cam malzemelere olan ihtiyaç artmıştır. Yüzey hatalarının giderilmesi ya da yüzeyde oluşturulacak gerilimler aracılığı ile çatlakların ilerlemesi engellenerek camın mukavemetinin artması mümkündür. Mukavemet arttırma metodu olarak hem uygulama kolaylığı, göreceli ucuzluğu ve geniş uygulama alanları sebebiyle ticari uygulamalardan tercih edilen sol jel metodu ile hazırlanmış ytria stabilize zirkonya içeren ince film kaplamalar üzerine araştırma yapılmasına karar verilmiştir. |Araştırmanın ilk bölümde numunenin kaplanması, sinterlenmesi ve mekanik mukavemetinin optimize edilmesi üzerinde durulurken, ikinci bölümde yapılan kaplamanın analizi, karakterizasyonu ve mukavemet üzerine etkilerini kapsayan analizler yapılmıştır. Yapılan DTA analizi ile kaplamanın sinterlenme sıcaklığına karar verildikten sonra. Daldırma yöntemiyle farklı çekim hızlarında kaplanan numuneler, ısıl işleme tabi tutulmuşlardır. Sonraki aşamada halka üstü halka testi ile mukavemetleri ölçülen numunelerin Weibull dağılımları incelenmiştir. Kaplama yüzeyini karakterize etmek için ise, SEM-EDX / XRD verileri karşılaştırılmış. Kaplama kalınlığı ve ışık geçirgenliği ölçülmüştür.|Yapılan araştırmanın sonucunda ytria-stabilize zirkonya çözeltisi ile kaplamalarda %50 mukavemet artışı ve Weilbull güvenilirlik verilerinde artış gözlemlenirken bunun kaplama kalınlığı ile etkileşimi değerlendirilmiştir. Ayrıca yüzey çatlaklarının oluşumu incelenmiş, çözelti kalınlığının arttığı yerlerde çatlak oluşumunun hızlandığı bunun kaplama kalınlığı arttıkça sadece zirkonya içeren kaplamanın mukavemetini düşürürken, ytria stabilize zirkonya bazlı kaplamalarda kaplama kalınlığının artışına rağmen bu düşüşün olmadığı not edilmiştir.Even though the glass has a very high theoretical strength, because of the surface flaws and errors practical measurements result with much lower results. With the developing technology the need for lighter and stronger materials has become important. The mechanical strength of glass can be improved by removing surface defects, cracks or by creating a counter stress which will prevent the growth of the cracks at glass surfaces. Ytria stabilized Zirconia thin film coatings which are prepared by sol gel method had been decided as research topic, as for its ease of application, lower prices and for its modification advantages. At the first part of the study, main objects are to coating process, sintering and measurement of mechanical strength of materials. At second part, surface characterization and its effects on coating strength has been analyzed. Sintering temperature of the samples was decided after a DTA analysis. Dip coated glass substrates which are withdrawn at different speeds, has been sintered then their mechanical strength has been calculated by a ring on ring test. Results are then analyzed with the help of a weibull analyses. For characterizing the coating surface, SEM-EDX and XRD dataset are compared then at last part the thickness of the coating, and its light transmittance had been measured. As a result, 50 % strength increase has been observed and it has been accompanied with an increase at Weibull modulus, as safety parameter. Also cracks at the coating surface and its relation with coating thickness have been observed. It is noted that as the thickness of the coating increase at ZrO2 based coatings there is a slightly drop at strength, while on the other hand, ytria stabilized versions does not have that drop and also has a higher weibull safety parameter.