Alümina malzemelerin nano metal takviyeli olarak üretilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, Al2O3 seramik malzemesinin heterojen çöktürme yöntemi kullanılarak nano boyutta nikel metal parçacıklar ile takviye edilerek üretilmesi ve daha sonra metal oranı ile sinterleme sıcaklığına bağlı olarak mikroyapı ve malzeme özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Yüksek özellikli kompozit malzeme elde etmek için homojen metal parçacık dağılımını sağlamak gerektiğinden, üretim yöntemi olarak heterojen çöktürme yöntemi tercih edilmiştir. Mikron boyutlu alümina içerisinde, nano boyutta Ni metal parçacıkları farklı hacim oranlarında içeren (% 1,3,5) kompozit tozlar hazırlanmış ve disk şeklinde preslenme işleminden sonra, üç farklı sıcaklıkta (1450-1500-1550°C) sinterlenmiştir. Sinterlenen numunelerin yoğunluk, sertlik ve toklukları deneysel olarak ölçülmüştür. Ayrıca numunelerin X-ışınımı kırınımı ile kristal faz analizi, taramalı elektron mikroskobu çalışmaları ile mikroyapı karakterizasyonu yapılmıştır. Yapılan çalışma ile homojen metal parçacık dağılımı sağlanabilmiştir. Yoğunlaşmanın artan sıcaklıkta arttığı ancak artan metal hacim oranı ile azaldığı görülmüştür ve en iyi yoğunlaşma 1550°C'de elde edilmiştir. En yüksek sertlik 22.53 GPa olarak 1550°C'de % 1 Ni oranı için elde edilse de, artan metal hacim oranının sertlik üzerinde belirgin olumsuz etkisi olmadığı görülmüştür. Yoğun numunelerden elde edilen tokluk ölçüm sonuçları ise artan nikel hacim oranının tokluğu, çatlak köprüleme ve çatlak yön değiştirme mekanizmalarının etkisi ile hafifçe arttırdığını göstermiştir.

In this work, it was aimed to produce Al2O3 ceramics reinforced with nano sized nickel metal particles by using heterogeneous precipitation method and later to investigate its properties and microstructure which change according to metal ratio and sintering temperature. Heterogeneous precipitation method was chosen as fabrication method because homogeneous particle dispersion is required in order to obtain composite material with high properties. Composite powders which have nano sized Ni metal particles in different ratios (1,3,5 vol %) in micron sized alumina were prepared and after pressing in disc form, they were sintered at three different sintering temperature (1450-1500-1550°C). The density, hardness and toughness of sintered specimens were measured experimentally. Also, microstructure characterization was made by scanning electron microscope studies and crystal phase analyses of specimens were made by X-ray diffraction. Homogeneous metal particle dispersion was achieved through this work. It was observed that densification increased with increasing sintering temperature but decreased with increasing metal volume ratio and the highest densification was obtained at 1550°C. Although the highest hardness was attained to 1 vol % Ni (22.53 GPa) at 1550°C, it was observed that increasing metal volume ratio had not a clear negative effect on hardness. The toughness results of dense specimens showed that increasing nickel volume content increased toughness slightly because of crack bridging and crack deflection mechanisms.