Yarım küre formundaki piezoelektrik dönüştürücülerin asıltı döküm yöntemi ile üretilmesi ve elektriksel karakterizasyonu

Abstract

Tez çalışması kapsamında ince kabuk yarım küre şeklinde piezoelektrik seramik dönüştürücülerin tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Asıltı döküm yöntemi kullanılarak üretilen bu dönüştürücülerin mikroyapısal, elektriksel karakterizasyonu yapılmıştır. Çalışmada Kanada Sensor Tech firmasına ait BM500 ve BM400 tozları ile Tayvan Sunny Tech firmalarına ait PZT4, PZT-5A, PZT8 ve PZT-5H tozları kullanılmıştır. Deneysel çalışmada, hacimce farklı katı oranlarına sahip asıltılar hazırlanmış viskozite, pH ve zeta potansiyeli ölçümleri ile ağırlıkça % 72 katı oranına sahip asıltı için ağırlıkça % 1,25 dağıtıcı oranının uygun olduğu belirlenmiştir. Üretilecek yarım küre şeklindeki parçalar için alçı kalıplar hazırlanmış, ağırlıkça % 72 katı oranına sahip asıltıdan döküm ile parçalar elde edilmiştir. Ayrıca farklı pH oranlarında asıltılar hazırlanarak aynı süre içerisinde kalınlıklarındaki değişim izlenmiştir. Parçalar kurutulduktan sonra 1260°C PbO açısından zengin atmosfer ortamında 4 saat sinterlenmiştir. Sinterlenen parçaların taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikroyapıları incelenmiş yoğun gözeneksiz bir yapı elde edildiği belirlenmiştir. Farklı pH değerlerinde üretilen parçaların kalınlıklarındaki değişimler SEM ile incelenmiştir. Üretilen parçalar elektrotlanmış ve 120°C?de 30kV/cm elektrik alan altında yarım saat kutuplanmıştır. Kutuplama sonrası parçaların kapasitans değerleri ölçülmüş ve dielektrik sabitleri hesaplanmıştır. Rezonans ve anti rezonans frekansları kullanılarak parçaların bağlaşma katsayısı hesaplanmıştır. Elde edilen ölçüm değerleri kütlesel numunelerin verileri ile karşılaştırılmıştır.In this thesis, the fabrication, characterization and design of thin-shell hemisphere piezoelectric ceramic tranducers were carried out. Transducers were fabricated using slip casting methods and characterized through microstructural examinations and electrical measurements. In this study, two different types of powders BM500 and BM400 provided by Sensor Tech and PZT4, PZT-5A, PZT8, PZT-5H provided by Sunny Tech were used. Various solid loading slurries were prepared with the measurements of pH, viscosity and zeta potential 1,25 wt% optimum dispersent content was determined for slip with 72 wt% solid loading. Gypsum molds and slips containing 72 wt% solid were used to produce parts in the form of hemishpere. Otherwise, the slurries were prepared at different pH?s and the variation in their thicknesses were observed at the same time. After drying, parts were sintered at 1260°C for 240 min under PbO rich atmosphere. Microstructural examinations of sintered parts with Scanning Electron Microscope (SEM) indicated a dense and pore-free microstructure. In addition, the thicknesses of the parts produced at various pH?s were measured with SEM. Sintered parts were electroded and poled at 120°C for 30 min under electric field of 30kV/cm. Dielectric properties were determined by measuring the capacitance. Coupling coefficient of the hemispheres were calculated by obtaining of resonance and antiresonance frequencies related to thickness and diameter of the hemispheres. The results obtained were compared with the bulk materials.