Toz enjeksiyon kalıplanmış steatit seramiklerin özelliklerine kalıplama ve sinterleme parametrelerinin etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of molding and sintering parameters on properties of powder injection molded steatite ceramics
Yazar: LEVENT URTEKİN
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM USLAN ; PROF. DR. BEDRİ TUÇ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sinterleme = Sintering ; Toz enjeksiyon kalıplama = Powder injection molding

Özet:
Bu çalışmada, toz enjeksiyon kalıplama yöntemiyle steatit seramik parça üretilmiştir. Dört farklı besleme stoğu (PEG8000/PP/SA, PEG8000/PE/SA, PEG4000/PP/SA, PEG4000/PE/SA) için tork ve kılcal reometre çalışmaları yapılmıştır. Tüm besleme stokları için akış davranış indeksi, ergime akış indeksi, akıcılık ve optimum yükleme oranları ayrı ayrı tespit edilmiştir. Hacimce %58 Steatit + PEG8000/PP/SA bağlayıcı içeren besleme stoğu 200 0C sıcaklık için; en iyi reolojik özellikleri sergilemiştir. Bu özellikler, akış davranış indeksi (0,507), akıcılık (8,99x10-3Pa-1s-1) ve erime akış indeksi (988 g/dk.) olarak belirlenmiştir. Belirlenen en üstün (hacimce %58 steatit+PEG8000/PP/SA) besleme stoğu ile enjeksiyon kalıplama yapılmıştır.Kalıplanan numunelere çözücü ve ısıl bağlayıcı giderme (ön sinterleme) teknikleri uygulanmıştır. Çözücü bağlayıcı giderme sıcaklığı PEG'in ergime sıcaklığına yakın olarak seçilmiş ve 60-63 oC olarak belirlenmiştir. Isıl bağlayıcı giderme parametreleri TGA/DSC/DTA ısıl analizleriyle belirlenmiştir. En uygun ısıl bağlayıcı giderme hızı 1 0C/dk. olarak tespit edilmiştir.Sinterleme 1200-1300 0C sıcaklıklarda 2-4 saat beklemeyle açık atmosferli fırınında gerçekleştirilmiştir. 1300 0C sıcaklık ve 4 saat bekleme süresi için %99,9 teorik yoğunluğa ulaşılmıştır. Sinterlenen numunelere üç nokta eğme ve çekme testleri uygulanarak mekanik özellikler tespit edilmiştir. Artan yoğunlukla mukavemettin arttığı saptanmıştır. En iyi eğme ve çekme mukavemeti değerlerleri sırasıyla 154,8 ve 47,5 MPa'dır. Enjeksiyon ve bağlayıcı giderme parametrelerinin yüzey ve iç çatlak oluşumuna etkisi araştırılmıştır.X ışını kırınımıyla bileşik, EDS analiziyle de element analizi yapılmıştır. Optik ve taramalı elektron mikroskobuyla (SEM) gözenek tayini (açık gözenek, izole gözenek, kapanan gözenek), geçirimli elektron mikroskobuyla (TEM) da tane büyüklüğü, tane sınırları ve yönelimler belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, steatite, which is known as one member of the advanced techonology ceramics, is produced by the method of Powder Injection Molding. Torque and capillary reometer experiments were performed for four different feedstocks. These experiments are used in injection molding for the ideal determined feedstock. Flow behave index, melt flow index, fluency and optimum loading ratios are determined seperately for all the feedstocs. Feedstock which contains 58% steatite+PEG8000/PP/SA by volume, for 200 0C temperature, displays the best reological properties. These properties are determined as flow behave index (0,507), fluency (8,99x10-3Pa-1s-1), melt flow index (988 g/dk.).Solvent and thermal debinding techniques are applied to the molded specimens.Thermal debinding parameters (TGA/DSC/DTA) are determined by thermal analysis.Sintering is applied between 1200-1300 0C for 2-4 hours. Theoritical density of 99,9% is obtained for 1300 0C temperature and 4 hours sintering time. Mechanical properties of the sintered specimens are determined by the method at three-point bending and tensile testing. Increasing strenght of the specimens are observed by the increasing density. Effect of injection and debinding parameters to surface and innternal cracks are investigated.Combined analysis is performed by XRD and elemental analysis by EDS. Determination of porosity is made by optic and SEM microscope besides grain size, grain boundary and grain structure and indeces by TEM.