Katkılı Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 dielektrik seramiklerinin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of doped Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 dielectric ceramics
Yazar: HANİFE ZORLU
Danışman: DOÇ. DR. AYHAN MERGEN ; DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Bölümü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Dielektrik sabiti = Dielectric constant ; Dielektrik ölçümler = Dielectric measurements ; Dielektrik özellikler = Dielectric properties ; Mikrodalga iletişim = Microwave communication ; Mikrodalga özellikler = Microwave properties ; Oksitler = Oxides ; Seramik malzemeleri = Ceramic materials ; Seramikler = Ceramics

Özet:
Son yıllarda iletişim teknolojisinde meydana gelen gelişmeler çok daha üstün özelliklere sahip mikrodalga dielektrik seramiklerin geliştirilmesine neden olmuştur. Mikrodalga dielektrik özelliklere sahip seramik malzemelerden bir tanesi de Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 (BZN) seramiği olup, bu seramik malzeme özellikle düşük sinterlenme sıcaklığı ve üstün mikrodalga dielektrik özelliği nedeniyle dikkat çekmiştir. BZN seramiği kübik piroklor yapısına sahiptir. Piroklor seramikler çok farklı özelliklere sahip olmaları nedeniyle çok farklı alanlarda kullanılma potansiyeline sahiptir. Piroklor seramiklerin diğer bir özelliği de, çok geniş bir aralıkta farklı katyonların yapıya katkılandırılabilmesidir.Bu çalışmada, Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 bileşiğinde Bi, Zn ve Nb katyonları yerine uygun iyonik yarıçapa sahip, nadir toprak elementleri (Sm ve Nd), bazı geçiş metalleri (Cr, Fe, Co) ve Ni, Sn farklı oranlarda ilave edilerek, üretilen katkılı BZN piroklor seramikler incelendi. Katkılı BZN seramikler, oksitlerin karışımı metoduyla üretildi ve her bir katkının BZN piroklor bünyesindeki çözünürlük sınırı X-ışınları toz difraktometresi (XRD) kullanılarak saptandı. Üretilen katkılı seramiklerin yoğunlukları Arşimed yöntemi ile ölçüldü ve seramikler minimum %97-98 relatif yoğunluğa sahip olacak şekilde sinterlendi. Çözünürlük limitine yakın değerlerde katkılandırılan bazı seramiklerin iç yapıları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelendi. Farklı katkılarla üretilen tek fazlı kübik yapıya sahip Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 piroklor seramiklerin geniş bir sıcaklık ve frekans aralığında (25-200 °C ve 1 kHz-2 MHz) dielektrik özellikleri ölçülerek, dielektrik özelliklerin sıcaklık ve frekans bağımlılıkları saptandı. Farklı katkılarla üretilen BZN piroklor seramiklerin, XRD ve SEM analizleri benzer sonuçlar vermiş olup, katkı oranlarının artışı ile ikincil fazların ortaya çıktığı gözlendi. Dielektrik sabitinin genel olarak katkı oranı ile arttığı, sıcaklık artışı ile düşüş gösterdiği ve neredeyse frekanstan bağımsız hareket ettiği saptandı. Dielektrik kayıp, düşük frekanslarda (<100kHz) yüksek, yüksek frekanslarda ise düşük ve neredeyse frekans ve sıcaklıktan bağımsız hareket ettiği gözlendi.

Abstract:
In recent years the developments in telecommunication technologies caused to improvements of microwave dielectric ceramics with superior properties. One of these ceramic materials that has microwave properties is Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 (BZN) ceramic which has attracted attention due to its low sintering temperature and superior microwave characteristics. BZN ceramics has a cubic pyrochlore structure. Pyrochlore ceramics have a wide range of applications due to their variety of properties. Moreover, pyrochlores can be doped with different cations in a very wide range.Within the scope of this thesis, various cations with appropriate ionic radius were doped into the Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 compound instead of Bi, Zn, and Nb. Some rare earth elements (Sm and Nd), some transition elements (Cr, Fe, Co) and Ni and Sn were used as dopants. Doped BZN ceramics were produced by mixed oxide technique and the solubility limit of each cation was determined by X-ray diffractometer (XRD). The densities of doped ceramics were measured by the Archimedes method and the ceramics were sintered to have minimum 97-98 % of relative density. The microstructure of some doped ceramics that contain additives near to solubility limit was examined by scanning electron microscopy (SEM). The dielectric properties of the doped Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 pyrochlore ceramics with single phase were measured in a wide range of temperature and frequency (25-200 oC and 1 kHz-2 MHz) and temperature and frequency dependence were determined. XRD and SEM of doped BZN pyrochlore ceramics indicated identical results that secondary phases were observed at high dopent content. Dielectric constant increased generally with additive amount and decreased with temperature. Dielectric constants were nearly independent of frequency (<100 kHz) and decreased at higher frequencies where they were nearly independent of frequency and temperature. Dielectric loss is high at low frequencies (<100 kHz) and low at high frequencies and it is almost independent of frequency and temperature.