Zirkonya seramiklerinin ve ZrO2-TiN kompozitlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of zirconia ceramics and ZrO2-TiN composites
Yazar: MELİS ARIN
Danışman: DOÇ.DR. GÜLTEKİN GÖLLER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Seramik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu çalısmada, saf ZrO2 tozlarına degisen stabilizör ve ikincil faz ilavesinin mekaniközellikler, mikroyapı, morfolojik dönüsüm ve hidrotermal davranıslar üzerine etkisiincelenmis ve insan vücudunda kullanıma uygun özellikte alternatif yeni bir malzemeningelistirilmesi amaçlanmıstır. Farklı içerikte ve dagılımda yttia ve yttria-seria stabilizörve Al2O3 içeren tetragonal zirkonya seramikleri hazırlanmıs ve incelenmistir. Ayrıcaelektriksel olarak iletken TiN fazı içeren ZrO2-TiN kompozitleri farklı stabilizörler ilaveedilerek gelistirilmistir. Tam yogun Y-TZP seramikleri 1450°C'de 1 saat sıcak pressinterleme ile, tam yogun Y-Ce-TZP seramikleri 1450°C'de 1 saat basınçsız sinterlemeelde edilmistir. Yttria kaplama ve çökelme yöntemiyle stabilize edilmis ZrO2 seramikleriiçin yttria içerigi %2.5'dan%2 mole düsünce tokluk yükselmis, sertlik düsmüstür.Yttria kaplama stabilizörlü seramiklerin hidrotermal kararlılıgı çökelme stabilizörlüseramiklere göre daha yüksek bulunmustur ve bu durum, kırılma toklugunda düsüs ilesonuçlanmıstır. Hacimce %40-70 arası degisen TiN içeren tam yogun ZrO2-TiNkompozitleri 1550°C 1 saat sıcak pres sinterleme ve 1550°C 4 dk spark plazmasinterleme ile elde edilmistir. Kompozitlerin sertlik ve toklugu, TiN içerigi, sinterlemeteknikleri ve stabilizör oranlarından etkilenmistir. Sertlik ve mukavemetteki düsüs TiNmiktarı yükseldikçe olusan büyük TiN tanelerine baglıdır. Düsen kırılma toklugu isetetragonal monoklinik ZrO2 faz dönüsümünden meydana gelen dönüsüm tokluguazalmasına baglanmıstır. E-modülü ve hidrotermal kararlılık TiN miktarı arttıkçayükselmistir.Anahtar Kelimeler: ZrO2, Al2O3, TiN, Y2O3, Nd2O3, CeO2, stabilizör, izostatik presleme,basınçsız sinterleme, spark plazma sinterleme, dönüsüm toklasması, hidrotermalkararlılık

Abstract:
In this study, yttria and yttria-ceria stabilized tetragonal zirconia ceramics with varyingstabiliser content and distributionand with Al2O3 were prepared and investigated bymeans of microstructural analysis, mechanical properties, and hydrothermal stability,and ZrO2-TiN composites with of electrical conductive TiN particles were developed byadding different stabilizers. Fully dense Y-TZP ceramics, were achieved by hot pressingat 1450°C for 1 hour and fully dense Y-Ce-TZP ceramics were achieved by pressurelesssintering at 1450°C for 1 hour. For both yttria coating and co-precipitated tecniques, thetoughness increased whereas the hardness decreased when decreasing the overall yttriacontent from 2.5 to 2.0 mol %. Hydrothermal testing revealed that the stability of theyttria-coated powder based grades is higher than that obtained by powder mixing.Moreover, the hydrothermal stability increased with increasing overall yttria content,what actually corresponds with a decreasing fracture toughness. Fully dense ZrO2-TiNcomposites with TiN content ranging from 40-70 vol % were achieved by hot pressing at1550°C for 1 hour and spark plasma sintering for 4 minutes. The hardness and fracturetoughness were influenced by TiN content, sintering techniques and stabilizer content.The decreasing hardness and strength was attributed to an increasing TiN grain sizewith increasing TiN content, whereas the decreasing toughness was attributed to thedecreasing contribution of transformation toughening from the tetragonal to monoclinicZrO2 phase transformation. The E modulus increased linearly with increasing TiNcontent, whereas the hydrothermal stability increased with addition of TiN content.Keywords: ZrO2, Al2O3, TiN, Y2O3, Nd2O3, CeO2, stabilizer, hot pressing, isostaticpressing, pressureless sintering, spark plasma sintering, , transformation toughening,hydrothermal stability