Farklı oranlarda Sm₂O₃ katkısı ile üretilen Al₂O₃ seramiklerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of Al₂O₃ ceramics produced with Sm₂O₃ additive in different ratios
Yazar: SEDA TAŞDEMİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BETÜL KAFKASLIOĞLU YILDIZ ; PROF. DR. YAHYA KEMAL TÜR
Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Alümina seramik = Alumina ceramic

Özet:
İleri seramikler, yüksek mekanik özellikleri ve hafiflikleri ile zırh uygulamalarında oldukça önemlidir. Al2O3 uygun maliyet ve geniş kullanım potansiyeli sunmasına rağmen, düşük tokluk ve eğilme mukavemetiyle çoklu vuruş şartlarında istenilen performansı gösterememektedir. Bu çalışmada Al2O3 seramiklere bir nadir toprak oksit olan Sm2O3 katkısı yapılarak zırh uygulamalarında değerlendirmek üzere yoğunlaşma özelliklerinin incelenmesi ve mekanik özelliklerinin arttırılması amaçlanmıştır. Düşük miktarlarda Sm2O3'ün Al2O3'ün yoğunlaşma, mikroyapı ve eğilme dayanımı üzerindeki etkileri farklı sinterleme sıcaklıkları için incelenmiştir. Sm2O3 ve Al2O3 tozları bilyeli öğütme ile karıştırılmış ve Al2O3-Sm2O3 seramikleri, ayrı ayrı 1550°C'de ve 1600°C/2 saat havada basınçsız sinterlemeden önce disk formunda kuru ve soğuk izostatik presleme ile hazırlanmıştır. Sm2O3, Al2O3 ile reaksiyona girerek SmAlO3 oluşturmuştur. SmAlO3'ün çubuk benzeri morfolojisi, 1600°C'de sinterleme için genel olarak hacimce %0,8 ve 1 Sm2O3 için elde edilirken, 1550°C'de sinterlenen numunelerde çubuk benzeri form daha belirgin olmuştur. 1600°C'de sinterlenen hac.%0,5 Sm2O3 içeren seramiklerde, Al2O3'e göre daha yüksek yoğunlaşma sebebiyle yaklaşık %5'lik bir mukavemet artışı elde edilirken, mukavemet değerleri genelde birbirine yakın olmuştur. Al2O3-Sm2O3 seramiklerinin (1550°C sinterleme ile) dikdörtgen prizma formunda hazırlanan çubuk numunelerinin tokluğu ölçülmüştür. En yüksek tokluk değerleri hac.%0,8 Sm2O3 içerikli kompozit için elde edilmiş, hac.%0,5 Sm2O3 içeren numunelerde ise hac.%0,8 Sm2O3 içerikli numuneler ile hemen hemen aynı ortalama tokluk değeri bulunmuştur. Mevcut miktarlarda Sm2O3 ilavesinin Al2O3 seramiğinin mekanik özelliklerinde kırılma tokluğunda yaklaşık %70 artışa sebep olurken, diğer mekanik özelliklerinde kayda değer bir artışa neden olmadığı, ancak mikroyapıyı değiştirdiği gözlenmiştir.

Abstract:
Advanced ceramics are very important in armor applications with their high mechanical properties and lightness. Although Al2O3 offers affordable cost and wide usage potential, it cannot show the desired performance under multiple impact conditions due to its low toughness and bending strength. In this study, it was aimed to examine the condensation properties and increase the mechanical properties of Al2O3 ceramics by adding Sm2O3, a rare earth oxide, to evaluate them in armor applications. Sm2O3 and Al2O3 powders were mixed by ball milling, and Al2O3-Sm2O3 ceramics were prepared by dry and cold isostatic pressing in disk form before sintering without pressure separately at 1550°C and 1600°C/2 hours in air. Sm2O3 reacted with Al2O3 to form SmAlO3. The rod-like morphology of SmAlO3 was more evident in the samples sintered at 1550°C. In ceramics containing 0.5% Sm2O3 by volume sintered at 1600°C, a strength increase of approximately 5% was achieved due to higher densification compared to Al2O3, while the strength values were generally close to each other. The toughness of rod samples prepared in rectangular prism form of Al2O3-Sm2O3 ceramics was measured. The highest toughness values were obtained for the composite containing 0.8 vol% Sm2O3. It has been observed that the addition of existing amounts of Sm2O3 causes an approximately 70% increase in the fracture toughness of the mechanical properties of Al2O3 ceramics, while it does not cause a significant increase in other mechanical properties but changes the microstructure.