0.70pmn-0.30pt esaslı piezoelektrik seramiklerin yapısal ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi ve tonpilz tipi dönüştürücü uygulamaları
Investigation of the structural and electrical properties of 0.70pmn-0.30pt based piezoelectric ceramics and applications oftonpilz type transducer
Yazar: AYKUT AYKAÇ
Danışman: PROF. DR. SEDAT ALKOY
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu çalışmada, saf ve nadir toprak elementleri ile katkılanmış tozlar katı hal kalsinasyon ve Columbite yöntemiyle üretilmiştir. Columbite yönteminin amacı piroklor fazı oluşumunu en aza indirgemektir. Bu tozlardan hazırlanan numuneler yoğun seramik bir bünye elde etmek amacıyla sinterlenmiştir. Sinterlenen numunelerin faz bileşimi X-ışınları kırınım yöntemiyle, mikroyapısal özellikleri taramalı elektron mikroskobu incelemeleri ile ortaya konmuştur. Elektriksel karakteristiklerin incelenmesinde ise dielektrik, piezoelektrik ve ferroelektrik ölçümleri kullanılmıştır. Elektriksel özelliklerin belirlenmesinden sonra aynı tozlardan halka formunda seramiklerin üretimi yapılmıştır. Son olarak, sonlu elemanlar analiz yöntemiyle tasarlanmış Tonpilz tipi dönüştürücüler, bu halkalar kullanılarak üretilmiş ve montaj sonrası havada ve suda alınacak admitans-frekans ölçümleri ile dönüştürücü karakteristikleri belirlenmiştir. Üretilen 11 adet halkanın final boyutları iç çap 8 mm, dış çap 20 mm ve kalınlık 5 mm olurken, ortalama piezoelektrik katsayısı 258 pC/N bulunmuştur. Halkaların dielektrik katsayısı ölçüldüğünde ise değerler 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz ve 1000 kHz frekanslarda sırasıyla 17080, 12353, 8886 ve 7992 çıkmıştır. Montajların admitans ölçümlerinde birinci montajın rezonans ve antirezonans frekansı sırasıyla 26.2 kHz ve 27.4 kHz bulunurken ikinci montajın 26 kHz ve 27.1 kHz bulunmuştur. Aynı ölçümler poliüretan kaplama sonrasında yapılmış, rezonans ve antirezonans frekansları sırasıyla birinci montajın 27.3 kHz, 29.4 kHz ve ikinci montajın 27.1 kHz ve 29.1 kHz bulunmuştur. Yapılan ölçümler sonucunda Kurşun Magnezyum Niyobat – Kurşun Titanat montajların 26.6 kHz frekansında 137.92 dB'lik bir TVR değerine ulaşırken, Kurşun Zirkonat Titanat (PZT4) montajlarının 27.1 kHz değerinde 141 dB'lik TVR değerine ulaştığı görülmüştür

Abstract:
In this study, pure and rare earth doped powders were produced by solid state calcination and Columbite method. The aim of the Columbite method is to minimize the formation of the pyrochlore phase. Samples prepared from these powders were sintered to obtain a dense ceramic body. The phase composition of the sintered samples was determined by X-ray diffraction method, and their microstructural properties were revealed by scanning electron microscopy studies. Dielectric, piezoelectric and ferroelectric measurements were used to analyze the electrical characteristics. After the electrical properties were determined, ring-shaped ceramics were produced from the same powders. Finally, Tonpilz type transducers designed with the finite element analysis method were produced using these rings, and the transducer characteristics were determined by admittance-frequency measurements to be taken in air and water after assembly. The final dimensions of the 11 rings produced were 8 mm in inner diameter, 20 mm in outer diameter and 5 mm in thickness, while the average piezoelectric coefficient was 258 pC/N. When the dielectric coefficient of the rings was measured, the values were 17080, 12353, 8886 and 7992 at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz and 1000 kHz, respectively. In the admittance measurements of the montages, the resonance and antiresonance frequencies of the first montage were found to be 26.2 kHz and 27.4 kHz, respectively, while the second montage's resonance and antiresonance frequencies were found to be 26 kHz and 27.1 kHz. The same measurements were made after the polyurethane coating, and the resonance and antiresonance frequencies of the first assembly were found to be 27.3 kHz, 29.4 kHz, and the second assembly 27.1 kHz and 29.1 kHz, respectively. It was observed that it reached a TVR value of 141 dB at 27.1 kHz