Farklı oranlarda SiO2 katkılı kübik zirkonyada (8YSCZ) sinterlenebilirlik ve statik tane büyümesinin incelenmesi
An investigation on sinterability and static grain growth behaviour of various amount of SiO2 doped cubic zirconia (8YSCZ)
Yazar: ONUR  EMRE SAĞLAM
Danışman: DOÇ. DR. SÜLEYMAN TEKELİ ; DOÇ. DR. METİN GÜRÜ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
FARKLI ORANLARDA SiO2 KATKILI KÜBİK ZİRKONYADA(8YSCZ) SİNTERLENEBİLİRLİK VE STATİK TANE BÜYÜMESİNİNİNCELENMESİ(Yüksek Lisans Tezi)Onur Emre SAĞLAMGAZİ ÜNİVERSİTESİFEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜAralık 2005ÖZETSiO2 katkısının 8YSCZ seramikteki yoğunlaşma ve tane büyümesiüzerine etkisini belirlemek için ağırlıkça % 0, 1, 5 ve 10 oranlarında SiO2katkılı % 8 mol yitria ile dengelenmiş yüksek saflıkta kübik zirkonya(8YSCZ) kullanıldı. SiO2'in 1400ºC de sinterlenen 8YSCZ içerisindekiçözünürlüğü kafes parametresindeki değişim esas alınarak XRD'debelirlendi. 8YSCZ'nin kafes parametresi ağırlıkça % 0,3 SiO2 ilavesi ile5,139 Ao dan 5,134 Ao'a kadar azaldığı ve bu miktarın üzerindeki SiO2ilavelerinde kafes parametresinin değişmediği gözlemlendi. Budoğrusal azalma 8YSCZ içerisinde SİO2'nin çözülme limitinin % 0,3olduğunu gösterir. SiO2 katkılı 8YSCZ'lerde düşük kafes parametresininbulunması Zr+4 ve Y+3'den daha küçük iyon yarıçapına sahip SiO2'in birkısmının kübik kafes içerisinde çözülmesi ve kübik kafes içerisinde Zr+4ve Y+3 iyonlarının Si+4 iyonları ile yer değiştirmesinden kaynaklanır. SiO2katkılı 8YSCZ'lerin yoğunlaşmasını belirlemek için numuneler 1400oC'de 1 saat süre ile sinterlendi. Deney sonuçlarına bakıldığındaağırlıkça %1 SiO2 oranına kadar 8YSCZ'nin yoğunluğunun arttığı dahayüksek oranlardaki SiO2 ilavesinin ise yoğunluk azalmasına nedenolduğu görülmüştür. Yoğunluktaki artış sıvı faz sinterleme ve tanelerinsinterlemenin erken safhalarında yeniden düzenlenmesine bağlanabilir.Yüksek SiO2 katkılı 8YSCZ'lerdeki yoğunluk azalması düşük tane sınırıdifüzyonundan kaynaklanmıştır. Statik tane büyümesinin belirlenmesiiçin, numuneler önce 1400 oC'de sinterlenip daha sonra 1400oC, 1500 oCve 1600 oC'de 10, 50 ve 100 saat süre ile tavlandı. Deneysel sonuçlarSiO2 katkılı numunelerde tane büyümesinin katkısız 8YSCZ'ye göredaha yavaş gerçekleştiğini gösterdi. Ayrıca tane büyümesi SiO2miktarındaki artışla azaldı. Katkısız 8YSCZ'nin tane büyümesi üssü (n)ve aktivasyon enerji değerleri sırası ile 2 ve 289 kJ/mol dür. Oysa budeğer ağırlıkça % 10 SiO2 katkısı ile 3 ve 420 kJ/mol değerlerineulaşmıştır. SiO2 katkılı 8YSCZ'deki yavaş tane büyümesi katkısız 8YSCZde olmayan tane sınırlarındaki katı çökelmesi ve çekmesindenkaynaklanan düşük tane boyu hareketliliği ve enerjisinin bir sonucudur.Çekme etkisi boyut ve yük farklılığının sebep olduğu ve tane sınırlarınaçökelen safsızlıkların çökelmesinden kaynaklanır. SiO2'nin tanesınırlarına çökelmesi beklenir. Bu çökelen tabaka tane sınırları boyuncamadde taşınmasını sınırlayarak tane büyümesini engellediğivarsayılmaktadır.Bilim Kodu : 948. 1.122Anahtar Kelimeler : Zirkonya, Sinterlenebilirlik, Tane Büyümesi,Sayfa Adedi : 87Tez Yöneticisi : Doç. Dr. Süleyman TEKELİDoç. Dr. Metin GÜRÜ

Abstract:
AN INVESTIGATION ON SINTERABILITY AND STATIC GRAINGROWTH BEHAVIOUR OF VARIOUS AMOUNT OF SiO2 DOPEDCUBIC ZIRCONIA (8YSCZ)(M. Sc. Thesis)Onur Emre SAĞLAMGAZI UNIVERSITYINSTUTE OF SCINCE AND TECHNOLOGYDecember 2005ABSTRACTEffect of SiO2 addition on densification and grain growth behaviour of8YSCZ was investigated using high purity 8 mol% yttria-stabilized cubiczirconia powder (8YSCZ) doped with 0, 1, 5 and 10 wt% SiO2 . the solidsolubility of SiO2 in 8 mol% yttria-stabilized cubic zirconia (8YSCZ)specimes as sintered at 1400 0C was determined by XRD as a functionof composition based on the lattice parameter change. It was seen thatthe average lattice parameter of 8YSCZ linearly decreased from 5,139Ao to 5.143 Ao, as the SiO2 content increased up to 0,3 wt% and theparameter did not vary with further increase in the SiO2 content. Thislinearity shows that solid solubility limit of SiO2 in 8YSCZ is about 0,3wt%. The lower values of the lattice parameter found for the SiO2 doped8YSCZ could be due to the dissolution in the cubic lattice of some SiO2which has a smallr ionic radius than Zr+4 and Y+3 and thus replacing thesmaller Si+4 ions with Zr+4 and Y+3 in the cubic lattice. For thedetermination of densification in the SiO2 doped 8YSCZ, the specimenswere sintered at a temparature 1400 oC for 1 h. It was seen that thesintered density increased with SiO2 content up to 1 wt% and furtherincrease in the SiO2 content led to a decrease in density. The enhanceddensity with increasing SiO2 content up to 1 wt% could be attributableto liquid phase sintering and rearrangement of grains at the early stageof sintering. The decreased density in higher amount of SiO2 dopedspecimens was due to the lower grain boundary diffusivity. For graingrowth measurements, the specimens sintered at 1400oC wereannealed at 1400, 1500 and 1600 oC for 10, 50 and 100 hours. Theexperimental results showed that the grain growth in the SiO2 doped8YSCZs occurred slowly and more sluggish than that in undoped8YSCZ. Also, the grain growth rate decreased with increasing SiO2content. The grain growth exponent value and the activation energy forundoped 8YSCZ were found to be 2 and 289 kJ/mol, respectively. Theaddition of SiO2 raised the grain growth exponent value to 3 andactivation energy for the grain growth process was increased from 289to 420 kJ/mol for the addition of SiO2 from 0 to 10 wt%. The slow graingrowth in the SiO2 doped 8YSCZs is due to the lower grain boundarymobility and energy which result from the solute segregation in thegrain boundary and its drag in the SiO2 doped 8YSCZ but not in theundoped 8YSCZ. The drag effect arises from any preferred segregationof impurities either to or from grain boundary area because of size andcharge differences. The SiO2 is expected to segregate to grainboundaries. This segregation layer is believed to hinder grain growthby resulting in limiting matter transfer along the grain boundary.Science code : 948. 1.122Key words : Cubic Zirconia, Sinterebility, Grain GrowthPage Number : 87Adviser : Assoc. Prof. Dr. Süleyman TEKELIAssoc. Prof. Dr. Metin GÜRÜ