Farklı katkılarla hazırlanmış Al2O3/ZrO2 seramik kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of Al2O3/ZrO2 ceramic composites prepared with different additives
Yazar: UĞUR USTA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BETÜL KAFKASLIOĞLU YILDIZ ; DR. BESİM GÖKÇE DARA
Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Seramik kompozit zırhlar = Ceramic composite armors ; Seramik malzemeleri = Ceramic materials

Özet:
ZTA kompozitleri üstün özelliklerinden dolayı zırh teknolojileri gibi kritik uygulamalarda kullanılır. ZTA kompozitlerinde yoğunlaşmayı arttırmak ve optimum mekanik özellikler elde etmek için yüksek sinterleme sıcaklığı ve takviye malzemeleri ilave edilmesi gerekir. Çalışmamızda ZTA kompozitine düşük oranlarda TiO2 (%0,1; 0,3; 1) ilavesi yapılarak kompozitler 1600 ve 1650 °C'de ayrı ayrı basınçsız sinterlenmiştir. 1650 °C'de sinterlenen numuneler için yüksek yoğunlaşma oranı elde edilmiş. Matris tane boyutu TiO2 ilavesi ile artmıştır. Mikroyapı çubuk tipi Al2TiO5 ve kaba ZrTiO4 fazları ile değişmiştir.1650°C'de sinterlenen ZTA kompoziti için 19,5 GPa gibi yüksek bir sertlik değeri elde edilmiştir. 1600 °C'de sinterlenen ağırlıkça %0,1 TiO2  katkılı ZTA kompoziti için düşük tane boyutu ve yüksek yoğunlaşmadan kaynaklı 323 MPa gibi yüksek bir eğme mukavemeti değeri elde edilmiştir. Bu çalışmada ayrıca farklı toz boyutlarında Cr2O3 ilavesinin ZTA kompozitlerinin yoğunlaştırma ve mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Üretim prosedürü olarak nano ve mikron boyutunda Cr2O3 tozu farklı ağırlık oranlarında (%0.3; 0.6; 1) ZTA kompozite ayrı ayrı ilave edilmiştir ve tek eksenli kuru preslemeden hemen sonra havada 1650°C/2 saat basınçsız sinterleme yapılmıştır. Cr2O3 içeren kompozitler için tüm kompozitlerin relatif yoğunluk değerleri birbirine yakın çıkmıştır. Cr2O3 ilavesi ile buharlaşma probleminden dolayı hem yoğunlaştırma hem de elastisite modülünde hafif bir düşüş gözlenmiştir. Mikron boyutunda Cr2O3 tozu ile hazırlanan %0,6 Cr2O3 içeren kompozitte, katı çözelti oluşumundan dolayı tane sınırlarında oluşan basma gerilmeleri nedeniyle ZTA'ya göre yaklaşık %7'lik mukavemet artışı elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler : ZTA kompozitler, seramik zırhlar, titanyum dioksit, krom oksit, mikroyapı, mekanik özellikler

Abstract:
Due to their superior properties, ZTA composites are used in critical applications such as armor. High sintering temperature and addition of reinforcement materials are required to increase densification and obtain optimum mechanical properties in ZTA. In this study, the composites were sintered separately at 1600 and 1650°C by adding TiO2 (0.1%; 0.3; 1) at low ratios to the ZTA . A high densification was obtained for the samples sintered at 1650°C. The matrix grain size increased with the addition of TiO2. The microstructure was changed with the rod like Al2TiO5 and ZrTiO4. A high hardness value of 19.5 GPa was obtained for the ZTA sintered at 1650°C. A high flexural strength value of 323 MPa due to low grain size and high densification was obtained for the 0.1% TiO2 added ZTA sintered at 1600°C. The effect of Cr2O3 addition in different powder sizes on the densification and mechanical properties of ZTA was also investigated. Nano and micron size Cr2O3 powder in different weight ratios (0.3; 0.6; 1) was added to the ZTA separately and after dry pressing, sintering was carried out in air at 1650°C/2 h. For composites containing Cr2O3, the relative density values were close to each other. A slight decrease was observed in both densification and elastic modulus due to the evaporation of Cr2O3. In the composite containing 0.6% Cr2O3 prepared with micron size powder, 7% increase in strength was obtained compared to the ZTA due to the compressive stresses at the grain boundaries generated solid solution formation.

Key Words : ZTA composites, ceramic armors, titanium dioxide, chromium oxide, microstructure, mechanical properties