Çeşitli oksit bileşiklerinin çinko oksit'in mikroyapı özelliklerine etkisi
The effect of various oxide compounds on the microstructure properties of zinc oxide
Yazar: GÖKHAN HARDAL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. BERAT YÜKSEL PRICE
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
İleri teknoloji seramik malzemelerin üretiminde istenilen özelliklerin elde edilebilmesi için mikroyapı kontrolü önemli bir rol oynamaktadır. ZnO esaslı varistörlerin elektriksel özellikleri, katkı malzemelerinden ve sinterleme sonucu elde edilen tane boyutu, gözenek miktarı ve spinel fazların oluşumu gibi mikroyapı özelliklerinden oldukça etkilenmektedir. Bu çalışmada TiO2, Al2O3, MnO ve B2O3 katkılı ZnO karışımlarının mikroyapı özellikleri araştırılmıştır. Geleneksel seramik üretim yöntemiyle hazırlanan numuneler 1100, 1200 ve 1300 oC'de 1, 2 ve 3 saat sinterlenmiştir. Sinterleme sonrası numunelerde oluşan fazlar XRD analizleriyle belirlenmiştir. Numunelerin bulk yoğunluk ölçümleri yapılmış, SEM ve optik mikroskop kullanılarak mikroyapı özellikleri incelenmiştir. 
XRD analizleriyle TiO2 ve TiO2-B2O3 katkılı ZnO numunelerde Zn2TiO4 fazının, Al2O3 ve Al2O3-B2O3 katkılı ZnO numunelerde ise ZnAl2O4 fazının oluştuğu saptanmıştır. Bununla birlikte, B2O3, MnO ve MnO-B2O3 katkılı ZnO numunelerinde yalnızca ZnO fazının oluştuğu belirlenmiştir. ZnO'e yapılan TiO2, Al2O3, MnO ve B2O3 katkılarıyla numunelerin bulk yoğunluk değerlerinin arttığı ve özellikle B2O3 katkılı numunelerde bulk yoğunluk artışlarının daha belirgin olduğu saptanmıştır. Katkısız ZnO numunelerine ait ortalama tane boyutu değerlerinin tüm sinterleme sıcaklığı ve sürelerinde 10 µm'nin altında olduğu belirlenmiştir. ZnO'e yapılan Al2O3 ve MnO katkılarıyla numunelerin tane boyutları artmaktadır. ZnO-B2O3, ZnO-TiO2 ve ZnO-TiO2-B2O3 numunelerinde tane büyüme kinetiği hesaplamaları yapılmıştır. B2O3, TiO2 ve TiO2-B2O3 katkılarıyla numunelerin tane boyutlarının arttığı, n ve Q değerlerinin ZnO'e göre azaldığı saptanmıştır.

Abstract:
During fabrication of advanced ceramic materials, controlling the microstructure plays an important role in order to achieve the required properties. The electrical properties of different metal oxide doped ZnO-based varistors are highly dependent on the additives and the microstructural properties such as grain size, porosity and formation of spinel phases after sintering. In this study, the microstructural properties of TiO2, Al2O3, MnO and B2O3-added ZnO compositions were investigated. The samples, prepared by the conventional ceramic processing technique, were sintered at 1100, 1200 and 1300 oC for 1, 2 and 3 hours. The phases in the sintered samples were determined by X-ray diffraction analysis. The bulk density measurement of samples was carried out and the microstructure properties of samples were observed by a SEM and an optical microscope.
The X-ray diffraction analysis revealed a Zn2TiO4 phase in TiO2 and TiO2-B2O3-added ZnO compositions, a ZnAl2O4 phase in Al2O3 and Al2O3-B2O3-added ZnO compositions. On the other hand, only ZnO phase were identified in B2O3, MnO and MnO-B2O3-added ZnO compositions by XRD analysis. The bulk density of samples increased with the addition of TiO2, Al2O3, MnO and B2O3 to ZnO. It was determined that the increase in bulk density of B2O3-added samples were much more remarkable. The average grain size of undoped ZnO samples for all sintering temperatures and times were found to be below 10 µm. The grain size of samples increased with the addition of Al2O3 and MnO to ZnO. The grain growth kinetics of B2O3, TiO2 and TiO2-B2O3-added ZnO samples were calculated. Thus, n and Q values of these samples were decreased compared with undoped ZnO.