İçi dolu kesite sahip piezoelektrik Pb(Zr,Ti)O3 seramik fiberlerin üretim süreçleri
Fabrication processes of Pb(Zr,Ti)O3 ceramic fibers formed of solid cross section
Yazar: EMRE TEKEL
Danışman: DOÇ. DR. SEDAT ALKOY
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aljinatlar = Alginates ; Kompozitler = Composites ; Piezoelektrik malzemeler = Piezoelectric materials ; Seramik malzemeleri = Ceramic materials ; Üretim = Production

Özet:
Piezoelektrik dönüştürücüler gerilme, basınç gibi mekanik etkileri elektriksel sinyallere dönüştürebilen ve bu özelliği tersinir olan, yani elektriksel girdiyi de şekil değişimi, titreşim gibi mekanik veya akustik bir çıktıya dönüştürebilen cihazlardır. Genellikle Kurşun Zirkonat Titanat (PZT) seramikleri disk, plaka ve halka gibi basit şekillerde kuru kalıp presleme ve şerit döküm yöntemiyle üretilebilmektedirler. Buna rağmen hacimsel PZT düşük hidrostatik duyarlılığa ve yüksek akustik dirence sahiptir. Bu durum seramik-polimer kompozitleri ya da içerisinde hava boşluğu bulunduran yapılar elde edilerek giderilebilir. Yüksek hidrostatik piezolektrik duyarlılık, yapı içerisinde boşluk bulunan sandviç tipi piezo kompozitlerle mümkün olmakla birlikte, bu tip kompozitler yapı içerisine seramik silindirler ilave edilmiş olan seramik polimer matrisli yapılara göre daha düşük mekanik mukavemete sahiptirler. Yüksek hidrostatik duyarlılığa sahip bir yapı düşük Poisson oranına sahip piezoelektrik özellik göstermeyen bileşenlerin ilave edilmesiyle mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada Sodyum Alginate içeren bir asıltı, fiber çekme makinesinde ekstrüzyon yoluyla fiber şekline getirilmekte, Na+ ve Ca+ iyonları arasında iyon değişimi yoluyla fiber formu korunmaktadır. Üretilen bu fiberler polimer matris kullanılarak farklı aktif faz oranına sahip piezo kompozitler oluşturulmakta, oluşturulan bu kompozitlerin elektriksel özellikleri incelenmektedir. Elektriksel özellikleri incelenen bu kompozitlerin ferroelektrik davranış gösterdiği gözlemlenmiş olup, alginate jelleşmesi yöntemiyle elde edilen fiberler kullanılarak elektriksel özellikleri ticari PZT 5A tozuna göre daha düşük ama kullanılabilir yapılar elde edilmiştir.

Abstract:
Piezoelectric transducers are devices which transform one type of energy to another by taking advantage of the piezoelectric properties of certain crystals or other materials. They transform the pressure, a mechanical input into electrical signals and conversely electrical input into shape change or vibration, a mechanical or an acoustic output. Usually PZT ceramics can be produced in the shape of disc, plate and ring using a dry pressing and tape casting methods. However bulk ceramics have low hidrostatic sensitive and high acoustic resistance. This problem can be solved by creating ceramic-polimer composites or by fabricating ceramics in hollow shell form. High hydrostatic piezoelectric sensivity is possible with sandwich type piezo composites which have spaces inside but these type of composites have lower mechanical strenght than ceramic fiber polymer piezocomposites. To have high hydrostatic piezoelectric sensitive structure, we need non-piezoelectric components which has lower poisson ratio. In this study, Our Slurry is formed into fiber shape by being drawn off from fiber-extrusion device and than these fibers retain their form the ion exchange reaction between Na and Ca ions.These fibers are then used to produce piezo composites which have different active phase ratio by using polymer matrix. The electrical characteristics of these composites are examined.It is observed that these composites have ferroelectric behaviour. The fibers obtained by alginate gelation method have reasonable properties compared to commercial PZT 5A powder.