Piezoelektrik seramiklerde elektrik ve manyetik alan etkisiyle tane yönlenmesi ve doku oluşumunun incelenmesi
The investigation of grain orientation and texture formation by the effect of electric and magnetic field in piezoelectric ceramics
Yazar: MUSTAFA YUNUS KAYA
Danışman: DOÇ. DR. SEDAT ALKOY
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Jel döküm yöntemi = Gel casting method ; Piezoelektrik = Piezoelectric ; Piezoelektrik seramik = Piezoelectric ceramic

Özet:
Piezoelektrik seramik malzemelerin tasarımları, boyutları, bileşimleri elektriksel ve mekaniksel özelliklerini etkileyen parametrelerdir. Bu parametreler haricinde mikroyapı da piezoelektrik seramiklerin özelliklerinde ölçülebilen değişimlere neden olmaktadır. Bu nedenle mikroyapıyı iyileştirmek ve belirli doğrultularda özelliklerin yüksek değerler almasını sağlamak için; çeşitli seramik üretim teknikleriyle tane yönlenmesi ve dokusal yapı oluşumu gerçekleştirilmektedir. Bu tez çalışmasında piezoelektrik seramiklerde jel döküm yöntemiyle şekillendirme aşamasında elektrik veya manyetik alan etkisiyle tane yönlenmesi ve doku oluşumu sağlanmasına çalışılmıştır. Ön çalışma olarak jel döküm yöntemindeki jelleşme kinetiği incelenmiş ve uygun olan jelleşme süresi bilgisiyle ana çalışma tasarlanmıştır. Bu kinetik çalışmasında eş eksenli ticari kurşun zirkonat titanat (PZT) tozları kullanılmıştır. Jelleşme esnasında asıltıya elektrik alan (EA) uygulanmasının etkisi de incelenmiştir. İkincil çalışmanın sonucunda EA'nın PZT seramiklerde tane yönlenmesi ve doku oluşumu meydana getirmediği X-ışınları analizleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri ve elektriksel ölçümler sonucunda anlaşılmıştır. Ana çalışma için katı hal kalsinasyon ve ergiyik tuz sentezi yöntemleri kullanılarak bizmut titanat (Bi4Ti3O12)-BiT tozu üretilmiş; ergiyik tuz sentezi tekniğiyle üretilmiş plaksal morfolojideki anizometrik BiT tozuyla jel döküm asıltısı hazırlanmıştır. Bu asıltıda, jelleşme sırasında uygulanan manyetik alan (MA) etkisiyle sinterleme öncesi tane yönlenmesi elde edilmiştir. Sinterleme işlemi sonrasında alınan X-ışınları analiz desenlerinde MA etkisi neticesinde seramiğin MA yönüne dik ve paralel yüzeylerinde (200), (020) ve (220) düzlemlerine ait kırınımların farklılaştığı tespit edilmiştir. Termal dağlama işlemi sonrasında alınan SEM görüntülerinde MA yönüne dik ve paralel yüzeylerin mikroyapılarının farklılaştığı saptanmıştır.

Abstract:
Design, dimensions and compositions are the parameters that affect the electrical and mechanical properties of piezoelectric ceramic materials. Beside these parameters, microstructure causes measurable (distinguishable) changes on properties of piezoelectric ceramics as well. So, improving microstructure to obtain higher properties in specific directions; grain orientation and texture formation is realized by various ceramic processing techniques. In this thesis study, it?s aimed to obtain grain orientation and texture formation under electrical and magnetic field during the gel casting process in piezoelectric ceramics. As a pre-study, gelation kinetic was investigated and main study was designed on database of the pre-study. In this pre-study, equiaxed commercial lead zirconate titanate (PZT) powders were used. In addition to the pre-study effects of the electric field (EF) application during the gelation was investigated on PZT. As a result of secondary study X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and electrical property measurements were performed to show that no grain orientation and texture formation were obtained in PZTs under the effect of EF. Main study were conducted using solid state calcination and molten salt synthesis methods for bismuth titanate (Bi4Ti3O12)-BiT powder production. Gel casting slurry was prepared and gel casting process was applied to powders which has anisometric plate-like morphology produced by molten salt synthesis. Prepared slurry was subjected to magnetic field (MF) prior to sintering and grain orientation was obtained. XRD analysis results after sintering showed that under effect of MF, (200), (020) and (220) directions which stand for perpendicular and parallel to MF, differs from random oriented ceramic XRD patterns. After thermal etching SEM investigations were made for microstructural development which differs in parallel and perpendicular direction surfaces to MF.