Katı oksit yakıt hücrelerinde elektrolit malzemesi olarak kullanılan kübik zirkonyum oksitin (c-ZrO2) değişik oranlarda metal oksit katkıları ile oda sıcaklığındaki mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of room temperature mechanical properties of various amount of metal oxide doping cubic zirconia (c-ZrO2) used as electrolyte material for solid oxide fuel cells
Yazar: TUĞBA BOYACIOĞLU
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN TEKELİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu çalı?mada, deği?ik oranlarda SiO2 ve TiO2 katkılarının kübik zirkonyanın (c-ZrO2) mikroyapısı ve oda sıcaklığındaki mekanik özellikleri üzerine etkisi ara?tırıldı. Ağırlıkça %10 oranına kadar SiO2 ve TiO2 katkılı c-ZrO2 numuneler 1450 oC'de basınçsız sinterlenerek üretildi. XRD sonuçları TiO2 ilavesinin % 5'in altında olduğu durumlarda numunelerin tamamen kübik fazda olduğunu, fakat TiO2 ilavesinin % 5'in üzerinde olması durumunda ise kübik yapının dengesizle?tiği ve tetrogonal zirkonyaya dönü?tüğünü gösterdi. Ayrıca kübik matris içerisindeki tetragonal faz TiO2 miktarındaki artı?a bağlı olarak artmı?tır. SiO2 ilavesi kristal yapıda bir deği?im meydana getirmemi?tir. Ayrıca SiO2 ile c-ZrO2 arasında hiçbir reaksiyon fazı da gözlenmemi?tir. Oda sıcaklığı mekanik özelliklerinden sertlik, kırılma tokluğu ve eğilme mukavemeti değerlerinin bu katkılardan nasıl etkilendiği gözlendi. Sertlik değerlerinde SiO2'nin ilavesiyle azalma gözlenirken, TiO2'nin artan oranlarda ilavesi sertliği etkilememi? ve 12 GPa civarında elde edilmi?tir. Artan oranlarda SiO2 ve TiO2 katkısıyla Vickers sertlik ölçme tekniği ile belirlenen kırılma tokluğu değerlerinde artı? gözlenmi?tir. Katkısız c-ZrO2'nın kırılma tokluk değeri 1,5 MPa.m1/2 iken %10 SiO2 katkılı numunenin kırılma tokluğu 3,64 MPa.m1/2 vev%10 TiO2 katkılı c-ZrO2 3,3 MPa.m1/2 olarak elde edilmi?tir. Diğer bir çalı?mada da SiO2 katkısının eğilme mukavemetini önemli oranda etkilemediği gösterildi. Ancak TiO2'nin ilavesinin eğilme mukavemetini artırdığı ve TiO2 katkısındaki artı?la eğilme mukavemetinin arttığı ve 275 MPa'dan 375 MPa'a çıktığı gözlenmi?tir.

Abstract:
In this study; the effect of various amount of SiO2 and TiO2 additions on room temperature mechanical properties of cubic zirconia (c-ZrO2) was investigated. The c-ZrO2 specimens doped up to 10 wt% SiO2 and TiO2 were pressurelles sintered at 1450 oC. XRD results showed that when the TiO2 amount was less than 5 wt %, the specimens were entirely in single cubic phase; further addition of TiO2 (5 wt% or more) destabilized cubic zirconia phase and caused the formation of tetragonal phase. Also, the amount of tetragonal phase increased with increasing TiO2 content in cubic zirconia matrix. With SiO2 addition, there was no change in crystal structure. Also, the reaction phase between SiO2 and c-ZrO2 was not seen. It was observed that how these additions effected the room temperature mechanical properties of hardness, fracture toughness and flexural strength. While the hardness values decreased with SiO2 addition, the TiO2 addition increased the hardness reaching 12 GPa. With increasing amount of SiO2 and TiO2 additions, the fracture toughness values determined by Vickers hardness measurement technique increased. While the fracture toughness value of undoped c-ZrO2 was 1,5 MPa.m1/2, this value was 3,64 MPa.m1/2 for 10 wt% SiO2 doped c-ZrO2 and 3,3 MPa.m1/2 for 10 wt% TiO2 c-ZrO2. In other work, it was observed that the flexural strength was not effected by SiO2 addition. Butviithe TiO2 addition improved the flexural strength reaching the value of 375 MPa from 275 MPa.