Production of high quality Zr+4 doped BaTiO3 ceramics
Üstün özellı̇klı̇ Zr+4 katkılı BaTiO3 seramı̇klerı̇nı̇n üretı̇mı̇
Yazar: ŞÜKRÜ CAN
Danışman: PROF. DR. EMEL ÖZEL
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
BaTiO3 uzun yıllardan beri dielektrik ve piezoelektrik uygulamalarda kullanılan malzemelerin başında gelmektedir. Günümüzde kurşun içeren piezoelektrik malzemelerin kullanım ömürlerinden sonra çevreye verdikleri zarar göz önüne alındığında kurşun içermeyen (doğa dostu) BaTiO3 malzemelerin önemi günden güne artmaktadır. Yaşanan bu son gelişmelerden sonra BaTiO3 seramiklerinin elektriksel özelliklerinin arttırılması için yeni proseslerin geliştirilmesine ihtiyaç duyuluştur. Elektronik endüstrisinde kullanılan BaTiO3 tozlarının tane boyutunun düşük (>400 nm), saflığının yüksek (>%99) ve tetragonalite (c/a) oranının 1.008'den büyük olması gerekmektedir. BaTiO3 tozu, üretim kolaylığı ve endüstriyel ölçekte üretime uygun olması nedeniyle katı hal yöntemi ile istenilen özelliklerde üretilebilmektedir.Çalışmanın bilimsel amacı, BaTiO3 sistemine Zr+4 katkılanıp, katı hal yöntemi ile sentez sürecinin (başlangıç tozları, sıcaklık, süre vs.) toz özelliklerine etkisi anlamak ve sonrasında ise sentezlenen bu tozlardan Yönlenmiş Çekirdekle Kontrollü Tane Büyümesi yöntemi ile belirli bir yönde yönlenmiş seramiklerin elde edilmesidir. Çalışmanın teknolojik amacı ise, yerli barit cevherinden sentezlenen BaCO3 tozları ile Zr+4 katkılı BaTiO3 tozlarının sentezlenmesi ve bu tozlardan seramik eldesi olarak belirlenmiştir. Bu kapsamda BaTiO3 ve Zr+4 katkılı BaTiO3 toz sentezi iki farklı BaCO3 kaynağı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Artan kalsinasyon sıcaklığı ile beraber BaTiO3 tozlarının tetragonalite değerlerinin de arttığı görülmüştür. Ayrıca Zr+4 katkısının BaTiO3 sistemini tetragonalden, ortorombik yapıya çevirdiği gözlemlenmiştir. Yönlenmiş Çekirdekle Kontrollü Tane Büyümesi yöntemi ile de Lotgering Faktörü 0.97 olan BT ve 0.8 olan BZT seramikleri elde edilmiştir. Üretilen seramiklerin dielektrik sabiti değeri oda sıcaklığında 2580 olarak ölçülmüştür.

Abstract:
BaTiO3 have been the most promising material which is used both dielectric and piezeoelectric applications for many years. Currently lead based materials, after their lifetimes, are harmful for nature and when the nature friendly characteristics of BaTiO3 considered, its importance is increasing day by day. After these developments, new processes need to be developed to increase the electrical properties of BaTiO3 ceramics. BaTiO3 powders used in the electronic industry should have a low particle size (<400 nm), high purity (>%99) and tetragonality ratio higher than 1.008. BaTiO3 powder with desired quality can be produced by solid state method which is the most suitable synthesis method because it's both easy to manufacture and suitable for industrial production. The scientific purpose of this study is first, the understanding of process parameters effects (starting powder, time, temperature et.) on the powder properties in solid state method and the producing of oriented ceramics with Templated Grain Growth Method. The technological purpose of the work is to producing of Zr+4 doped BaTiO3 with the BaCO3, which was synthesized from native barite ore, and then producing of ceramics from these powders. In this context, two different BaCO3 sources have been used for synthesis of BaTiO3. Tetragonality of BaTiO3 powders were increased with increasing calcination temperature. It has also observed that the addition of Zr+4 to BT system has change the BT crystal structure from tetragonal to orthorhombic. The Lotgering Factors of BT and BZT ceramics obtained with Templated Grain Growth Method are 0.97 and 0.8, respectively. The dielectric constant value of the produced ceramics was measured as 2580 at room temperature.