Zro2-cao-mgo Esaslı Oksijen Sensörlerinin Üretimi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, Kalsiyum dioksit ve Magnezyum dioksit ile stabilize edilmiş farklı karışımlardaki Zirkonya tozları ile oksijen sensör tüplerinin seramik enjeksiyon kalıplama yöntemi kullanılarak üretimi ve karakterizasyonu incelenmiştir. Kullanılan bağlayıcı sistemi ise iki bileşenli olup; temel bağlayıcı sistemin hacimce %95’ini meydana getiren parafindir. Arda kalan kısım ise, seramik toz ile polimer bağlayıcı arasındaki ıslatma özelliklerini geliştirmek için kullanılan oleik asitten meydana gelmiştir. Karışımlar, hacimce %60 oranında bağlayıcı içeriğine sahip olacak şekilde hazırlanmıştır. Şekillendirilmiş parçaların bağlayıcı giderme çalışmalarında iki kademeli bir işlem kullanılmıştır. İlk olarak ham parçaların, deneylerde kullanılan ZrO2 tozu içersine gömülmüş halde bir etüvde 120, 150 ve 180 0C sıcaklıklarda 1, 3, 5 ve 10 saat süreyle tutulması sonucu kılcal çekim mekanizmasıyla kısmen bağlayıcıları giderilmiştir. Arda kalan bağlayıcı ise, toz içerisinden çıkarılıp yüzeyleri temizlenmiş parçaların, düşük bir ısıtma hızında 600 0C’ye ısıtılması esnasında kontrollü olarak parça bünyelerinden termal piroliz mekanizmasıyla uzaklaştırılmalarıyla giderilmiştir. Sinterleme işlemi 1730 0C’de 5 saat olarak gerçekleştirilmiş ve daha sonra sensör tüpleri hızlı bir şekilde oda sıcaklığına soğutulmuştur. Bu tüplerden bir kısmı, yaşlandırma ısıl işlemi için 1420 0C’ye ısıtılmış ve bu sıcaklıkta 4 saat tutulmuştur. Çalışma sonunda, enjeksiyon kalıplama ile üretilen sensörler ticari sensör olarak kullanılabilir.

In present study, Calcia and Magnesia stabilized fine Zirconia powders in various ratios on the properties of injection molding feedstocks, the degree of debinding and sintering were studied. Injection molding process was used to form in the shape of an closed end electrolyte tubes. Particle size of Calcia, Magnesia and Zirconia powders were submicrometer. Binder system was a mixture of paraffin wax as primary binder and oleic acid as surfactant. Paraffin wax / oleic acid ratio was maintained at a value close to 95 / 5 as weight. Typical feedstock contained 40 vol. % ceramic powders, and 60 vol. % binder phases. A two-step process was used for debinding of green samples. In wicking step by capillary action, samples embedded in same ZrO2 powder in a copper box were put in an furnace in the 120, 150 and 180 0C temperatures for 1, 3, 5 and 10 hours. The variation of sample weight with temperature and time was measured to calculate the debinding ratio. In the second step of debinding process, partially debinded samples were heated to 600 0C at a slow heating rate. After completing this process, green sensors were fired at 1730 0C for 5 hours in an electric-heated furnace and then cooled quickly. Some of the fired sensors were aged in the same furnace for 4 hours at 1420 0C. A result of this study, it is possible to produce oxygen sensors by using injection-molding process in industrial scale.