Spark Plazma Sinterleme Yöntemi İle Işık Geçirgenliğine Sahip Alümina Seramiklerinin Üretimi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada optik, medikal ve balistik amaçlı kullanımlara uygun saydam Al2O3 seramiklerinin Spark Plazma Sinterleme yöntemiyle eldesinde ısıtma hızı, kademeli ısıtma yöntemi, sinteleme basıncı, çeşitli sinterleme dopantlarının tekli ve çoklu ilaveleri parametreleri incelenmiştir. Spark Plazma Sinterleme yöntemi ile yapılan deneylerde iki farklı Al2O3 toz kullanılmıştır (Inframat Advanced Materials ve TM-DAR). Birinci grup deneyler Inframat Advanced Materials marka Al2O3 toz kullanılarak 1150-1350 °C’de, 80 MPa basınçta 35-200 ºC/dk ısıtma hızı ile, 5-20 dk sürede gerçekleştirilirken, ikinci grup deneyler TM-DAR marka Al2O3 toz kullanılarak 1150-1300 °C’de, 80 MPa basınçta, 5 ila 100 ºC/dk ısıtma hızı, 5-20 dk sürede gerçekleştirilmiştir. Spark Plazma Sinterleme yöntemi ile elde edilen Al2O3 seramiklerden ulaşılan en yüksek rölatif yoğunluk değeri birinci grup deneyler için % 99,7 olup % 0,1 MgO doplanmış aluminanın 1300 °C’ de, 80 MPa basınçta, 5 dk süre ile sinterlenmesi ile elde edilmiştir. İkinci grup deneylerde birçok numunede teorik yoğunluk elde edilmiştir. En yüksek sertlik değerine Al2O3 + % 0,4 MgO toz karışımının 1340 °C’de, 80 MPa basınçta, 100 ºC/dk ısıtma hızı ile 5 dk sure ile sinterlenmesi ile, 20,4 GPa olarak ulaşılmıştır. İkinci grup deneylerde ise bu değer 24,2 GPa olarak 1175°C’de, 80 MPa basınçta, 20 dk sürede sinterlenen 150 ppm MgO ve 150 ppm CaO içeren numunede ölçülmüştür. İki farklı Al2O3 toz ile elde edilen numuneler kıyaslandığında, ikinci grup deneylerde saydamlık elde edilmiştir. Spark Plazma Sinterleme yöntemi ile saydam Al2O3 seramiklerin eldesinde ısıtma hızının azaltılması ile doğrusal ışık geçirgenliği önemli ölçüde artmıştır.

In this study, the transparent Al2O3 ceramics that are suitable for optical, medical and ballistic uses were manufactured by SPS and the effects of parameters such as heating rate, gradual heating methods, sintering pressure, various sintering dopants were analyzed. Two different Al2O3 powders (Inframat Advanced Materials and TM-DAR) were used in spark plasma sintering experiments. Wheras first group of experiments were carried out with Inframat Advanced Materials branded powders at 1150-1350 °C under 80 MPa pressure with 35-200 ºC/min heating rates for 5 – 20 minutes, second group experiments were held with using TM-DAR alumina powders at 1150-1300 °C under 80 MPa pressure with 5-100 ºC/min heating rates for 5 – 20 minutes. The highest relative density value reached in Al2O3 ceramics obtained with spark plasma sintering is 99.7 % in the sample which contains 0.1 % MgO sintered at 1300 °C under 80 MPa pressure for 5 minutes. Theoritical density in few of the second group of experiments is obtained. The highest hardness value as 20,4 GPa is achieved in the alumina sample with 0.4 % MgO which is sintered at 1340 °C under 80 MPA pressure with 100 ºC/min heating ratefro 5 minutes. This value is measured as 24,2 GPa in second group experiments in the sample doped with 150 ppm MgO and 150 ppm CaO sintered at 1175°C under 80 MPa applied pressure for 20 minutes. When two different branded Al2O3 powders were compared, transparency is obtained in the second group experiments. In line transmittance is improved significantly with decreasing heating rate of spark plasma sintering of alumina ceramics.