Reaktif spark plazma yöntemi ile kalsiyum karbonat katkılı alüminyum oksinitrürün üretimi, karakterizasyonu ve özellikleri

Abstract

Seramik malzemelerin yüksek sertlik, elastik modül, kimyasal kararlılık ve aşınma direnci gibi özellikleri, bu malzemeleri, havacılık, uzay, savunma, maden gibi birçok sektörlerde özel kılmıştır. Alüminyum oksinitrür (AlON), yüksek mekanik ve optik özelliklerin bir arada bulunduğu ileri teknolojik seramik bir malzemedir. AlON seramiğini özel kılan, kübik spinel kristal yapıya sahip olmasının getirdiği transparan özelliğidir. Bu özellikleri sayesinde AlON seramiği, kızılötesi camlar, lazer camları, füze başlıkları, saydam zırhlar gibi birçok uygulamalarda kullanılmaktadır. Seramik malzemelerde atomlar, yüksek enerjili kovalent ve/veya iyonik bağlarla bağlı olduğundan, bu bağları kıracak olan enerji, çok yüksek sıcaklıklarda sağlanmaktadır. AlON seramiği, daha önce yapılmış çalışmalar incelendiğinde basınçsız sinterleme, sıcak presleme (HP), sıcak izostatik presleme (HIP), mikrodalga sinterleme ve spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretilmektedir. Spark plazma sinterlemede, kesikli doğru akım ve tek eksenli yüksek basınç uygulandığından, geleneksel sinterleme yöntemlerine göre daha düşük sıcaklıklarda ve sürelerde sinterleme yapılabilmektedir. Bu durum SPS yöntemini, geleneksel sinterleme yöntemlerine göre avantajlı kılar. Ayrıca, SPS yöntemi ile üretilebilir malzemelerin yelpazesi geniştir, bu yöntemle metalik, seramik veya kompozit malzemeler, bunlara bağlı yalıtkan ve iletken malzemeler üretilebilir. Yalıtkan malzemelerde, grafit kalıp elektrik akımı ile ısınarak sinterleme için gereken sıcaklığı indirekt sağlarken, iletken malzemelerde, elektrik akımı grafit kalıplardan geçerek, toz tanelerinin aralarında sparklar oluşturur, böylelikle gerekli sıcaklık sağlanır ve sinterleme gerçekleşir. SPS yönteminde diğer sinterleme yöntemlerine göre daha düşük sinterleme sıcaklıkları ve sinterleme sürelerinde sinterleme yapılabilmesine rağmen, kullanılan kalıpların ve baskı elemanlarının karbon (C) esaslı malzemeler olması, AlON seramiğinin transparan özelliğini negatif olarak etkilemektedir. Sinterleme sıcaklıklarında, Ters Boudvard reaksiyonuna göre karbon (C), 695 °C'de karbonmonoksite (CO) dönüşerek, açık porlardan malzemeye girmektedir. Oda sıcaklığında yapıda hapsolan CO, C olarak malzemede kalmaktadır. Karbon kontaminasyonu nedeniyle de transparanlık azalmaktır.