Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

SİNTERLEME, VİTRİFİKASYON VE TANE BÜYÜMESİ. Sinterleme: Şekillendirilmiş seramik malzemeler %25-60 arasında gözenek içerirler. Şekillendirilmiş seramik.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "SİNTERLEME, VİTRİFİKASYON VE TANE BÜYÜMESİ. Sinterleme: Şekillendirilmiş seramik malzemeler %25-60 arasında gözenek içerirler. Şekillendirilmiş seramik."— Sunum transkripti:

1 SİNTERLEME, VİTRİFİKASYON VE TANE BÜYÜMESİ

2 Sinterleme: Şekillendirilmiş seramik malzemeler %25-60 arasında gözenek içerirler. Şekillendirilmiş seramik malzemeler %25-60 arasında gözenek içerirler. Malzemenin mukavemetini ve diğer özelliklerini geliştirmek için bu gözeneklerin azaltılması gereklidir. Malzemenin mukavemetini ve diğer özelliklerini geliştirmek için bu gözeneklerin azaltılması gereklidir. Bu da malzemeyi yüksek sıcaklığa pişirmekle elde edilir. Bu da malzemeyi yüksek sıcaklığa pişirmekle elde edilir. Sinterleme, şekillendirilmiş malzemede birbirine değen tanelerin yüksek sıcaklıkta aralarındaki gözeneklerin azalması ve malzemenin yoğunluğunun artması olayını tanımlar. Sinterleme, şekillendirilmiş malzemede birbirine değen tanelerin yüksek sıcaklıkta aralarındaki gözeneklerin azalması ve malzemenin yoğunluğunun artması olayını tanımlar. Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon

3 Sinter prosesi üç aşamada gerçekleşir;

4 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon I. Aşamada birbirine değen taneler boyun oluşturur. Oluşan boyunun çapının tane çapına oranı  1/5’dir. Aşağıdaki şekilde boyun oluşumunun SEM fotografı görülmektedir.

5 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon II. Aşamada malzemenin yoğunluğu teorik yoğunluğun %90-95’ine ulaşır. Bu aşamada gözenekler hala birbirleri ile bağlantılıdır. Eğer tane büyümesi yoksa gözenek miktarının azalması zamanla doğru orantılıdır.

6 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon III. Aşama, taneler arasında kapalı olarak kalan gözeneklerin tane sınırlarından yine diffüzyonla uzaklaştırılması olayıdır. Bu proses oldukça yavaştır. Bu nedenle klasik sinterlemede %100 teorik yoğunluğa ulaşmak zordur. Eğer sinterleme de hızlı tane büyümesi görülürse gözenekler tane içerisinde kalabilir. Bu durumda seramiği gözeneklerden arındırmak hemen hemen imkansızdır.

7 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Tamman Sıcaklığı; İki tozun bir araya gelerek birleşmesi için gerekli olan en düşük sıcaklık sinterlenmenin gerçekleşme sıcaklığı olup bu sıcaklığa tamman sıcaklığı denir. İki tozun bir araya gelerek birleşmesi için gerekli olan en düşük sıcaklık sinterlenmenin gerçekleşme sıcaklığı olup bu sıcaklığa tamman sıcaklığı denir. Bu sıcaklık maddenin ergime sıcaklığının 0.53*T Erg ’sine tekabül etmektedir. Bu sıcaklık maddenin ergime sıcaklığının 0.53*T Erg ’sine tekabül etmektedir. T Erg >T Sin >T Tam ilişkisine göre sınterleme sıcaklığı ergime sıcaklığı ile tamman sıcaklığının arasındadır. T Erg >T Sin >T Tam ilişkisine göre sınterleme sıcaklığı ergime sıcaklığı ile tamman sıcaklığının arasındadır. Bu nedenle tamman sıcaklığı atomlarda hareketliliğin başladığı sıcaklıktır. Bu nedenle tamman sıcaklığı atomlarda hareketliliğin başladığı sıcaklıktır.

8 1. Toz Karakteristikleri; Başlangıç toz özellikleri (toz boyutu, boyut dağılımı, tane şekli, tane aglomerasyonu, aglomerasyon derecesi ve kimyasal homojenlik), yoğunlaşma ve mikroyapısal gelişim üzerinde önemli etkilere sahiptir. Başlangıç toz özellikleri (toz boyutu, boyut dağılımı, tane şekli, tane aglomerasyonu, aglomerasyon derecesi ve kimyasal homojenlik), yoğunlaşma ve mikroyapısal gelişim üzerinde önemli etkilere sahiptir. İdeal bir toz, küçük tane boyutlu aglomerasyonsuz, eş tane şekilli, dar tane boyut dağılımı ve yüksek safiyet veya kontrollü katkı içeriğine sahip olması gerekmektedir. İdeal bir toz, küçük tane boyutlu aglomerasyonsuz, eş tane şekilli, dar tane boyut dağılımı ve yüksek safiyet veya kontrollü katkı içeriğine sahip olması gerekmektedir. Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Sinterlemeyi Etkileyen Parametreler

9 2. Katkı Maddeleri; Sıvı faz oluşturmak, Sıvı faz oluşturmak, İkinci bir faz oluşturarak tane sınırları hareketini İkinci bir faz oluşturarak tane sınırları hareketini engelleyerek tane büyümesini önlemek, Tane sınırlarını ayırmak. Tane sınırlarını ayırmak. Malzemenin katı çözeltisindeki katışığın difüzyon Malzemenin katı çözeltisindeki katışığın difüzyon katsayısını etkilemek. Eğer tane büyümesinin por hapsedilmesi ile önlendiği düşünülürse katkı maddeleri de difüzyon katsayısını değiştirerek tane büyümesini önleyebilir. Tane sınır enerjisi ile serbest yüzey enerji oranını değiştirir. Tane sınır enerjisi ile serbest yüzey enerji oranını değiştirir. Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon

10 3. Sıcaklık ve Pişirme Çevrimi; Seramiklerin veya metallerin sinterleme (veya pişirme) çevriminde genellikle maksimum sıcaklığa sabit ısıtma hızı ile çıkılır ve optimum sonuçlar elde edilinceye kadar bu sıcaklıkta beklenir. Seramiklerin veya metallerin sinterleme (veya pişirme) çevriminde genellikle maksimum sıcaklığa sabit ısıtma hızı ile çıkılır ve optimum sonuçlar elde edilinceye kadar bu sıcaklıkta beklenir. 4. Sinterleme Atmosferi; Sinterleme atmosferinin yoğunlaşma ve mikroyapı üzerine etkisi gaz çözünürlüğü, katkı ve toz ile reaksiyon ile ilgilidir. Sinterleme atmosferinin yoğunlaşma ve mikroyapı üzerine etkisi gaz çözünürlüğü, katkı ve toz ile reaksiyon ile ilgilidir. Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon

11 Sinterleme Mekanizmaları Sinterleme mekanizmaları tamamen malzemenin taşınımına bağlıdır. Sinterleme mekanizmaları tamamen malzemenin taşınımına bağlıdır. Başlıca, atomların yayınması (yüzeysel ve hacimsel) ile viskoz akışı kapsar. Başlıca, atomların yayınması (yüzeysel ve hacimsel) ile viskoz akışı kapsar. Malzemenin taşınımını kolaylaştırmak için işlem ancak yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilir. Malzemenin taşınımını kolaylaştırmak için işlem ancak yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilir. Sinterlemeyi sağlayan itici güç, serbest yüzey enerjisindeki azalmadır. Sinterlemeyi sağlayan itici güç, serbest yüzey enerjisindeki azalmadır. Sinterleme ile yoğunlaşmanın sağlanması aşağıdaki tablo da verildiği gibi değişik şekillerde yapılabilir. Sinterleme ile yoğunlaşmanın sağlanması aşağıdaki tablo da verildiği gibi değişik şekillerde yapılabilir. Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon

12

13 I.Katı Hal Sinterlemesi

14 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon

15 I.Katı Hal Sinterlemesi

16 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon II. Sıvı Faz Sinterlemesi

17 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon II. Sıvı Faz Sinterlemesi

18 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Sıvı-faz sinterlemesinde, preslenen toz karışımı sıvı fazın oluştuğu sıcaklıkta sinterlenir. Sıvı-faz sinterlemesinde, preslenen toz karışımı sıvı fazın oluştuğu sıcaklıkta sinterlenir. Sıvı fazın oluşumu ile ani bir büzülme meydana gelir. Sıvı fazın oluşumu ile ani bir büzülme meydana gelir. Bu esnada, katı partiküller sıvı faz içerisinde yeni bir düzene girer. Bu esnada, katı partiküller sıvı faz içerisinde yeni bir düzene girer. Sıvı-faz sinterlemesinde sıvı fazın miktarı %20’yi geçmez. Sıvı-faz sinterlemesinde sıvı fazın miktarı %20’yi geçmez. Sıvı-faz sinterlemesinde, seramik tozlarının düşük sıcaklıkta ve kısa sürede sinterlenmesi mümkündür. Sıvı-faz sinterlemesinde, seramik tozlarının düşük sıcaklıkta ve kısa sürede sinterlenmesi mümkündür. Buna karşın; sıvı faz sinterlenmesi ile üretilmiş malzemeler, yüksek sıcaklıkta kullanılmaya elverişli değildir. Buna karşın; sıvı faz sinterlenmesi ile üretilmiş malzemeler, yüksek sıcaklıkta kullanılmaya elverişli değildir. Dolayısıyla, refrakter özellik aranmayan örneğin elektronik seramiklerin üretimi için uygun bir yöntemdir. Dolayısıyla, refrakter özellik aranmayan örneğin elektronik seramiklerin üretimi için uygun bir yöntemdir.

19 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Sıvı faz sinterlemesine örnek ZnO-Bi 2 O 3 sistemi

20 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon III.Reaktif-Sıvı sinterlemesi Sıvı faz sinterlemesine benzerdir. Fakat, sıvı ya bileşimini değiştirir veya ayrışarak kaybolur. Bu proses, sinterleme sıcaklığında, katı fazın sıvı içerisinde sınırlı miktarlarda çözünebildiği sistemlere uygulanabilir.

21 Vitrifikasyon: Seramik malzemelerin sıvı faz ortamında sinterlenmesi vitrifikasyon olarak tanımlanır. Seramik malzemelerin sıvı faz ortamında sinterlenmesi vitrifikasyon olarak tanımlanır. Bu proses genellikle birden fazla bileşik içeren seramiklerde görülür. Bu proses genellikle birden fazla bileşik içeren seramiklerde görülür. Prosesin teorik olarak açıklanması katı hal reaksiyon içeren prosesinkinden daha zordur. Prosesin teorik olarak açıklanması katı hal reaksiyon içeren prosesinkinden daha zordur. Bunu nedeni sıvı-katı reaksiyonlarının birçok ara fazların oluşumunu içermesinden kaynaklanır. Bunu nedeni sıvı-katı reaksiyonlarının birçok ara fazların oluşumunu içermesinden kaynaklanır. Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon

22 IV. Buhar-Faz Sinterlemesi: Buhar fazı sinterlemesi sadece birkaç sistem için önem taşır. Buhar fazı sinterlemesi sadece birkaç sistem için önem taşır. Bu proseste itci güç, yüzey eğriliği nedeniyle buhar basıncında meydana gelen farktır. Bu proseste itci güç, yüzey eğriliği nedeniyle buhar basıncında meydana gelen farktır. Tozların yüzeyi pozitif eğrilik yarıçapına sahip olup, buhar basıncı yüksektir. Tozların yüzeyi pozitif eğrilik yarıçapına sahip olup, buhar basıncı yüksektir. Diğer taraftan, iki tanenin birbirine temas ettiği boyun bölgesinde ise eğrilik çapı negatif olup, buhar basıncı düşüktür. Diğer taraftan, iki tanenin birbirine temas ettiği boyun bölgesinde ise eğrilik çapı negatif olup, buhar basıncı düşüktür. Bu proseste, porların morfolojisi değişebilir ama yoğunlaşma meydana gelmez. Bu proseste, porların morfolojisi değişebilir ama yoğunlaşma meydana gelmez. Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon

23 Tane Büyümesi: Bu proses bir ısıl işlem sırasında deformasyondan arınmış tanelerin yüksek sıcaklıkta boyutlarının artması olayıdır. Bu proses, hem seramik hem de metallerde görülür. Yüksek sıcaklıkta ortamda bazı taneler büyürken diğerleri küçülür hatta kaybolur.

24 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon

25 Proses itici gücünü, iri ve ince tanelerin yüzey alan enerji farkından alır. Proses itici gücünü, iri ve ince tanelerin yüzey alan enerji farkından alır. Büyük tanelerin yüzey enerjisi daha küçüktür. 1  m ile 1cm boyutundaki tanelerin yüzey enerji farkı  0.5 – 1 cal/gr gibi küçük bir değerde olmasına rağmen yüksek sıcaklıkta bu proses için yeterlidir. Büyük tanelerin yüzey enerjisi daha küçüktür. 1  m ile 1cm boyutundaki tanelerin yüzey enerji farkı  0.5 – 1 cal/gr gibi küçük bir değerde olmasına rağmen yüksek sıcaklıkta bu proses için yeterlidir.

26 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Proses esas itici gücünü, yüzey enerji farkının önemli bir bölümünü oluşturan tane sınırlarındaki yüzeylerin eğiklik farkının oluşturduğu serbest enerji değişiminden alır. Bu fark; Proses esas itici gücünü, yüzey enerji farkının önemli bir bölümünü oluşturan tane sınırlarındaki yüzeylerin eğiklik farkının oluşturduğu serbest enerji değişiminden alır. Bu fark;  F “Eğik yüzeyler arasındaki serbest enerji farkını (Aktivasyon enerjisi)”,  “sınır enerjisini”, V “molar hacmi”, r 1 ve r 2 “iki yüzeyin eğikli yarıçapını ifade etmektedir.

27 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Bu enerji farkı eğik yüzeylerin merkeze doğru hareketini sağlar. Bu da; A kristalinde, ara yüzeyde bulunan atomlar B kristalinin kafesi içine diffüzyonu ile oluşur. Bu enerji farkı eğik yüzeylerin merkeze doğru hareketini sağlar. Bu da; A kristalinde, ara yüzeyde bulunan atomlar B kristalinin kafesi içine diffüzyonu ile oluşur.

28 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Atomların hareketi, sıcaklığa bağlı ve aktivasyon enerjisi içeren bir olaydır ve Atomların hareketi, sıcaklığa bağlı ve aktivasyon enerjisi içeren bir olaydır ve Formülde; N “Avagadro sayısını”, h “Plankt sabitini”, R “Gaz sabitini” ve T “Sıcaklığını o K”

29 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Eğer, tüm tane sınır enerjileri eşitse tane sınır açıları 120 o olur. İki boyutta bu açı 6 köşeli tanelerde olur. Eğer taneler iki boyutta 6’dan az kenar içeriyorsa tane yüzeyleri konkav’dı ve bu taneler küçülür 6 kenardar fazla kenarı olan taneler ise büyür.

30 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Bu nedenle tane büyümesinde itici güç veya tane büyüme hızı tane çapı ile ters orantılıdır ve ile ifade edilir. Burada; D “Diffizyon Sabitini”, G “Averaj tane boyutunu), G o “t o anındaki tane boyutunu” n ise “tane boyutu kinetik üssünü” göstermektedir.

31 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Başlangıç anındaki tane boyutu ihmal edilecek kadar küçük olduğu için ihmal edildiğinde formül şeklini alır. Yukarıdaki formülde “D” sabiti yerine yazılırsa

32 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon formülü elde etmiş oluruz. Formülde; G “averaj tane boyutunu (  m)”, n “tane boyutu kinetik üssünü”, Do “oran sabiti”, t “sinterleme süresini (saat)”, Q “aktivasyon enerjisini (kJ/mol)”, R “Gaz sabitini( k.J/mol. o K” ve T “sinterleme sıcaklığı ( o K)” ifade etmektedir.

33 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Örneğin; ZnO-SrO seramik sistemi için yapılan deneyler sonuçu aşağıda izlenen yol yardımıyla tane büyümesi için gerekli aktivasyon enerjisi hesaplanmıştır.

34 ZnO-ağ.% 1 SrO ZnO-ağ.% 4 SrO 1000 o C-1 sa1300 o C-1 sa

35 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon ifadesinin logaritmasını alırsak; ifadesini buluruz ve bu ifadede; değerleri sabit olduğuna göre;

36 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon dir. Dolayısıyla “n” tane boyutu kinetik üssü (logG)-(logt) eğrisinin eğimiyle ters orantılıdır.

37 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Eğrilerin eğiminden “n” değeri 5 olarak hesaplanmıştır.

38 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Aktivasyon enerjisi ise aşağıdaki gibi hesaplanır; ifadesinin logaritmasını alırsak ifadesi elde edilir

39 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Dolayısıyla; arasında çizilecek eğrinin eğimi de değerine eşit olacaktır ve buradan sistemin aktivasyon enerjisi kJ/mol olarak hesaplanabilir.

40 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon

41 Seramik sistemlerde bu bağıntı kullanılarak yapılan deneylerde elde edilen logG ve logt eğrileri 0.1 ve 0.5 arasında eğimler vermişlerdir. Teoride 0.5 olarak öngörülen eğimin düşük olması genellikle tane sınırı hareketini engelleyen empüritelere bağlanmıştır.

42 Tane Büyümesi, Sinterleme ve Vitrifikasyon Gerçekte de, tane sınırındaki empürüteler sınır hareketlerini engellerler ve sınırlanan tane çapı; şeklinde ifade edilir. Burada; d “Empürite çapını”  d “ortamdaki empüritelerin hacimsel oranını” göstermektedir.

43 Grain growth kinetics of barium titanate synthesized using conventional solid state reaction route BaCO 3 and TiO , 1250 and 1300 °C for the time durations of 2, 4 and 6 h

44 SEM micrographs of BaTiO3 ceramics sintered at 1200 °C for (a) 2 h (b) 4 h (c) 6 h at 1250° for (d) 2 h (e) 4 h (f) 6 h and at 1300 °C for (g) 2 h (h) 4 h (i) 6 h.

45 Table 2. Kinetic parameters for grain growth of BaTiO3. n Q (kJ/mol) ± ± ±20


"SİNTERLEME, VİTRİFİKASYON VE TANE BÜYÜMESİ. Sinterleme: Şekillendirilmiş seramik malzemeler %25-60 arasında gözenek içerirler. Şekillendirilmiş seramik." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları