Ağırlıkça %6 Bi2O3 içeren ZnO-Bi2O3 sistemine MnO katsayısının tane büyüme kinetiğine etkisi

Abstract

ÖZET A?IRLIKÇA % 6 Bi2Os İÇEREN ZnO-Bi203 SİSTEMİNE MnO KATKISINTN TANE BÜYÜME KİNETİ?İNE ETKİSİ Günümüzde bir çok kullanım alam bulunan metal oksit vanstörler lineer akım voltaj ilişkisine sahip seramik yan iletkenlerdir. Varistörlerde bileşimin ana katkı maddesini SiC veya ZnO oluşturmaktadır. ZnO vanstörler akım voltaj ilişkisi olarak mükemmel özellik göstermesi nedeni ile son zamanlarda yapılan çalışmalar ZnO 'in elektriksel özelliklerinin geliştirilmesi yönünde olmuştur. Varistörler düşük voltajlarda omik olmayan özellik gösterirler. Voltaj belirli bir değerin üstüne çıkmasıyla alamda ani ve büyük bir artış gözlenir. Bu alam ve voltaj ilişkisi nedeniyle varistörler hassas cihazların aşın yükten korunmasında kullanılırlar. Yapılan çalışmalarda varistörün elektriksel özelhlderinin mikroyapı ile doğrudan ilişkili oldu^^artfanmaşür^Searm^aalzem^ ve elektriksel özellikleri üzerinde çeşitli gelişmeler sağlanmıştır. Bir ZnO varistör mikroyapısında temel olarak 3 faz vardır. Bu fazlar ZnO taneleri, taneler arası Bizmut' ça zengin faz ve ince taneli spinel (Zn7Sb20i2) fazdır. Bu çalışmada ZnO-Bi203 ikili sisteminde tane boyum üzerinde MnO katkısının etkisi mcelenmiştir. Bu amaçla ZnO-ağ.%6 Bİ2O3 sistemine ağ. % 1-5 oranlarında MnO katılmıştır. Numuneler klasik seramik üretim yöntemine göre hazırlanarak 1 100, 1200, 1300°C'da ve 1-2- 3-5-10 saatlik sürelerde smterlenmiştir. Metalografik işlemlerden soma optik mikroskopta numunelerin tane boyutlan ölçülmüştür. Bu ölçülen tane boyutulan Gn=ko.t.exp(-Q/RT) kinetik tane büyüme denkleminde yerine konularak ZnO-Bi2p3 ikili sistem için tane büyüme üstel katsayısı n=5 olarak hesaplanmış ve tane büyüme görünür aktivasyon enerjisi 198 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Bulunan bu değerler literatürde bu konu üzerinde yapılan çalışmalarla uyum göstermektedir. ZnO-Bı203 sistemine MnO kanlaması ile tane büyüme üstel katsayısı 4 olarak hesaplanmış ve 69tane büyüme görünür aktivasyon enerjisi yaklaşık 250 kJ/mol mertebelerinde hesaplanmıştır. Bu sonuçlar ve metalografik çalışmalar, MnO katkısının ZnO-Bi203 sisteminde tane büyümesini engellediğini göstermektedir. 70

SUMMARY THE EFFECT OF MnO ADDITION ON THE GRAIN GROWTH KINETICS OF ZnO- Bi203 SYSTEM CONTAINING 6 wt % Bi203 Metal oxide varistors as voltage surge elements have a wide application in electronics and in electric power system. They are semiconductors which have a non-linear current- voltage relationship. SiC and ZnO based ceramic materials are used for this purpose. Since the ZnO varistors show a good non-linear current-voltage relationship, a great deal of research has recently been concentrated on the development of the electrical properties of this material. Varistors show ohmic properties at low voltages. When the voltage is increased above a certain value, sharp and large increase in the current is observed. Because of this current- voltage relationship, varistors are used to prevent sensitive devices from excessive load. The work done on ZnO based materials have shown that the electrical properties of the varistors are related to the microstructure. Improvements in microstructure and in electrical properties can be achieved by adding various metal oxides to the composition of the material. Microstructure of ZnO varistros basicaly consist of three phases. These are ZnO grains, bismuth rich phase and fine grained spinel phase (ZnrSbiOn) between the grains. In this study the effect of MnO additions on the grain growth of the ZnO-Bi203 binary system has been investigated. For this purpose, from 1 to 5 wt % MnO were added to the ZnO-6 wt % Bİ2O3 system. Specimens were prepared by using the conventional ceramic forming metod and they were sintered at the temperatures of 1100,1200 and 1300°C for 1,2,3,5 and 10 hours at each temperature. Specimens for metallographic examination were prepared using the standard polishing techniques and then the grain size measurements were carried out measured in an optical microscope. By using the kinetic grain growth equation Gn=k0.t.exp(-Q/RT), the non-linear exponent n and the apparent grain growth activation energy Q are found to be 5 and 198 kJ/mol respectively for the ZnO-6 wt% Bİ2O3 binary system. These values were in good 71agreement with those reported in the literature. In the MnO added ZnO-Bi203 binary system, the non-linear exponent value was found to be 4 and the grain growth activation energy raised from 198 to as 250 kJ/mol. The microstructural studies and the derived values for apparent grain growth activation energy show that MnO addition to the ZnO-BijOs binary system inhibits grain growth of the system. 72