Alüminyum titanat seramiklerinin ısıl kararlılık özelliklerinin incelenmesi ve iyileştirilmesi

Abstract

Alüminyum Titanat (Al2TiO5), düşük ısıl iletkenlik katsayısına ve yüksek ısıl şok direncine sahip seramik bir malzemedir. Al2TiO5, yaklaşık 1300 °C'nin üzerinde kararlı olan bir fazdır, bu sıcaklığın altında ayrışma göstermektedir. Ayrıca, Al2TiO5'in sinterlemesi süresince oluşan mikro çatlaklar düşük mekanik dayanıma neden olmaktadır. Mekanik özelliklerin iyileştirilmesi ve Al2TiO5 fazını ısıl olarak kararlı hale getirmek amacıyla çeşitli oksit katkı malzemeleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada katkı malzemesi olarak SiO2, MgO ve Fe2O3 kullanılmış, gözeneklilik, faz kompozisyonu, eğme dayanımı, mikroyapı, ısıl şok dayanımı üzerindeki etkileri araştırılmış ve ayrıca ısıl kararlılık ile ilgili çıkarımlar yapılmıştır. Numuneler tek eksenli bir pres vasıtasıyla şekillendirilmiş, 1450 °C'de ve 1600 °C'de 3 saat sinterlenerek farklı kompozisyonlarda numuneler elde edilmiştir. Aynı şartlar altında üretilmiş numunelere yapılan katkıların, sinterleme, ısıl şok dayanımı ve ısıl kararlılık davranışına olan etkileri değerlendirildiğinde, katkı oranları ve sinterleme sıcaklığına bağlı olarak çok değişken bir davranış gösterdiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, SiO2, MgO ve Fe2O3 ilavesi Al2TiO5 seramiklerinin ısıl kararlılık özelliklerinin iyileştirilmesinde etkin bir rol oynamıştır.

Aluminum Titanate (Al2TiO5) is a ceramic material with low thermal conductivity coefficient and high thermal shock resistance. Al2TiO5 is a phase which is stable above about 1300 °C, showing decomposition below this temperature. In addition, the micro cracks formed during the sintering of Al2TiO5 lead to low mechanical strength. Various oxide additives are used to improve mechanical properties and to stabilize the Al2TiO5 phase. In this study, SiO2, MgO and Fe2O3 were used as additives and their effects on porosity, phase composition, bending strength, microstructure, thermal shock resistance were investigated and inferences were made about thermal stability. The samples were shaped by an uniaxial press, sintered at 1450 °C and 1600 °C for 3 hours to obtain different samples of compositions. It was determined that sintering, thermal shock resistance and thermal stability behaviors of the samples produced under same conditions vary depending on the ratio of additives and sintering temperature. As a result, the addition of SiO2, MgO and Fe2O3 has played an active role in improving the thermal stability properties of Al2TiO5 ceramics.