Geleneksel ve teknik seramiklerin kırılma tokluğunun incelenmesi

Abstract

Seramikler, yüksek ergime sıcaklığı, korozyon direnci, yüksek mukavemet özelliklerine sahip olup elektrik ve ısıyı iyi yalıtır. Bununla birlikte seramikler çok kırılgandır ve bu nedenle kullanımları sınırlanmaktadır. Uzun yıllardır seramik malzemelerin kırılma tokluğunun artırılması üzerine çok yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada bazı geleneksel ve teknik seramiklerin kırılma tokluğu ASTM E399 Standardına göre belirlenmiştir. Deneysel çalışmalar üç aşamadan oluşmaktadır; birinci aşamada tetragonal zirkonya tozu üretilmiş daha sonra farklı miktarlarda tetragonal, monoklinik zirkonya ve zirkon içeren alümina karışımlar hazırlanmıştır. Zirkon, zirkonya ile toklaştırılmış müllit, duvar ve yer karosu reçetelerine ait toz karışımları da hazırlanmıştır. İkinci aşamada, bu toz karışımları slip döküm tekniği ile ASTM E399 Standardına uygun ebatlarda şekillendirilmiş ve değişik sıcaklıklarda sinterlenmiştir. Üçüncü aşamada, numunelerin su emme, sertlik, üç nokta eğme dayanımı testleri ile XRD ve SEM-EDX analizleri yapılmıştır. Numunelerin kırılma tokluğu sinterleme sıcaklığının artması ile artmıştır. Alümina'ya monoklinik ve tetragonal zirkonya katkısı kırılma tokluğunu artırmıştır. 1600ºC'de sinterlenen katkısız, %5 m-ZrO2 ve %20 t-ZrO2 içeren alümina numunelerin kırılma tokluğu sırası ile 5.9, 7.0 ve 11.5 MPa?m olmuştur. Zirkonya ile toklaştırılmış müllit numunelerin kırılma tokluğu alüminadan daha düşüktür. Yer ve duvar karolarının kırılma toklukları sırası ile 2.7 ve 0.9 MPa?m olarak bulunmuştur.

Ceramics have very high melting point, corrosion resistance, strength and they insulate electric and heat. However, ceramics are very brittle and this property limits their use. Intensified studies have been performed for years regarding enhancing the fracture toughness of ceramic materials. In this study the fracture toughness of some traditional and technical ceramics were determined by ASTM E399 Standard. Experimental studies consists of three steps; in the first step t-ZrO2 was produced and then alumina powder mixtures were prepared containing different amount of tetragonal, monoclinic zirconia and zircon. Zircon and zirconia toughened mullite, floor and wall tile recipes were also prepared. In the second step, these powder mixtures were shaped by slip casting technique according to the dimensions of ASTM E399 Standard and then sintered at different temperatures. In the third step; water absorption, hardness, three point bending strength tests, XRD and SEM-EDX analysis were applied to the sintered samples. Fracture toughness increased with the increasing sintering temperature. Monoclinic and tetragonal zirconia addition increased the fracture toughness of alumina. Fracture toughness of alumina samples containing 0 %, 5 % m-ZrO2 and 20 % t-ZrO2 and sintered at 1600 ºC were determined as 5.9, 7.0 and 11.5 MPa?m respectively. Fracture toughness of zirconia toughned mullite was found lower than alumina. Fracture toughness of the floor and wall tiles was found as 2.7 and 0.9 MPa?m respectively.