Alev sprey piroliz sistemiyle plaka şekilli α-Al2O3 tozların TiO2 ile kaplanması ve karakterizasyonu

Abstract

Plaka şekilli α-Al2O3 tozlar oldukça geniş bir kullanım alanına sahip olmakla birlikte, plaka yüzeylerinin farklı metal oksit tabaka/tabakalarla (TiO2, Fe2O3, vb.) kaplandığı uygulamalar (örneğin, lüster pigmentler), çeşitli endüstrilerde (otomotiv, inşaat, kozmetik, güvenlik uygulamaları, vb.) yaygın bir şekilde tercih edilmektedir. Metal oksit kaplanmış α-Al2O3 plakaların üretimi, yaş kimyasal yöntemler ve gaz fazından reaksiyon teknikleri ile gerçekleştirilmekte ve uygulanan üretim prosesine bağlı olarak çeşitli problemler ile karşılaşılmaktadır. Her iki yöntemde de arzu edilen kaplama kalınlığına ulaşmak ve/veya ilgili kaplama kalınlığını kontrol etmek için reaksiyon kinetiklerini değiştirmek oldukça zordur. Bunun bir sonucu olarak da arzu edilen kaplama kalınlığına ulaşılabilmesi amacıyla kaplama (reaksiyon) süresi üzerinde kontrol sağlanmaya çalışılmaktadır. Yaş kimyasal yöntemlerde kaplama süresi, kaba altlık partiküllerinin askıda tutulması ile kontrol edilmeye çalışılırken, gaz fazından reaksiyon yöntemlerinde ise askıda tutma eylemi, türbülanslı bir hava akımından yararlanılan akışkan yatak metodu ile sağlanabilmektedir. Fakat bu uygulamalar her iki yöntem için ek bir ısıl işlem basamağı gerektirmektedir. Bu tez çalışmasında α-Al2O3 plakalar üzerine TiO2 kaplama yapılması için süreç tasarımı gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. İlave olarak plaka şekilli α-Al2O3 tozlar üzerinde gerçekleştirilecek TiO2 kaplamanın, alev sprey piroliz sistemi kullanılarak mevcut yöntemlerle ulaşılamayan daha yüksek bir sıcaklık aralığında gerçekleştirilmesi, böylece ek bir ısıl işlem basamağına ihtiyaç duyulmadan arzu edilen kaplama fazının ilgili altlık malzemesi üzerinde elde edilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, alev sprey piroliz sisteminde plaka şekilli α-Al2O3 tozlar TiO2 ile kaplanmış, elde edilen kaplamaların mikroyapısal özellikleri ve faz kompozisyonları incelenmiştir. Ayrıca α-Al2O3 plakalar üzerine TiO2 kaplama yapılması için süreç tasarımı gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Çeşitli süreç parametrelerinin (süspansiyon konsantrasyonu ve süspansiyon akış hızı gibi) nihai kaplama fazı üzerindeki etkileri araştırılmıştır.Anahtar Kelimeler: Plaka Şekilli α-Al2O3, TiO2, Alev Sprey Piroliz, Yaş Kimyasal Yöntemler, Gaz Fazından Reaksiyonlar, Isıl işlem

While plate-like α-Al2O3 powders have a wide range of applications (eg, luster pigments) in which plate surfaces are coated with different metal oxide layers (TiO2, Fe2O3, etc.) are widely preferred in various industries (automotive, construction, cosmetics, safety applications, etc.). The production of metal oxide coated α-Al2O3 platelets is carried out by wet chemical methods and gas phase reaction techniques and various problems are encountered depending on the manufacturing process applied. In both methods, it is quite difficult to change the reaction kinetics to achieve the desired coating thickness and / or to control the respective coating thickness. As a result of this, it is attempted to control the coating (reaction) time in order to achieve the desired coating thickness. In wet chemical methods, coating time is tried to be controlled by suspending the coarse litter particles, while in the gas phase reaction methods, the suspending action can be achieved by means of a fluidized bed method using a turbulent air flow. However, these applications require an additional heat treatment step for both methods. In this thesis, it is aimed to perform a process design for achieving TiO2 coating on α-Al2O3 platelets. Furthermore, it is aimed to realize TiO2 coating on plate-like α-Al2O3 powders in a higher temperature range which cannot be reached by the current methods by using flame spray pyrolysis system, thus obtaining the desired coating phase on the respective substrate material without the need for an additional heat treatment step. For this purpose, plate-like α-Al2O3 powders were coated with TiO2 in the flame spray pyrolysis system and the microstructural properties and phase compositions of the obtained coatings were examined. The effects of various process parameters (such as suspension concentration and suspension flow rate) on the final coating phase were investigated.Keywords: Plate-like α-Al2O3 Powders, TiO2, Flame Spray Pyrolysis, Wet Chamical Methods, Gase Phase Reaactions, HeatTreatment