$SiO_2$ katkısının $Al_2TiO_5$ seramiklerinin fiziksel özelliklerine etkisi

Özet

Alüminyum Titanat ($Al_2TiO_5$), düşük ısıl iletkenlik katsayısına ve yüksekısıl şok direncine sahip seramik bir malzemedir. $Al_2TiO_5$’in sinterlemesisüresince oluşan mikro çatlaklar düşük mekanik mukavemete yolaçmaktadır. Mekanik özelliklerin iyileştirilmesi amacıyla çeşitli oksitkatkı malzemeleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, katkı malzemesiolarak $SiO_2$ kullanılarak gözeneklilik, faz kompozisyonu, eğmemukavemeti ve mikroyapı üzerindeki etkileri araştırılmıştır.Kompozisyonlar $alpha-Al_2O_3$ ve rutil ($TiO_2$)’nin eş molar karışımınaağırlıkça %10’a kadar kuvars ($SiO_2$) eklenerek hazırlanmıştır. Tozkarışımı tek eksenli bir pres vasıtasıyla şekillendirilmiş ve 1450 °C'de3 sa. sinterlenmiştir. Deneysel sonuçlar $SiO_2$ ilavesi ile gözenekliliğindüştüğünü ve mekanik mukavemetin arttığını göstermektedir. $SiO_2$ilavesi ile mullit oluşumunun meydana geldiği ve çatlakların azaldığıtespit edilmiştir. Saf $Al_2TiO_5$'in eğme mukavemeti 6.80 MPa iken, %10$SiO_2$ ilavesiyle 38.43 MPa eğme mukavemeti elde edilmiştir. Sonuçolarak, $SiO_2$ ilavesi $Al_2TiO_5$ seramiklerinin fiziksel ve mikroyapısalözelliklerinin iyileştirilmesinde etkin bir rol oynamıştır.

Abstract

Aluminum Titanate ($Al_2TiO_5$) is a ceramic material with coefficient of low thermal conductivity and high thermal shock resistance. The micro cracks formed during the sintering of $Al_2TiO_5$ lead to low mechanical strength. Various oxide additives are used to improve mechanical properties. In this study, $SiO_2$ was used as additive and its effects on porosity, phase composition, bending strength and microstructure were investigated. The compositions were prepared by adding up to 10% (by wt.) quartz ($SiO_2$) to the equimolar mixture of $alpha-Al_2O_3$ and rutile ($TiO_2$). The powder mixture was shaped by an uniaxial press and sintered at 1450 °C for 3 hours. Experimental results show that porosity decreases and mechanical strength increases with the addition of $SiO_2$. It was determined that mullite formation occurred and the number of cracks decreased with the addition of $SiO_2$. The bending strength of the pure $Al_2TiO_5$ was 6.80 MPa, while the bending strength of 38.43 MPa was obtained by addition of 10% $SiO_2$. As a result, the addition of $SiO_2$ has played an active role in improving the physical and microstructural properties of $Al_2TiO_5$ ceramics.