The Effect of PbO Additive to Grain Growth Kinetics of TiO2-BaO Based Ceramics

Yıl 2014, Cilt: 14 Sayı: 3, 357 - 362, 01.12.2014

A.şükran Demirkıran Şaduman Şen Uğur Şen Şenol Yılmaz

Öz

In the present study, the effect of PbO on grain growth kinetics of the barium titanate based ceramic materials has been investigated depending on sintering temperature and time. For this purpose, the powder mixtures consisting of BaCO3, TiO2 and PbO were prepared by ball milling technique in deionised water using ZrO2 balls at 200 devir/dk for 20 h. The prepared powders were calcined at 800°C for 2 h. Produced powders were mixed 5%polyvinylalcohol (PVA) and pressed as green body under the pressure of 300 MPa and sintered at 1150, 1200 ve 1250°C for 2 h. X-ray diffraction analysis showed that the main phases formed in the sintered samples are BaTiO3 and Ba0.8Pb0.2TiO3. Atomic force microscope (AFM) images were used for examinations of grain structure and size of the sintered samples. Grain growth kinetic equation Gn=K.t.exp(-Q/RT) was used for determining of the activation energy of the TiO2-BaO-PbO based ceramic materials. © Afyon Kocatepe Üniversitesi 1. GirişPbTiO3, BaTiO3, SrTiO3 ve PbZrO3 seramikleri ABO3 perovskit yapısına sahiptirler ve teknolojik uygulamalarda elektrik endüstrisinde uzun süredir kullanılmaktadırlar (Jeon et al. 2005, Ramana and Reddy 2010). Resistör veya termistör olarak tanımlanan ve geleneksel seramik üretim yöntemiyle üretilen baryum titanat’ın iri taneli ve yüksek bulk yoğunluğa sahip olması gerekmektedir (Jeon, et al. 2005, Erkalfa, 2004). (Pb1-x,Bax)TiO3(0≤x≤ 1) seramikler mikro elektronik teknolojisinde kendiliğinden özelliklerinden (Pb,Ba)TiO3 ferroelektrik seramikleri geleneksel polarizasyon dolayı gibi üstün tercih edilmektedir

Anahtar Kelimeler

“TiO2-BaO-PbO

TiO2-BaO Esaslı Seramik Malzemelerinin Tane Büyüme Kinetiğine PbO Katkısını Etkisi

Öz

Bu çalışmada PbO katkısının baryum titanat esaslı seramik malzemenin tane büyüme kinetiğine etkisi sinterleme sıcaklığı ve süresine bağlı olarak incelenmiştir. Bu amaçla BaCO3, TiO2 ve PbO içeren toz karışımı 200 dev/dk hızda 20 saat süreyle ZrO2 bilye kullanılarak bilyeli değirmende saf su içerisinde hazırlanmıştır. Hazırlanan tozlar kurutma işleminin ardından 800°C’de 2 saat süreyle kalsinasyon işlemine tabi tutulmuştur. Üretilen tozlar %5 polivinil ilavesi yapıldıktan sonra 300 MPa basınç altında preslenerek 1150, 1200 ve 1250°C’de 1-4 saat süreyle sinterlenmiştir. Üretilen seramik malzemelerin XRD analizi incelemelerinde BaTiO3 and Ba0.8Pb0.2TiO3 fazlarından oluştuğu belirlenmiştir. Malzemelerin mikroyapı incelemeleri ve tane boyut ölçümleri atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile gerçekleştirilerek büyüme kinetiği incelenmiştir. TiO2-BaO-PbO esaslı seramik malzemelerin aktivasyon enerjileri tane büyüme kinetiği denklemi, Gn=K.t.exp(-Q/RT) kullanılmak suretiyle belirlenmiştir

Anahtar Kelimeler

“TiO2-BaO-PbO Seramikler”, “Tane Büyümesi”, “Kinetik”, “AFM“

Kaynakça

• Demartin, M., Herard, C., Carry, C. and Lemaıtre, J., 1997. Dedensification and Anomalous Grain Growth during Sintering of Undoped Barium Titanate. J. Am. Ceram. Soc., 80,5, 1079–84.
• Demirkiran, A.Ş., Yilmaz, S. and Sen, U., 2011. Grain Growth Kinetics of Glass–Ceramic Produced From Power Plant Fly Ash. Int. J. Appl. Ceram. Technol., 8 ,6 1444–1450.
• Erkalfa, H., Yuksel, B. and Ozkan, T.O., 2004. The Effect of BO3 Addition on the Sintering of Sb2O3 Doped BaTiO3. Key Engineering Materials, 264- 268, 1333- 1336.
• Jeon, H., Lee S., Kim, S. and Choi, D., 2005, Effects of BaO–B2O3–SiO2 glass additive on densification and dielectric properties of BaTiO3 ceramics. Materials Chemistry and Physics, 94, 185–189.
• Kumar, P., Singh, P., Singh, S., Juneja, J.K., Prakash, C. and Raina, K.K., 2009. Effect of Two-Stage Sintering on Dielectric and Ferroelectric Properties of Ba0.80Pb0.20TiO3. Ceramics Ferroelectric Letters, 36, 92–101.
• Ramana, M.V., Reddy, P., Reddy, N.R., Kumar, K.V.S., Murthy, Nanocrystalline Ceramics: Mechanical and Electrical Properties, Hindawi Publishing Corporation Journal of Nanomaterials, Research Article, 8p. B.S., Ferroelectric
• Ramana M.V. and Reddy N.R., 2010. Internal friction and dielectric permittivity studies: barium lead titanate ferroelectric ceramics. Phys. Scr. 82,6, 5p.
• Senda, T. and Bradt, R.C., 1990. Grain Growth in Sintering ZnO and ZnO–Bi2O3 Ceramics. J. Am. Ceram. Soc., 73,1 106–114.
• Yilmaz, S., Ercenk, E., Toplan, H.O., and Gunay, V., 2007. Grain Growth Kinetic in xTiO2–6 wt.% Bi2O3–(94-x) ZnO (x50, 2, 4) Ceramic System. J. Mater. Sci., 42, 13, 5188–5195.
• Wang, S.F, Yang, T.C.K, Wang, Y.R. and Kuromitsu, Y. 2001. Effect of glass composition on the densification and dielectric properties of BaTiO3 ceramics. Ceramics International, 27, 157-162.