SiO2 katkısının Al2TiO5 seramiklerinin fiziksel özelliklerine etkisi

Yıl 2020, Cilt: 26 Sayı: 4, 594 - 598, 20.08.2020

Melih Özçatal Mustafa Serhat Başpınar

Öz

Alüminyum Titanat (Al2TiO5), düşük ısıl iletkenlik katsayısına ve yüksek ısıl şok direncine sahip seramik bir malzemedir. Al2TiO5’in sinterlemesi süresince oluşan mikro çatlaklar düşük mekanik mukavemete yol açmaktadır. Mekanik özelliklerin iyileştirilmesi amacıyla çeşitli oksit katkı malzemeleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, katkı malzemesi olarak SiO2 kullanılarak gözeneklilik, faz kompozisyonu, eğme mukavemeti ve mikroyapı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Kompozisyonlar α-Al2O3 ve rutil (TiO2)’nin eş molar karışımına ağırlıkça %10’a kadar kuvars (SiO2) eklenerek hazırlanmıştır. Toz karışımı tek eksenli bir pres vasıtasıyla şekillendirilmiş ve 1450 °C'de 3 sa. sinterlenmiştir. Deneysel sonuçlar SiO2 ilavesi ile gözenekliliğin düştüğünü ve mekanik mukavemetin arttığını göstermektedir. SiO2 ilavesi ile mullit oluşumunun meydana geldiği ve çatlakların azaldığı tespit edilmiştir. Saf Al2TiO5'in eğme mukavemeti 6.80 MPa iken, %10 SiO2 ilavesiyle 38.43 MPa eğme mukavemeti elde edilmiştir. Sonuç olarak, SiO2 ilavesi Al2TiO5 seramiklerinin fiziksel ve mikroyapısal özelliklerinin iyileştirilmesinde etkin bir rol oynamıştır.

Anahtar Kelimeler

Al2TiO5, Sinterleme, Katkı malzemeleri, 3 nokta eğme mukavemeti, SiO2

Kaynakça

• Bayer G. “Thermal expansion characteristics and stability of pseudobrookite-type compounds, Me3O5”. Journal of the Less Common Metals, 24(2), 129-138, 1971.
• Ishitsuka M, Sato T, Endo T, Shimada M. “Synthesis and thermal stability of aluminum titanate solid solutions”. Journal of the American Ceramic Society, 70(2), 69-71, 1987.
• Skala RD, Li D, Low IM. “Diffraction, structure and phase stability studies on aluminium titanate”. Journal of the European Ceramic Society, 29(1), 67-75, 2009.
• Palacio FR. Reactive Sintering of Aluminum Titanate. Editör: Lakshmanan A. Sintering of Ceramics-New Emerging Techniques, 501-526, Rijeka, Croatia, InTech, 2012.
• Nagano M, Nagashima S, Maeda H, Kato A. “Sintering behavior of Al2TiO5 base ceramics and their thermal properties”. Ceramics International, 25(8), 681-687, 1999.
• Jiang L, Chen XY, Han GM, Yu MENG. “Effect of additives on properties of aluminium titanate ceramics”. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 21(7), 1574-1579, 2011.
• Bachmann JL. Investigations of Properties of Aluminium Oxide and Some Aluminuos Materials. Ph.D Thesis, Pennsylvania State University, Pennsylvania USA, 1948.
• Freudenberg B. Etude de la reaction à l'état solide: Al2O3+TiO2-Al2TiO5. Tesis Doctoral, Eĉole Polytécnique, Lausanne Suisse, 1987.
• Lang SM, Fillmore CL, Maxwell LH. “The system beryllia-alumina-titania: phase relations and general physical properties of three-component porcelains”. Journal of Research of the National Bureau of Standards, 48, 298-312, 1952.
• Bayer G. “Thermal expansion characteristics and stability of pseudobrookite-type compounds, Me3O5”. Journal of the Less Common Metals, 24(2), 129-138, 1971.
• Low IM, Oo Z. “Reformation of phase composition in decomposed aluminium titanate”. Materials Chemistry and physics, 111(1), 9-12, 2008.
• Low IM, Oo Z. “In Situ Diffraction Study of Self‐Recovery in Aluminum Titanate”. Journal of the American Ceramic Society, 91(3), 1027-1029, 2008.
• Korim T. “Effect of Mg2+-and Fe3+-ions on formation mechanism of aluminium titanate”. Ceramics International, 35(4), 1671-1675, 2009.
• Kim IJ, Supkwak H. “Thermal shock resistance and thermal expansion behaviour with composition and microstructure of Al2TiO5 ceramics”. Canadian metallurgical quarterly, 39(4), 387-396, 2000.
• Rezaie HR, Naghizadeh R, Farrokhnia N, Arabi S, “The effect of Fe2O3 addition on tialite formation”. Ceramics international, 35(2), 679-684, 2009.
• Maki R, Suzuki Y. “Microstructure and mechanical properties of MgO-doped Al2TiO5 prepared by reactive sintering”. Journal of the Ceramic Society of Japan, 121(1415), 568-571, 2013.
• Fukuda M, Yoko T, Takahashi M. “Decomposition free Al2TiO5-MgTi2O5 ceramics with low-thermal expansion coefficient”. New Journal of Glass and Ceramics, 3(4), 111-115, 2013.
• Guedes-Silva CC, Carvalho FMDS, Ferreira TDS, Genova LA. “Formation of aluminum titanate with small additions of MgO and SiO2”. Materials Research, 19(2), 384-388, 2016.
• Aneziris CG, Dudczig S, Gerlach N, Berek H, Veres D. “Thermal shock performance of fine grained Al2O3 ceramics with TiO2 and ZrO2 additions for refractory applications”. Advanced Engineering Materials, 12(6), 478-485, 2010.
• Kucuk I, Boyraz T, Gökçe H, Öveçoğlu ML, “Thermomechanical properties of aluminium titanate (Al2TiO5)-reinforced forsterite (Mg2SiO4) ceramic composites”. Ceramics International, 44(7), 8277-8282, 2018.
• Jiang L, Chen XY, Han GM, Yu MENG. “Effect of additives on properties of aluminium titanate ceramics”. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 21(7), 1574-1579, 2011.
• Oikonomou P, Dedeloudis C, Stournaras CJ, Ftikos C. “Stabilized tialite–mullite composites with low thermal expansion and high strength for catalytic converters”. Journal of the European Ceramic Society, 27(12), 3475-3482, 2007.
• Kim D, Kim HJ, Kim HT, Namkung J, Kim I, Choi SC, Ryu SS. “Mechanical properties of Al2TiO5 ceramics for high temperature application”. Current Nanoscience, 10(1), 154-158, 2014.