B4C ve PMN-PT seramiklerin flash sinterleme ile üretimi ve karakterizasyonu

Bu çalışmada, PMN-PT piezoelektrik ve B4C kovalent seramik malzemelerinin yoğunlaştırılması, elektrik alan destekli flash sinterleme yöntemiyle gerçekleştirildi. PMN-PT malzeme sistemi için 0.67[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]−0.33(PbTiO3) kompozisyonu seçildi. Flash sinterleme deneyleri için, her iki numune üzerine uygulanmak üzere uygun elektrik alan (PMN-PT: 200 V/mm, B4C: 50 V/mm) ve yeterli maksimum akım limitleri (PMN-PT: 0,1 amper, B4C:0,5 amper) numunelerin elektriksel özelliklerine göre belirlendi. Flash sinterleme işlemi PMN-PT numunesi için 90 saniye ve ~700 °C'de gerçekleşirken, B4C numunesi için 150 saniye ve ~489 °C olarak gözlemlendi. Sinterlenmiş numunelerin bağıl yoğunluk değerleri %94 ve üzeri olarak ölçüldü ve bu değerler literatürle karşılaştırıldığında makul olduğu görüldü. Taramalı elektron mikroskobu ile mikroyapı analizi, bağıl yoğunluk ölçümü ile uyumlu olan uygun konsolidasyon morfolojisini gösterdi. Aşırı ısınmadan meydana gelebilecek tane ve tane sınırlarında lokal erimeler akım limitlemesi ile bu çalışmada engellendi X-ışınımı kırınımı analizine göre, söz konusu malzeme sistemleri rombohidral kristal yapıda tutarlılık göstermekte ve tüm deney döngüsü boyunca kimyasal ve fiziksel bileşimlerini korumaktadır. Elektrik alan destekli/flash sinterleme tekniği ile PMN-PT için sinterleme sıcaklığı 1200 °C'den 700 °C'ye düşürülürken sinterleme süresi 2 saatten 90 saniyeye düşürüldü. Böylelikle bu sinterleme yöntemi, PMN-PT piezoelektrik seramik için yüksek sıcaklık işlemlerinde ortaya çıkan toksik Pb (kurşun) emisyonunu azaltmak için çok önemlidir. B4C kovalent seramik malzemesi için, sinterleme süresi 48 saatten 150 saniyeye düşürülerek sinterleme sıcaklığı 1800 °C'den 489 °C'ye düşürülmüştür. Böylelikle bu teknik, B4C kovalent seramik için sinterleme sıcaklığını ve süresini azaltarak büyük enerji ve zaman tasarrufu yapmamızı sağlar. Anahtar Kelimeler: B4C, Elektrik Alan, Flash Sinterleme, Kovalent Seramik, Piezoelektrik Seramik, PMN-PT.