BiNaTiO3 ve KNaNbO3 tabanlı piezoelektrik seramiklerde katkılandırmayla değişen sinterleme koşullarının optimizasyonu

Günümüz elektronik endüstrisinin pek çok cihazın üretiminde kullanmakta olduğu piezoelektrik malzemelerde ortaya çıkan bir sorun bu tez çalışmasının temel amacını oluşturmaktadır. Son elli yılı aşkın bir süredir bilinen ve üretilen kurşun zirkonat titanat (PZT), kurşun magnezyum niyobat-kurşun titanat (PMN-PT) ve kurşun çinko niyobat-kurşun titanat (PZN-PT) gibi perovskit kristal yapılı katı çözelti formundaki malzemeler üstün piezoelektrik ve ferroelektrik özellikler göstermektedir. Bu özelliklerin sayesinde gerek sivil gerekse askeri alanda pek çok ultrasonik dönüştürücü, SONAR, sensör, aktüatör, yakıt enjektörü ve taramalı elektron mikroskopları için nano-pozisyoner gibi uygulamalarda yaygın kullanım alanı bulan bu malzemelerin tümünün içeriğinde ağ.% 60'ın üzerinde toksik bir ağır metal olan kurşun bulunmaktadır. Teknolojik bakımdan vazgeçilemez olmuş bu malzemelerin üretimleri sırasında yüksek sıcaklıklarda kolayca buharlaşan kurşunun çok ciddi çevre sorunlarına ve insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkilere yol açtığı tespit edilmiştir. Bu nedenle yakın geçmişte piezoelektrik malzeme seçiminde ve üretiminde yegane kriter üstün özelliklerin elde edilmesi iken Avrupa Birliği (EU) ülkelerinde çıkarılan kanunlarla bileşiminde kurşun (Pb) içeren malzemelerin yasaklanmasıyla günümüzde "kurşunsuz piezoelektrik" malzemelerin geliştirilmesi ciddi bir talep görmektedir. Son yıllarda başta PZT olmak üzere kurşun içeren piezoelektrik malzemelere alternatif olarak üretim ve özelliklerin geliştirilmesi üzerine yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bu malzemeler arasında öne çıkan başlıca iki temel sistem; BiNaTiO3 (BNT) ve KNaNbO3 (KNN) olmuştur. Ancak bu malzemelerin üretimde veya özelliklerde görülen sorunlar henüz tam olarak aşılamamıştır. BNT'de görülen Curie sıcaklığının (Tc) altındaki faz dönüşümü ve KNN'de üretimde yoğunlaşma sıkıntıları, özelliklerin sıcaklığa oldukça bağımlı olması ve stokiyometri kontrolünün alkalilerin buharlaşması nedeniyle zorlaşmasından dolayı bu problemleri aşmak için bazı stratejiler izlenmiştir. Yoğunluk problemlerini aşmada sıcak izostatik presleme (HIP), spark plazma sinterlemesi (SPS) gibi teknikler denenmiş ve başarılı sonuçlar rapor edilmiştir. Ancak bu tekniklerin endüstriyel uygulamalar bakımından ekonomik ve pratik olmadığı da açıktır. Konvansiyonel üretim tekniklerinden vazgeçmeden bileşime katılan katkılarla modifiye edilen sistemler oldukça iyi özellikler sunmaktadır. Bu çalışmanın amacı BNT ve KNN bazlı çevre dostu kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin yüksek saflıkta ticari toz hammaddelerden yola çıkarak katı hal yöntemiyle üretimi ve özelliklerinin ölçümüdür. Her iki sistemde de kullanılan katkılar üstün malzeme özelliklerinin sağlanmasında en kritik adım olan sinterleme koşullarını değiştirebilecektir. Bu bakımdan sinterlemede etkin olan termodinamik ve kinetik koşulların optimize edilerek sistematik bilgilerin ortaya konulması amaçlanmaktadır.