Kordierit seramiklerde kompozisyon, yapı ve özellik ilişkileri

Kordierit seramikler (Mg2Al4Si5O18) öne çıkan özellikleri sebebiyle spesifik elektrik ve ısıl uygulamalar için mükemmel malzemelerdir. Düşük ısıl genleşme katsayısı ve düşük dielektrik sabiti, yüksek kimyasal ve elektrik dayanıklılık kordierit seramiklerin aşırı durumlarda kullanılabilmelerine olanak sağlar. Kompozisyondaki küçük değişimler, özelliklerde büyük değişimlere sebep olduğu için kompozisyonun kordieritin final özelliklerine olan etkisi dikkate alınması gereken bir konudur. Bu çalışmada faz diyagramında yer alan kordierit bölgesinden dört kompozisyon seçilmiş ve özellikleri incelenmiştir. Kordierit seramiklerin katılaşma ve sıvılaşma sıcaklığının, yoğunlaşma ve nihai özellikler üzerine etkisi tez çalışması ile araştırılmıştır. Bu sıcaklıkları düşürmek için MgO miktarı artırılmıştır. Numuneler 1300 ve 1350℃'de sinterlenmiştir. Fiziksel, mekanik, ısıl ve dielektrik özellikler ölçülmüş ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır. En yüksek MgO ve en düşük Al2O3 içeriğine sahip olan C4 numuneleri, en düşük sinterleme ve yoğunlaşma sıcaklığına sahip olup, en yüksek yoğunlaşmayı göstermiştir. Ayrıca, 2,42 g/cm3 yoğunluğa, yüzde 0,53 açık porozite ve yüzde 1,55 kapalı poroziteye sahiptir. Faz analizi, mevcut tüm numunelerde ana faz olarak α-kordierit fazının oluşumunu doğrulamıştır. C4 numuneleri, açık porozitenin az olması sebebiyle en yüksek ısıl iletkenlik ve ısıl yayınımını -sırasıyla 1,23 W/m∙K ve 0,16 mm2/s- elde etmiştir. Üç nokta eğme testi sonuçları numunelerin eğilme dayanımının 43-73 MPa arasında değiştiğini ve gözeneklerin yokluğunda arttığını göstermiştir. 1-5000 kHz frekanslarında en yüksek dielektrik sabiti ve en düşük dielektrik kayıp sırasıyla 5,2 ve 0,003 olarak C4 numunelerinde elde edilmiştir. Mikroyapı ve elementel analizler izole ve kapalı gözeneklerin varlığını ve tüm numunelerde homojen elementel dağılımı kanıtlamıştır. Solidüs ve likidüs sıcaklıklarının ayarlanmasının fazladan bir ergime-soğutma sürecini ortadan kaldırdığı ve 1300℃'de yukarıda belirtilen özelliklere sahip kordierit seramiklerin üretilebileceği kanıtlanmıştır.