Alüminyum borat tozlarının sentezlenmesi, alüminyum borat esaslı seramiklerin üretilmesi ve karakterizasyonları

Alüminyum borat sahip olduğu düşük ısısal genleşme katsayısı (4.5×10-6/°C), yüksek elastik modülü (400 GPa) ve düşük yoğunluk (2.93 gr/cm3) özelliklerinden dolayı yapısal uygulamalar için uygun bir seramiktir. Bilhassa, sahip olduğu düşük termal iletkenlik değerinden dolayı (1000°C'e kadar 4 - 6 W/m.K) termal yalıtkan olarak kullanılmaktadır. Ancak, sahip olduğu iğnesel partikül şekli sinterleme esnasında yoğunlaşmayı zorlaştırmaktadır. Bu tez çalışmasında, Al2O3 and yerli B2O3 kaynakları kullanılarak katı hal methodu ile Al18B4O33 tozu sentezlenmiş ve sonrasında temel karakterizasyonlar (faz oluşumu, mikroyapı gelişimi, mekanik, termal, dielektrik özellikler) tamamlanmıştır. 7 farklı kompozisyon (ağırlıkça %10.7, %13.4, %18.1, %27.9, %34.4, %44, %54.1 B2O3) hazırlanmış ve daha sonra Al18B4O33 tozlarını sentezlemek için 1300°C'de 1 saat kalsine edilmişlerdir. Tam Al18B4O33 oluşumu ağırlıkça %44 B2O3 oranında (sitokiyometrik oran olan ağırlıkça %13.17 B2O3'den farklı olarak) elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, 1200°C ve üstü kalsinasyon sıcaklıklarında Al18B4O33 kristalleşmesi ya da çekirdeklenmesini başlatmak için ağırlıkça %44 oranında B2O3 (yada, Al2O3/B2O3 mol oranı 0.87) ihtiva eden bir eriyiğin gerekli olduğunu göstermiştir. İğnesel Al18B4O33 partikülleri, tam olarak ağırlıkça %44 ve %54.1 B2O3 içeren karışımlarda, Al2O3 tamamen tüketildiğinde elde edilmiştir. Ancak, sahip olduğu iğnesel partikül şekli sinterleme esnasında yoğunlaşmayı zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, yoğunlaşma kristal yapılarının benzerliğinden dolayı mullit ile kompozit yapı oluşturma yöntemi ile kontrol edilmiştir. AB, PAB, ABG ve AMG numuneleri jel döküm yöntemi ile hazırlanmıştır. 1350°C 'de 1 saat sinterlenen PAB numunesinin göreceli yoğunluğu %59.7 olarak ölçülmüştür, fakat %2 CaO ilavesi ile yoğunluk %95.4'e yükselmiştir (AB numunesi). AMG seramikleri %94.8 göreceli yoğunluğa ve sıfıra yakın açık gözenek ve su emme değerlerine ulaşmıştır. ABG seramikleri %89.4 gibi sınırlı bir yoğunluğa ulaşmıştır. Numunelerin dielektrik sabitleri 5 MHz'de 4 ile 6.6 arasında ölçülmüştür. AB numunesinin termal iletkenliği 7.26 W/m.K iken, PAB numunesi düşük yoğunluğundan dolayı termal iletkenliği 2.7 W/m.K olarak ölçülmüştür. Bu çalışmada, Al borat-cam (ABG) ve Al borat- müllit-cam (AMG) kompozitleri literatürde ilk kez araştırılmıştır. Bu sonuçlar, alüminyum borat esaslı seramiklerin, metal matrisli kompozit uygulamalarda takviye faz olarak, termal yalıtkan, filtre, altlık ve radom uygulamalarında kullanılabileceğini göstermektedir. Anahtar kelimeler: Al borat toz sentezi, yoğunlaşma, dielektrik özellikler, mekanik özellikler, ısısal özellikler