ZnO-Al₂O₃-SiO₂ esaslı cam seramiklerin üretilmesi ve karakterizasyonu

Mevcut çalışmada, çekirdeklendiriciler kullanılarak ZnO-Al₂O₃-SiO₂ (ZAS) esaslı transparan cam seramiklerin üretilmesi ve elde edilen ZAS esaslı cam seramiklerin yapısal ve transparan özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada TiO₂ ve ZrO₂ çekirdeklendirici olarak kullanılmıştır. Ayrıca ileri teknoloji seramik olan transparan ZAS cam-seramikler optik cam-seramikler olarak büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada ZAS esaslı transparan cam-seramik üretmek amacı ile ZnO, Al₂O₃, SiO₂, B₂O₃, PbO ve çekirdekleyici olarak TiO₂, ZrO₂ tozlarından kompozisyon hazırlanmıştır. Bu kompozisyonlar hazırlanırken ZnO-Al₂O₃-SiO₂ (ZAS) üçlü denge diyagramının bileşim oranları göz önüne alınmıştır. ZAS-A, B, C ve D olarak adlandırılan sistemde ZAS-A'da ağırlıkça %36ZnO, %12Al₂O₃, %47SiO₂, %5B₂O₃ bulunmaktadır. ZAS-B için %34ZnO, %11.5Al₂O₃, %44.5SiO₂, %5B₂O₃ ve çekirdeklendirici %2.5TiO₂, %2.5 ZrO₂ bileşimi hazırlanmıştır. ZAS-C ise ağırlıkça %36ZnO, %12Al₂O₃, %47SiO₂, %5PbO içerirken, ZAS-D ağırlıkça %34ZnO, %11.5 Al₂O₃, %44.5SiO₂, %5PbO ve çekirdeklendirici %2.5TiO₂, %2.5 ZrO₂ içermektedir. ZAS cam seramiğinin ısıl işlem sonrası karakterizasyon incelemeleri aşağıdaki sıra ile yapılmıştır. Elektrikli asansörlü fırında 1450ºC'de 2 saat süre ile ergitilen homojen ZAS bileşimleri grafit kalıba dökülmüş ve termal gerilmeleri uzaklaştırmak için tav fırınında 600ºC'de 1 saat gerilim giderme tavlamasına tabi tutulmuştur. Tavlama işlemi sonrası elde edilen cama kırma, öğütme işlemleri yapılıp tozların XRD, DTA (10-15-20°C/dk hızla) ve kinetik analizleri yapılmıştır. DTA analizinden faydalanarak numuneler ZAS-A ve ZAS-B için 900 ºC ve 950 ºC, ZASC için 950ºC ve 1000ºC, ZAS-D için ise 850ºC, 900 ºC ve 950 ºC sıcaklıklarda 4 saat ısıl işleme tabi tutulmuştur. Gerçekleştirilen XRD analizlerinde üretilen ZAS kodlu cam-seramiklerin willemit, gahnit ve kuvars fazlarından oluştuğu belirlenmiştir. Üç farklı sıcaklık ve sürede (800ºC, 850ºC ve 900ºC'de 1, 3 ve 5 saat) sinterleme işlemine tabi tutulmuşlardır ve SEM analizleri yapılmıştır. Kinetik çalışmalarda ZAS kodlu camlar için kristallenme ve viskoz akış aktivasyon enerjileri sırasıyla ZAS-A için 311,775 kJ/mol ve 365,816 kJ/mol, ZAS-B için 267,143 kJ/mol ve 277,133 kJ/mol, ZAS-C için 271.457 kJ/mol ve 290.990 kJ/mol, ZAS-D için 239.758 kJ/mol ve 266,745 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. ZAS kodlu cam-seramikler için ölçülen sertlik değerleri ise sinterleme sıcaklığı ve süresine bağlı olarak 515-934 HV0.05 değerleri arasında değişim göstermektedir. Ölçülen yoğunluk değerleri ise 2,5-3 gr/cm³ aralığında bulunmaktadır.