Nano ölçekli koyu siyah renkli TZP (Tetragonal Zirkonya Polikristal) tozlarının tek kademede hidrotermal yöntemle üretilmesi

Abstract

Bu çalışmanın temel amacı, ilk kez ileri teknoloji malzeme üretim tekniklerini kullanarak homojen renk dağılımlı ve üstün mekanik özelliklere sahip siyah renkte ZrO 2 seramik malzemesinin üretimini sağlamaktır. Bu amaçla Fe, Co, Ni, Mn içeren geçiş metal oksitleri (Fe, Co, Ni, Mn) kullanılarak Al 2 O 4 spinel yapıya sahip ıtriyum katkılı zirkonya başlangıç tozu hidrotermal yöntemle ikinci bir prosese ihtiyaç duyulmadan tek aşamada sentezlenmiş ve düşük sinterleme sıcaklığında kararlı siyah ZrO 2 seramiklerin üretimi sağlanmıştır. Böylelikle maliyetin azalması ile birlikte siyah renkte ZrO 2 kristallerinde homojen renk dağılımı gözlenmiştir. Ayrıca, tek kademede sentezlenen siyah renkteki ZrO 2 tozlarını granül hale getirilmeden önce katkı malzemelerinin ilavesi ile seramik üretimini gerçekleştirmek amacıyla uygun teknik ile şekillendirilip, yüksek tokluk ve sertlik değerlerinde üretilebilirliği araştırılmıştır. Deneysel sonuçlar ile siyah renkli ZrO 2 numunesine ait ortalama tokluk değerinin 11 MPa.m 1/2 ve sertlik değerinin ise 9.5 GPa olduğu kanıtlanmıştır. Bu değerler, siyah renkli ZrO 2 üretiminde yapılan literatür çalışmaları arasında en yüksek değeri göstermektedir. Bu yüzden, yüksek aşınma direnci, sertlik gerektiren uygulamalar ve ağır yük altında çalışabilecek alternatif seramik malzeme olarak kabul edilebilir.

The basic purpose of this current research is, for the first time, to provide the production of black colored ZrO 2 ceramic material possessing homogeneous colored distribution and superior mechanic properties through state-of-the-art hydrothermal processing route. For this aim, nano-sized black- colored yttrium doped ZrO 2 starting powders bearing transition metal oxide e.g., Fe, Co, Ni and Mn were successfully in a one-step resulting for stable tetragonal (t) zirconia phase. Thus, homogeneous color distribution into black-colored ZrO 2 crystals were obtained with low cost. Granulation of synthesized black-colored zirconia powders were shaped with cold isostatic pressing (CIP) technique to enhance bulk ceramic body. After pressureless sintering, high toughness and hardness values were recorded from the sintered samples. Here, average toughness value of black ZrO 2 sample was 11 MPa.m 1/2 and hardness was 9.5 GPa. Based on the mechanical properties to the best of author’s knowledge, production of black colored zirconia with high mechanical properties was the first study in the literature. We, therefore, believe that this material can be considered as alternative ceramic material to use applications requiring high abrasion resistance, hardness and under heavy load.