Flaş Sinterleme Tekniğiyle Seramiklerin İşlenmesinde Enerji Kullanımını Azaltmanın Yolları Araştırılıyor
Fotoğraf-1 : Farklı sinterleme yaklaşımlarıyla mikro yapıdaki değişiklikler
Flaş sinterleme, yalnızca harici fırın ısıtması kullanmak yerine, seramik numunesini dahili olarak yoğun bir şekilde ısıtmak için elektrik akımı kullanan bir seramik işleme tekniğidir. İşlem, seramik işleme sıcaklıklarını ve sürelerini önemli ölçüde düşürebilir, seramiklerin metaller veya diğer malzemelerle birlikte işlenmesini sağlar ve enerji kullanımını azaltır.
Bununla birlikte, işlem, mikro yapıda homojensizliklerin neden olduğu zayıflıklar nedeniyle düşük kaliteli seramiklerle sonuçlanabilir.
Flaş sinterleme sırasında malzemedeki termal gradyanların neden olduğu bu homojensizliklerin kökenleri, Warwick Üniversitesi merkezli araştırmacılar ve akademik ve endüstriyel işbirlikçiler tarafından incelenmiş ve bu gradyanların etkilerini azaltmanın yolları özetlenmiştir.
Bu modifiye flaş sinterleme yollarının benimsenmesi, seramik işlemede flaş sinterlemenin daha geniş kullanımını sağlayacak ve katı hal pilleri dahil olmak üzere birçok yararlı seramik ürünün daha düşük enerjiyle üretimini mümkün kılacaktır.
Flaş sinterleme kullanılarak yoğunlaştırılmış seramikler, enerji kullanımını azaltır ve katı hal piller için gerekli olanlar gibi karmaşık seramik yapıların, sıcaklıkları düşürerek ve ısıl işlem süresini kısaltarak uygulanabilirliğini iyileştirmek için kullanılabilir.
Akademik ve endüstriyel ortaklarla işbirliği içinde çalışan Warwick Üniversitesinden araştırmacılar, şu anda flaş sinterlemenin ölçek büyütme potansiyelini sınırlayan seramik içindeki homojen olmayan bölgelerin oluşumuna odaklanan flaş sinterlemenin son teknolojisinin bir incelemesini yayınladılar. İncelemede termal gradyanların mikro yapısal homojensizliklerden sorumlu olduğu ve bu etkileri ortadan kaldırmak veya azaltmak için yeni yollar önerdiği ortaya çıkarmaktadır.
Geleneksel prosesler çok yüksek sıcaklıklarda uzun ateşleme işlemleri gerektirdiğinden, seramik üretim endüstrisinde enerji kullanımının azaltılması, küresel emisyon azaltma hedeflerini karşılamada önemli bir adımdır. Katı hal pilleri, termal bariyer kaplamaları gibi uygulamalarda kullanılmak üzere malzemelerin yoğunlaştırılması için özellikle umut verici bir yol olarak ortaya çıkan flaş sinterleme ile son on yılda birkaç düşük enerjili süreç geliştirilmiştir.
MRS Bülteninin özel bir sayısının bir parçası olarak yayınlanan ‘Termal yönetim yoluyla seramiklerin flaş sinterlenmesi sırasında mikro yapısal homojenliğin teşvik edilmesi’ başlıklı makalede, Warwick Üniversitesinden Gareth Jones ve Dr.Claire Dancer; Wuhan Teknoloji Üniversitesi, Normandiya Üniversitesi ve Lucideon Şirketi ve Trento Üniversitesinden işbirlikçilerle çalışarak, flaş sinterlemeye maruz kalan seramik malzemelerin farklı bölgelerindeki mikro yapısal varyasyonların kökenlerini gözden geçirdiler.
Mikro yapısal gelişimdeki farklılıklar, işleme sırasında malzeme içindeki termal gradyanlardan kaynaklanır ve bunlar, flaş sinterleme işlemi sırasında termal yönetimin dikkatli bir şekilde uygulanması ile azaltılabilir. Bu uygulamalardan bazıları elektrot uygulama yöntemini değiştirme, yalıtım yoluyla ısıl homojenliğin iyileştirilmesi, AC akımının frekansını uyarlamak ve şu anda termal bariyer kaplamaların konsolidasyonu ile sınırlı olan elektrik akımını uygulamak için temassız yöntemler geliştirmek şeklinde sıralanabilir. Başlık: Flaş sinterleme sırasında ısı dağılımının simülasyonu. Kredi: Warwick Üniversitesi
Bu incelemenin bulguları, endüstriyel uygulama için sürecin gelişimini hızlandıracak olan flaş sinterlemede termal yönetim hakkında daha fazla araştırma yapmak için bir yol haritası sağlar.
Warwick Üniversitesinden Malzeme ve Sürdürülebilirlik Direktörlüğü bünyesindeki Seramik Grubu lideri Dr.Claire Dancer, şu yorumu yapıyor:
“Flaş sinterleme gibi teknikler kullanarak seramik işleme sıcaklıklarını düşürmek, katı hal piller için gerekli olanlar gibi karmaşık çok malzemeli yapıların üretilmesi ve seramik endüstrisinde genel enerji kullanımının azaltılması için önemli bir adımdır.
“Bununla birlikte, işlemin yaygın kullanım için sağlam homojen seramik malzemeler üretmesi gerekiyor. Makalemiz, flaş sinterlemenin neden seramiklerde homojen olmayan özelliklere neden olabileceğini açıklıyor ve bu etkileri azaltmak için bir dizi yol öneriyor.”
Kaynak : sciencedaily.com
