Production and characterization of ceramic components via current sintering techniques

Abstract

This dissertation aims to utilize contemporary advanced sintering techniques such as cold sintering, reactive hydrothermal liquid phase densification, fast firing, flash sintering, and ultrafast high-temperature sintering for sintering of various ceramic materials. The ceramics produced through these methods are compared with their traditional counterparts in terms of processing-structure-property relationships. In the first section, a brief overview of the advanced sintering techniques used is provided. Chapters 2-7 give a review study on low-temperature densification techniques, and the studies conducted using the cold sintering process and reactive hydrothermal liquid phase densification process, namely cold sintering techniques, which allow densification below 400 °C. Chapters 8&9 presents research related to ceramic materials produced via the fast-firing technique with rapid heating rates compared to conventional sintering, widely employed in the industry. Chapters 10-12 cover sintering studies conducted utilizing joule heating based sintering techniques allowing very fast heating rates such as flash sintering and ultrafast high-temperature sintering. Chapter 13 presents a comparison of current sintering techniques used in terms of applicability, equipment, materials, and so on. The pros and cons of such techniques were explained. In conclusion, there may be no guarantee that every ceramic material will yield successful results in all sintering processes. It is essential to recognize that each sintering process occurs within distinct sintering mechanisms. The selection of the appropriate advanced sintering method and conditions should be based on an assessment of the specific material's characteristics and the desired properties in the final product.

Bu tez, çeşitli seramik malzemelerin sinterlenmesi için soğuk sinterleme, reaktif hidrotermal sıvı faz yoğunlaştırma, hızlı pişirme, flaş sinterleme ve ultra hızlı yüksek sıcaklıkta sinterleme gibi çağdaş ileri sinterleme tekniklerini kullanmayı amaçlamaktadır. Bu yöntemlerle üretilen seramikler, işleniş-yapı-özellik ilişkileri açısından geleneksel muadilleriyle karşılaştırılmaktadır. Birinci bölümde, kullanılan ileri sinterleme tekniklerine kısa bir genel bakış sunulmaktadır. 2.-7. bölümde, düşük sıcaklıkta yoğunlaşma teknikleri üzerine bir derleme çalışması ile 400 °C'nin altında yoğunlaştırmaya olanak sağlayan soğuk sinterleme prosesi ve reaktif hidrotermal sıvı fazda yoğunlaştırma prosesi yani soğuk sinterleme teknikleri kullanılarak yapılan çalışmalar anlatılmaktadır. 8. ve 9. bölümde, endüstride yaygın olarak kullanılan geleneksel sinterleme ile karşılaştırıldığında hızlı ısıtma hızına sahip hızlı pişirme tekniği ile üretilen seramik malzemelere ilişkin araştırmalar sunulmaktadır. 10.-12. Bölümde çok hızlı ısınma oranlarına olanak sağlayan flaş sinterleme ve ultra hızlı yüksek sıcaklıkta sinterleme gibi joule ısıtma bazlı sinterleme teknikleri kullanılarak yapılan sinterleme çalışmaları anlatılmaktadır. 13.Bölüm, uygulanabilirlik, ekipman, malzeme vb. açısından kullanılan mevcut sinterleme tekniklerinin bir karşılaştırmasını sunmaktadır. Bu tekniklerin artıları ve eksileri açıklanmıştır. Sonuç olarak her seramik malzemenin tüm sinterleme işlemlerinde başarılı sonuçlar vereceğinin garantisi olmayabilir. Her sinterleme işleminin farklı sinterleme mekanizmaları içerisinde gerçekleştiğini bilmek önemlidir. Uygun ileri sinterleme yönteminin ve koşullarının seçimi, malzemenin kendine has karakterinin belirlenmesine ve nihai üründe istenen özelliklerin değerlendirilmesine dayanmalıdır.