Numune Hazırlama 1 La-Sr-Ni-O sistem

Numuneler pechini methodu kullanılarak hazırlanmıştır. Bu yöntemle numuneler hazırlanırken suda çözünebilen tuzlar kullanılmıştır. Bu amaçla LSN numuneleri için;

 Lantan asetat (La(CH3COO)3•1.5H2O)

 Stronsiyum asetat (Sr(C2H3O2)2•½H2O)

 Nikel nitrat (Ni(NO3)2•6H2O) tuzları kullanılmıştır.

LSN numuneleri Şekil 4.1’de görülen LaO1.5-SrO-NiO faz diyagramı üzerindeki

La2NiO4 bileşiğinin doğrultusu referans alınarak hazırlanmıştır. Katkı malzemesi

olarak seçilen SrO artışı ile hazırlanan numuneler diyagramda sağa doğru kaymaktadır ve yüzde miktarlarına göre isimlendirilmektedir. Örneğin LSN 46-20 numunesi, %46 LaO1.5, %20 SrO ve %34 NiO içeren bileşeği ifade etmektedir.

Bileşiğin katkılandırılmış formülü La2-xSrxNiO4+δ şeklindedir ve eklenen Sr

miktarıyla ters orantılı olarak La oranı azalmaktadır. Hazırlanan numuneler içerisinde sadece LSN40-40 numunesi La2NiO4 referans doğrultusu dışından

22

Şekil 4.1 : Deneysel elde edilen LaO1.5-SrO-NiO faz diyagramı üzerinde hazırlanan

numunelerin gösterimi.

Belirlenen sitokiyometrik oranda hassas terazide hazırlanan tuzlar, tek tek saf su ile çözülmüştür. Daha sonra ısıtıcılı karıştırıcılara konularak devamlı olarak bir süre karıştırılmıştır.

23

Karıştırma esnasında belirli aralıklarla şelat yapıcı olarak sitrik asit ilave edilmiştir. Miktar katyon başına 1 mol olarak belirlenmiştir bu da numune başına 12.6 grama denk gelmektedir. Sitrik asit eklendikten sonra süreçteki numune Şekil 4.2’de verilmiştir.

Sitrik asit ilavesi ile birlikte çözelti kıvamlaşmış viskozitesi artmıştır. Sürekli karıştırma ve ısıtma ile su uzaklaştırılmıştır. Zamanla beher tabanına çözelti çökmüş ve su tamamen uzaklaşırken kendiliğinden bir yanma/tutuşma reaksiyonu gerçekleşmiştir. Bu aşama literatüre göre bileşiklerin ön oluşum aşamasıdır. Bu aşamadan sonra beherdeki malzemenin etüvde kurutulmasına devam edilmiştir. Numuneler yaklaşık 16 saat süreyle etüvde kalmıştır. Bu esnada malzeme içerdigi organik ve krsital suyunun uzaklaşması esnasında ciddi şekilde şişip, kabarmaktadır. Numunelerde yeşilden kahverengiye doğru bir renk geçişi de gözlemlenmiştir. Etüvden alınan malzeme bir miktar ufalandıktan sonra porselen krozeye alınıp kalsinasyon işlemine geçilmiştir.

Numunelere kalsinasyon işlemi 800°C de yaklaşık 8 saat süreyle uygulanmıştır. Kalsinasyon aşamasında sırasında numuneler mümkün olduğunca geniş yüzeye sahip olacak şekilde bırakılmıştır.

Kalsinasyon prosesi sonrasında numuneler difüzyonla termodinamik denge fazlarına ulaşmaları için Şekil 4.3’de verilen tek eksenli preste 280 MPa altında peletlenmiştir.

24

Elde edilen peletler, Şekil 4.4’de görüldüğü üzere fırında meydana gelebilicek reaksiyonlardan kaçınmak amacıyla platin folyo üzerine yerleştirilmiştir. Numuneler fırın içerisinde 3 gün süre ile 1300°C ve 1100°C’de ısıl işleme tabi tutuldular.

Şekil 4.4 : Fırın içindeki hazırlanan pelet.

Isıl işlem sonrası numunelerin çoğu oda sıcaklığında soğumaya bırakılırken, LSN56- 10, LSN46-20 ve LSN26-40 numuneleri 1300°C’deki kristal yapıyı muhafaza etmek ve soğuma sırasında meydana gelebilicek oksitlenmeleri minimuma indirmek amacı ile sıvı azot içerisinde soğutulmuştur.

4.1.2 La-Sr-Ga-Mg sistemi

La-Sr-Ga-Mg (LSGM) numunelerinin hazırlanmasında da pechini methodu kullanılmıştır. Bu bileşiği oluşturan suda çözünen tuzlar;

 Lantan asetat (La(CH3COO)3•1.5H2O)

 Stronsiyum asetat (Sr(C2H3O2)2•½H2O)

 Magnezyum asetat (Mg (CH3COO)2.4H20)

 Galyum nitrat (Ga(NO3)3) tuzlarıdır.

Yapılan literatür taraması sonucunda hazırlanıcak LSGM kompozisyonları belirlenmiştir. Hazırlanan bileşikler La0,9Sr0,1Ga0,9Mg0,1 ve La0.85Sr0.15Ga0.85Mg0.15

olarak seçilmiştir.

Numunelerin tuzları Şekil 4.5’de görüldüğü üzere tuzlar tek tek saf suda çözülmüş ve ısıtıcılı karıştırıcılara konularak karıştırılmıştır.

25

Şekil 4.5 : Saf suda karıştırılmış tuzlar.

Karıştırma sırasında şelat yapıcı olarak LSN numunelerine olduğu gibi sitrik asit ilave edilmiştir. Sitrik asit katyon başına 1 mol olarak eklendiğinden 12.6 gr olan sitrik asit miktarı LSGM numuneleri için 15.75 gr olarak eklenmiştir. Isıtıcılı karıştırıcıdaki numunelerin viskozitesi sitrik asit ilavesi ile artmıştır. Bunun akabinde gerçekleşen ani yanma reaksiyonun ardından numuneler Şekil 4.6’da ki gibi görünmektedirler. Bu aşama literatüre göre bileşiklerin ön oluşum aşamasıdır.

Şekil 4.6 : Ani yanma reaksiyonu sonrası numuneler.

Bu aşamadan sonra numuneler kristal suyunu verip kurutulması amacı ile etüve konulmuştur. Bu aşamada numunedeki kristal suyu ve organiğin uzaklaşmasıyla ciddi oranlarda şişme gözlenmiştir. Yaklaşık 16 saatlik süreç sonrasında etüv içindeki numuneler Şekil 4.7’de ki görünümü kazanırlar.

26

Şekil 4.7 : Etüv sonrası numunelerin görünümü.

Etüvden sonra numuneler ufalanıp kabaca öğütülerek porselen krozelere konulmuştur. Krozelerdeki numuneler kalsinasyon işlemine tabi tutulmuştur. Bu işlem 800°C’de 8 saat süreyle uygulanmıştır. Şekil 4.8’de kalsinasyon öncesi ve sonrası numuneler verilmiştir.

Şekil 4.8 : Kalsinasyon öncesi (üst resim) ve sonrası (alt resim) numuneler. Kalsinasyon sonrası elde edilen numuneler Şekil 4.3’de verilen tek eksenli pres cihazı ile peletlenmiştir. Hazırlanan peletler ise Şekil 4.9’de verilmiştir.

27

Şekil 4.9 : Peletlenen numuneler.

Hazırlanan peletler LSN’de olduğu gibi platin bir folyo üzerine konulup 3gün süreyle 1300°C’de ısıl işleme tabi tutulmuştur. Isıl işlem sonrası numunelerin görüntüsü Şekil 4.10’da verilmiştir.

Şekil 4.10 : 1300°C’de ısıl işlem görmüş peletler.

Bu aşamadan sonra numunelerin faz ve mikroyapı karakterizasyonları yapılmıştır. 4.1.3 La-Ce-O sistemi

Koruyucu bariyer olarak kullanılmak üzere Lantan ile katkılandırılmış CeO2(LDC)

hazırlanmıştır. Hazırlanan bileşiğin kimyasal formülü ise La0.4Ce0.6O1.8’dir. Bu yakıt

pili hücresi bileşeninin üretiminde de elektrot ve elektrolit üretiminde kullanılan pechini methodu kullanılmıştır. Bileşiğin sentezlenmesinde kullanılan tuzlar;

 Lantan asetat (La(CH3COO)3•1.5H2O)

 Seryum nitrat Ce(NO3)3.6H2O

Numunelerin tuzları belirlenen stokiyometrik oranlarda saf su ile çözülerek ısıtıcılı karıştırıcıya konulmuştur. Karışıma şelat yapıcı olarak sitrik asit eklenmiştir. Isıtıcılı karıştırıcıda ani yanma reaksiyonu meydana geldikten sonra numune etüve konulup

28

16 saat süre ile etüv içerisinde bekletilmiştir. Etüv sonrasında numune 800° de kalsinasyon işlemine tabi tutulmuştur.