Theses supervised by Dr. Öğr. Üyesi Emrah Dölekçekiç
10 theses · Eskişehir Technical Üniversity
Kimyasal temperlenmiş soda-kireç camının balistik özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada geleneksel transparan zırh sistemlerine alternatif olarak kullanılabilecek, daha hafif, ince ve aynı zamanda ticari olarak üretilmesine olanak sağlanabilecek kapasitede transparan zırh malzemesi geliştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın başlangıç aşamasında piyasadan kolayca elde edilebilecek soda-kireç camı 450 ºC sıcaklığındaki KNO3 tuzunda 8 saat, 16 saat, 1, 3, 5, ve 7 gün boyunca iyon değişimi için bekletilmiştir. Daha sonra her bir numune grubu için on adet sertlik ve beş adet nokta eğme testi uygulanmıştır. Ayrıca taramalı elektron mikroskobunda EDX yöntemiyle KNO3 tuzunun nüfuz etme derinliği ve konsantrasyonu gösterilmiştir. Elde edilen bilgiler doğrultusunda 6 âdeti kimyasal iyon değişim yöntemi ile mukavemet kazandırılmış olmak üzere toplam 16 adet balistik test numunesi üretilmiştir. MIL-STD-662F test standardına göre gerçekleştirilen V50 balistik testi sonucuna göre mukavemet kazandırılmış numunelerin %17 daha iyi performans gösterdiği tespit edilmiştir
B2o3 miktarının lityum disilikat cam-seramiklerinin mekanik özelliklerine etkisinin araştırılması
LS2 cam seramikleri, hem mekanik özellikleri, hem de estetik açıdan doğal diş görüntüsüne benzemesinden dolayı dolayı dental restoratif alanında kullanılmaktadır. Yapılan çalışmada, çekirdeklendirici olarak kullanılan B2O3`un, LS2 sisteminde oluşturduğu mikro yapısal değişimin, sertlik, tokluk ve eğme mukavemeti değerlerine etkisi araştırılmıştır. Farklı mol oranlarında B2O3 ilave edilen numuneler, frit oluşumu, homojen cam elde edilmesi ve kontrollü kristalizasyon süreçlerinden geçirilerek, XRD & SEM analizleri yapılmış ve 3-Nokta Eğme Testi uygulanmıştır. Çekirdeklenme ve kristal büyüme aşamalarını kapsayan, LS2 cam seramiklerinin kontrollü kristalizasyon ile üretimi surecinde, ısıl işlem ve çekirdeklendirici parametreleri; kristal faz miktarını, kristal boyutu ve çatlak ilerleme mekanizmasını büyük ölçüde etkilemiştir. Literatürde farklı kullanılan çekirdeklendiricilere kıyas ile, B2O3 ilavesinin kristalizasyon sıcaklığını ve sinterleme aktivasyon enerjisini düşürmesi, lityum disilikat (Li2Si2O5) kristallerinin düşük sıcaklıklarda oluşmasını sağlamaktadır. Böylece daha düşük enerji tüketimi ile eğme mukavemeti yüksek lityum disilikat cam seramik üretilebilmesine olanak sağlamaktadır.
New generation processing of glass by chemical tempering
Chemical tempering is one of the important methods used to increase strength of glass. It is widely used in industry like aircraft and display devices. A novel method of chemical tempering was conducted using ordinary furnace to achieve a temperature of 450, 500, and 550 oC, for several hours. A clay coating paste was used on glass. This clay mixed with potassium nitrate salt with two different volume concentrations (46.7 vol.%, 63.7 vol.%). Three contact time (8, 12, 16 hours) were used in this study. Also, two different glass slide thicknesses (1 mm, 4mm) were used. XRF test used to determine chemical composition of glass, surface residual stresses test to determine optical properties, hardness test (HV), (3-points) bending test, SEM, EDX to determine the depth of potassium penetration, FTIR test to measure the transmittance of light and ballistic impact test to determine strength of glass for bulletproof applications. The achieved results were shown a quality similar to glass tempered with the method using molten salt bath Furance. The strength of glass was increased about 3.5 folds in case of thin glass, 3 folds increased in case of thick glass tempered at 450 oC, and increased 4.75 folds in case of thick glass tempered at 500 oC, compared with untreated glass. While optical and mechanical properties were failed for the thick glass tempered at 550 oC. The hardness was increased about (15 % in case of thin glass), and in case of thick glass (9 % for glass tempered at 450 oC, 14% for glass tempered at 500 oC, and 12% for glass tempered at 550 oC). The depth of potassium penetration was 20 𝝁m in case of thin glass, and 15,30,70 𝝁m for 450,500,550 oC respectively for tempering process of thick glass. The transmittance of glass increased about 12% in case of thin tempered glass, and decreased about 13% for thick glasses tempered at 500, 550 oC, in addition to that, the thick glass tempered at 450 oC did not show any change in transmittance.
Lityum alümina silikat cam- seramik malzemelerin alçı döküm ile üretilmesi ve sinterlenmesi
Lityum alümina silikat cam-seramik malzemeler, yüksek mekanik, termal ve kimyasal dayanım gösteren, aynı zamanda da düşük genleşme katsayısına sahip malzemelerdir. Bu malzeme günlük hayatın yanında, uzay, havacılık, iletişim gibi alanlarda kullanılır. Çeşitli yöntemlerle üretilebilen lityum alümina silikat cam seramik malzemesi, bu çalışma kapsamında alçı döküm yöntemiyle şekillendirilmiş ve sinterleme yöntemiyle de yoğunlaştırılmıştır. Alçı döküm, söz konusu malzemenin şekillendirilmesinde yaygın kullanılan bir yöntem değildir. Bu çalışma kapsamında kararlı bir çamur elde edilmesiyle birlikte alçı döküm yöntemi ile numuneler şekillendirilmiştir. Alçı döküm yönteminin bu özelliği sayesinde, lityum alümina silikat cam-seramik malzemesinin kullanım alanının genişleyeceği öngörülmüştür. Lityum alümina silikat cam-seramik malzemelerin üretiminin son basamağı, çekirdeklenme ve kristal büyümesi adımlarını içeren bir ısıl işlem sürecidir ve bu süreçle birlikte maksimum %90 oranına kadar kristal içeren yapıya sahip olurlar. Bu çalışmada ise cam fritten elde edilen tozun şekillendirilmesiyle gözenekli bir malzeme üretildiği için, söz konusu ısıl işlemler basamaklarına sinterleme de eklenmiştir. Yoğunluk, lityum alümina silikat cam-seramik malzemenin mekanik özelliklerini etkileyen önemli bir parametredir. Bundan dolayı sinterleme sıcaklığı ve süresinin malzemenin mikroyapısı ve özelliklerine etkisi incelenmiştir. Bu incelemeler sonucunda da optimum sinterleme sıcaklığı ve süresi tayin edilerek özelliklerin iyileştirilmesi sağlanmıştır
Borosilikat camlarının yeni nesil kaplama ile kimyasaltemperlenerek güçlendirilmesi
Cam, kullanılmaya başlandığı ilk yıllardan itibaren, gelişen teknolojiyle birlikte sadece ev eşyası olmaktan çıkartılıp özellikle optik, inşaat, laboratuvar, otomobil, uçak, uzak sanayinde ve daha birçok alanda kullanıma sokulmuştur. Cam kullanımın alanın genişlemesi ile camın mekanik özelliklerinin geliştirilmesi ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Bu nedenle camın mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi konusunda yapılan çalışmalarda giderek artmaktadır. Camların sahip olduğu yüzey özellikleri mekanik dayanımlarını belirler. Kimyasal, ısıl ve mekanik etkenler yüzeyde çatlak oluşumuna sebebiyet verir. Camın mukavemetinin iyileştirilmesine yönelik araştırmalar, camların yüzeyine çatlakların oluşmasını, ilerlemesi ve büyümesini engelleyebilecek basma gerilmeleri yaratma hedefindedir. Bu konuda en sık kullanılan uygulama olan ısıl temperlemenin yanı sıra 50 yıldır hayatımızda olan kimyasal temperleme de odak noktası haline gelmiştir. Kimyasal temperleme uygulaması, erimiş tuz banyosuna daldırılan camın yapısındaki küçük çaplı sodyum iyonlarının erimiş tuz içerisindeki büyük çaplı potasyum iyonlarıyla yer değiştirmesi esasına dayanan bir iyon değiştirme uygulamasındır. Cam yapısına geçen büyük çaplı iyonlar yüzeyde bir basma gerilmesi yaratarak camın mukavemetini iyileştirir. Bu tez çalışmasında, borosilikat camının kimyasal temperleme işlemiyle mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. 4 farklı sıcaklık ve her sıcaklık için 3 farklı saat belirlenmiş ve mukavemet artışının en verimli olduğu opsiyonu belirlenmek için işlem sıcaklığı ve işlem süresi gibi parametreler kıyaslanmıştır. Referans numuneler ve işlem uygulanmış camların, sertlik, optik özellikleri ve eğilme mukavemeti incelenmiş ve konsantrasyon profilleri belirlenerek karşılaştırılıp değerlendirilmiştir. Çalışmalar sonucunda, iyon değişi işlemi uygulanmış cam numunelerde; konsantrasyon derinliği artan sıcaklık ve sürede arttığı gözlenmiştir. Optik özelliklerinde iyon değişiminin etkisi görülmemektedir. Hem sertlik değerinde hem de eğilme mukavemeti değerinde süre ve sıcaklık artışında, belirli bir değere kadar artış göstermiş daha sonra azalma görülmüştür.
Seramik duvar karolarında rutubet genleşmesi değerinin düşürülmesi kapsamında bünye reçetesi çalışmaları
Seramik karo üretiminde; teorik olarak sır ile bünyenin uyum halinde olması için ısıl genleşme katsayılarının birbirine yakın olması gerekmektedir. Seramik bünye, içerisinde mikro gözenekler ve kalsiyum iyonları ihtiva etmekte, bunlar zamanla çevresel faktörlerle (su absorbesi, basınç vb.) hidratlaşarak bünyeyi genleştirmektedir. Bu durum rutubet genleşmesi olarak tanımlanmaktadır. Duvar karosu rutubet genleşmesi seramik sektöründe sıklıkla karşılaşılan problemlerden biridir. Rutubet genleşmesi problemi duvar karolarının stokta bekleme sürecini azaltmakta ve dolayısıyla servis ömrünü etkileyen en önemli faktörlerin başında gelmektedir. Ülkemizde seramik kaplama malzemeleri üreten özel bir işletmenin duvar karosu masse reçetesi referans alınarak tez çalışması gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında başlangıç olarak sıcaklığın rutubet genleşmesine etkisi araştırılmıştır. Sıcaklık etkisi araştırıldıktan sonra reçete çalışmalarının yapılmasına karar verilmiştir. Duvar karosu bünyesini oluşturan feldspat, albit, kalsit, pegmatit, kaolen, farklı gruptan killer ve dolomit hammaddelerinden oransal değişimler yapılarak reçete formülleri oluşturulmuştur. Belirlenen optimum reçete için sıcaklık çalışmaları yapılarak, rutubet genleşmesi değerini reçete ve pişme sıcaklığı etkisi ile yaklaşık %65 iyileştirilerek, olumlu sonuçlara varılmıştır.
Duvar karosu seramik sır bileşimlerinin dijital mürekkep performansına olan etkisinin araştırılması
Son yıllarda teknolojinin gelişmesiyle birlikte, yüksek çözünürlüğe ve estetik görünüme sahip seramik karoların üretimi gün geçtikçe değer kazanmaktadır. İnkjet dijital baskı teknolojisinin seramik sektörüne uyarlanmasıyla seramik ürünlerin dekoratif ve aplikasyon özelliklerinde büyük gelişme kaydedilmiş ve bu ürünlerin katma değerine yansımıştır. Seramik sektöründe kullanılan dijital mürekkep maliyetinin yüksekliği nedeniyle, günümüzde daha az miktarda mürekkep kullanılarak karo üretimi gerçekleştirmek önem kazanmaktadır. Bu çalışmanın amacı standart bir duvar karosu mat sır reçetesine farklı oksitler içeren hammaddelerin eklenmesi ile inkjet dijital baskı yöntemi kullanılarak baskı yapılan renklerin performansının incelenmesi, hammaddelerin renk algısına olan etkilerinin belirlenmesi üzerine çalışmalar yapılmasıdır. Geliştirilen sır yüzeylerinden ölçümü gerçekleştirilen L-a-b renk testi ve yüzey parlaklık ölçümü, Konica Minolta spektrofotometre CM-26dG model renk ölçüm cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Duvar karosu yüzeyine basılan renk-gamut skalası, X-rite i1 profiller cihazı ile renk değerleri okunarak dijital ortama profil olarak aktarılmıştır. Sırların ısısal karakterleri ve ergime davranışları Misura ODHT HSM 1600-80 ısı mikroskobuyla belirlenmiştir. Numunelerin, yarı kantitatif kimyasal analizleri XRF (X-Işınları Flüorensansı) ile gerçekleştirilmiştir. Numunelerin içeriğindeki fazlar, XRD (X-Işınları Difraksiyonu) ile Rigaku Miniflex 600 model XRD cihazı ile ölçülmüştür. Tüm testler ISO EN 10545 standartlarına göre gerçekleştirilmiştir. Sır reçete içerisinde kullanılan hammaddelerin değişimine bağlı olarak, sırların renk algılarında değişim olduğu gözlenmiştir. Kalsit ve volastonit içeren sırların gamut hacimlerinin dolomit eklenen sır reçetesinden daha geniş olduğu ve bu hammaddeleri içeren sırların üzerine yapılan baskılarda renklerin daha doygun ve canlı olduğu gözlenmiştir. Kaolen ilaveli reçetenin sarı renk baskılarda önemli ölçüde etkin olduğu ve daha az sarı mürekkep kullanılması ile aynı tasarımın elde edilebileceği belirlenmiştir.
Soda kireç silikat camlarının yeni nesil kaplama ile kimyasal temperlenerek güçlendirilmesi
Cam malzemelerin keşfedildiği yıllardan itibaren teknolojinin gelişmesi ile kullanım alanları gün geçtikçe artmaktadır. Cam malzemelerin mekanik dayanımlarında teorik ve uygulama arasında büyük bir fark vardır. Bu fark camların yüzeyinde bulunan kusurlardan kaynaklanmaktadır. Bu nedenle camların dayanımının artırılması önem taşımaktadır. Günümüzde camların dayanımının artırılması için ısıl ve kimyasal temperleme yöntemleri kullanılır. Kimyasal temperlemede ısıl temperlemeye göre daha yüksek dayanım artışları elde edilmektedir. Ayrıca kimyasal temperleme ince ve karmaşık şekilli camlara uygulanabilmektedir. Bu çalışmada soda kireç silikat camlarına macun yöntemiyle kaplama yapılarak kimyasal temperleme uygulanmıştır. 4 farklı karışım için 450 °C'de 8, 12 ve 16 saat olmak üzere 3 farklı sürede kimyasal temperleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Kimyasal temperleme yöntemiyle karışım içerisinden gelen büyük çaplı K+ katyonu, cam içerisindeki küçük çaplı Na+ katyonu ile yer değiştirerek yüzeyde baskı gerilmeleri oluşturulmaya çalışılmıştır. Bu karışımlarda KNO3 tuzuna ilaveten Mg(OH)2 ilavesi ile Mg(OH)2 içerisinden gelmesi düşünülen Mg+2 katyonu ile karışık katyon etkisi araştırılmıştır. Mg(OH)2 katkılı 2 numaralı karışımla 8 saat kimyasal temperlenen numuneler 3 nokta eğme testi sonucu 4-5 kat, 4 numaralı karışımla kaplanan ve homojen difüzyon mekanizması için farklı bir yöntemle 12 saat kimyasal temperlenen numunelerde 3 nokta eğme testi sonucu 5-6 kat dayanım artışı görülmüştür.
Soda kireç silika camlarında alternatif ergiticilerle yüzey modifikasyonu
Cam ürünler otomotiv, beyaz eşya ve yapı alanlarında kullanılır. Bunlardan özellikle beyaz eşya sektöründe kullanılan camlar günümüzde önem kazanmıştır. Dokunmatik panellerin gelişmesiyle birlikte lekelenme direnciyle ilgili birçok araştırma yapılmıştır. Yüzeydeki matlık derecesi parmak izinden dolayı oluşan lekelenmeyi azaltmaktadır. Günümüzde HF asit aşındırma, kumlama ve diğer mekanik aşındırma yöntemleri en çok kullanılan yüzey matlaştırıcı yöntemlerdendir. Kumlama yöntemi yüzeyi çizerek modifiye ettiği için mekanik özellikleri düşürmektedir. Diğer yandan asit aşındırma yönteminin insana ve doğaya birçok zararı bulunmakta işlem sonrası atık oluşmaktadır. Bu çalışmada ıslak kaplama uygulaması ile yüzey modifikasyonu amaçlanmıştır. Yöntem hazırlanan karışımın yüzeye kaplanması ve ısıl işlem aşamalarını içermektedir. Çalışılan sıcaklıklar temperleme sıcaklıklarına yakındır ve ısıl işlem süreci temperleme fırınında gerçekleştirilebilir. Yapılan çalışmalar sonucunda özellikleri belirlemek için yüzey pürüzlülüğü, parlaklık, mikrometre, TG/DSC, UV-Vis Geçirim ve SEM analizleri uygulanmıştır. Test sonuçlarına göre en iyi sonuçlar talk grubu için 625 °C'de 1 saat ısıl işlem sonrası elde edilmiştir. Ayrıca uygulanan yöntem sonrası yüzeydeki tabakanın su çözünürlüğü ultrasonik temizleme işleminin yüzey pürüzlülüğü ve mikrometre ölçüm sonuçlarına etkisi incelenerek değerlendirilmiştir.
Farklı ısıl işlem koşullarında talk katkılı kaplama ile emaye etkileşimlerinin incelenmesi
Emaye, metal yüzeyleri korumak ve estetik kazandırmak amacıyla uygulanan camsı bir kaplamadır. Bu çalışmada, emaye kaplı metal yüzeylere silika bazlı yeni bir kaplamanın uygulanabilirliği araştırılmıştır. Çalışmanın temel amacı, fırın iç yüzeyi veya tepsi gibi emaye kaplamaların kullanıldığı alanlarda pişirme sırasında yüzeye yapışan yemek artıklarının kolay temizlenmesini sağlayacak bir yüzey modifikasyonu geliştirmektir. Bu kapsamda uygulanan silika bazlı kaplama ile hem yüzeyin temizlenebilirliğinin artırılması hem de teflon gibi ilave kaplamaların uygulanabilirliğine uygun bir alt yüzey elde edilmesi hedeflenmiştir. Emaye için yapılan sıcaklık analizleri sonucunda, emayenin yumuşama sıcaklığı 660 °C, çalışma sıcaklık aralığı ise 545–650 °C olarak belirlenmiştir. Bu sıcaklık aralığı, kaplamanın başarılı bir şekilde oluşabilmesi için kritik bir parametreyi ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, 600 °C'de 180 dakika süren işlem koşulunda, yüzeydeki bileşenlerin reaksiyona girerek homojen bir kaplama yapısı oluşturduğu görülmüştür. Bu sıcaklıkta elde edilen kaplama hem yüzeye iyi tutunan hem de dayanıklı bir yapı sergilemiştir. Elde edilen bulgular, silika bazlı kaplamaların emaye kaplı yüzeylerde homojen ve kararlı bir yapı sağlayabileceğini ve bu tür yüzeylerin temizlenebilirlik açısından daha avantajlı hale getirilebileceğini ortaya koymaktadır.