Theses supervised by Prof. Dr. Alpagut Kara
11 theses · Anadolu University, Eskişehir Technical Üniversity
Ekstrüzyon ile hızlı pişirim terracotta dış cephe kaplaması üretiminde süreç parametrelerinin araştırılması
Bu tez; Eskişehir ve yakın çevresinde bulunan yerel hammaddeler kullanılarak ekstrüzyon ile hızlı pişirim terracotta dış cephe kaplaması üretiminde süreç parametrelerinin araştırılması, katma değeri yüksek ve enerji verimli kırmızı pişen ürünlerin tasarlanması amacıyla yürütülmüştür. Çalışmalar; Anadolu Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'nün tüm test ve analiz cihazları ile Endel Endüstri Elektrik San. ve Tic. A.Ş. (Kılıçoğlu) Kiremit Fabrikası'nın tüm üretim olanakları kullanılarak üniversite-sanayi işbirliği ile gerçekleştirilmiştir. Yurtiçi ve yurt dışından elde edilen numunelerden üstün özellikler sergileyenler referans olarak seçilmiş ve daha önce geniş kapsamlı olarak karakterizasyonu yapılmamış olan yerel hammaddelerden Seger yöntemi kullanılarak kompozisyonlar oluşturulmuştur. İki farklı plastiklik değerinde hazırlanan kil kompozisyonlarının içerisine % 10-15-20 oranlarında üç farklı katkı eklenmiştir. Kusursuz yaş ürün üretimi, verimli kurutma şartları ve hızlı pişirim koşulları incelerek belirlenen kompozisyonlarda pilot ölçekte denemeler gerçekleştirilmiştir. Üretilen ürünlere teknolojik yeterlilik testleri uygulanmıştır. Belirlenen şekillendirme koşullarında, kurutma şartlarında ve hızlı pişirim rejiminde artan camsı fazın gözeneklerin üç boyuttaki kılcal bağlantılarını kapatmasıyla hedeflenen < % 6 su emme değerine ulaşılmış ve referans alınan ürünlerin teknolojik yeterliliklerine ulaşılmıştır.
Seramik sağlık gereçlerinde sır yüzeyinin iyileştirilmesi
Bu çalışmada, standart bir seramik sağlık gereçleri (SSG) sır reçetesi esas alınarak daha pürüzsüz, ışığı daha iyi yansıtan opak bir yüzey geliştirilmesi amaçlanmıştır. Sır yüzeyinin geliştirilmesinde etkin parametreler, sır süspansiyonun tane boyut dağılımı, sır yapısında opaklaştırıcı olarak kullanılan zirkonun ağırlıkça yüzdesel değişimi, kuvars hammaddesinin tane boyut dağılımı olarak belirlenmiştir. Bu kapsamda, pişmemiş numunelerin tane boyut dağılım analizi, yoğunluk, viskozite, ısı mikroskobu ölçümleri yapılmış, pişmiş numunelerin karakterizasyonu için XRD, XRF, SEM, spektrofotometre, yüzey pürüzlülük ölçümleri ve ısıl analizleri yapılmıştır. Tane boyut dağımı ölçümleri lazer kırınım tekniği ile ölçüm alan tane boyut cihazıyla (Mastersizer 2000, Malvern Instruments) ile gerçekleştirilmiştir Kaba tane boyutunda parlaklığın azaldığı, ince tane boyutunda daha parlak değerler elde edilmiştir. Kaba tane boyutunda kuvarsın mineralojik analizde tespit edilmesiyle yapıda erimeden kaldığı ve pürüzlülüğü arttırdığı gözlemlenmiştir. Dolayısıyla, optimum tane boyut dağılımı aralığı 7.5 – 8.5 µm bulunmuştur. İkinci olarak, Zirkon miktarının sır yüzeyine etkisini görmek amacıyla yapılan denemelerde standart bir reçete esas olarak alınmıştır. Bu reçeteye zirkon %3 ile %12 arasında ilave edilmiştir. Artan oranda zirkonun ilave edilmesiyle elde edilen beyazlık, pürüzlülük ve parlaklık ölçümlerine bakıldığında beyazlık ve parlaklık değerinin arttığı görülmektedir. Çalışmada optimum zirkon yüzdesinin %10-12 olduğu düşünülmektedir. Son olarak sırda cam yapıcı olarak kullanılan ve parlaklığa katkı sağlayan kuvarsın tane boyutu üzerinde çalışılmıştır. Sonuçlara bakıldığında ince taneli kuvarsın camsı yapıya katkısı daha fazla olduğu için parlaklık ve pürüzlülük değerlerini olumlu yönde etkilemiştir. Anahtar Kelimeler: Seramik, Opak Sır, Zirkon, Tane Boyut Dağılımı, Reoloji
Si3N4 esaslı kompozitlerin mikrodalga yöntemiyle sinterlenmesi
Bu doktora tezinin temel amacı, düşük dielektrik kayıp faktörüne sahip olan Si3N4 esaslı seramiklerin süseptörler ya da sinterleme katkılarının yardımıyla dielektriksel özelliklerinin geliştirilerek mikrodalga enerjini absorplama yeteneklerinin arttırılması ve bu sayede mikrodalga yöntemiyle sinterlenmeleri amaçlanmıştır. Comsol ve FDTD simülasyonları, deneylerde kullanılan dikdörtgensel kaviteye sahip tek modlu mikrodalga fırının boyutları baz alınarak Si3N4 esaslı kompozitlerin mikrodalga sinterlenmesinde SiC (silisyum karbür) en uygun süseptör olarak belirlenmiştir. Deneylerin ilk aşamalarında SiAlON tozlarında sinterleme katkısı kullanılmamış, daha sonraki deneylerde ise SiAlON içerisine ağırlıkça %2.5, %5 ve %17 TiN ilavesi yapılmıştır. Bunun yanısıra ağırlıkça %5 ZrO2 içeren Si3N4 tozu için mikrodalga sinterleme denemeleri yapılmıştır. Dielektriksel ölçüm sonuçları, TiN ilavesinin SiAlON'un dielektriksel özelliklerini iyileştirdiğini göstermiş ve mikrodalga sinterleme sırasında daha yüksek sıcaklıklara çıkılmasını sağlamıştır. Si3N4 içerisine yapılan ZrO2 ilavesinin ise dielektriksel özellikleri çok az miktarda iyileştirdiği görülmüştür. Mikrodalgaların faz, mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine etkileri çalışılmış ve geleneksel yöntemlerle üretilen kompozitler ile karşılaştırılarak çalışmanın önemi enerji ve zaman tasarrufu açışından vurgulanmıştır.
Seramik karo parlatma atığının köpük seramik üretiminde kullanılması
Bu çalışmada, özel bir işletmenin üretimi olan yüksek ve çift tabakalı (köpük seramik + porselen karo) yer karolarının köpük seramik kısmının daha düşük maliyetle üretilebilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, işletmenin kendi atığı olan sırlı porselen karo parlatma atığının, reçete içerisinde yüksek oranda kullanılmasıyla, köpük seramik üretiminin gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Köpükleştirici ajan olarak standart köpük seramik bünyede de kullanılan, ortalama tane boyutu yaklaşık 9 µm olan silisyum karbür tercih edilmiştir ve daha düşük oranda köpükleştiriciyle üretim gerçekleştirilebilmiştir. Ayrıca, standart reçetede 1200 ºC olan sinterlenme tepe sıcaklığı, ağırlıkça %35 parlatma atığı kullanılan yeni reçetelerle 1170 ºC'ye kadar düşürülmüştür. Tüm denemeler, 10 ºC/dk ısıtma hızıyla 2 saat tepe sıcaklığında sinterlenmiştir. Bu çalışmayla beraber, inovatif ürün sınıfına giren ve hafifliğiyle ön plana çıkan köpük seramik ürünün, yüksek oranda atık içeriğiyle optimum reçete kombinasyonu ve pişme koşulu elde edilmeye çalışılmıştır. Referans ürün olarak işletmenin kendi köpük seramik reçetesi baz alınmıştır. Deneme reçeteleri, Seger formülasyon yönteminden yararlanılarak oluşturulmuştur ve her bir reçetenin tablet denemeleri yapılmıştır. Tablet denemelerinde olumlu sonuç veren reçetelerin kaset denemeleri yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmaları olarak denemelerin optik dilatometre ile genleşme davranışları, stereo mikroskop ve SEM ile gözenek dağılım ve boyutları, XRD cihazı ile faz analizleri, dona dayanımları, basma mukavemetleri, ısıl şok dirençleri ve gözeneklilik oranları tespit edilmiş, bu özellikler standart ile karşılaştırılmıştır. Çalışma sonunda, standarttan daha düşük maliyetli ve standarda yakın fiziksel özellikler gösteren köpük seramik reçetesi elde edilmiştir. Anahtar Sözcükler: Köpük seramik, Dekompozisyon yöntemiyle köpükleştirme, Silisyum karbür, Parlatma atığı.
Susuz boraks ergitme fırını refrakter tuğlaları üzerinde boraks pentahidrat alkaliliğinin etkileri
Susuz boraks üretim sürecinde, ergitme fırınlarında kullanılan refrakter malzemeler hem ürün kalitesini etkilemekte hem de en büyük maliyet kalemlerinden birini oluşturmaktadır. Bu tez çalışması 2 (iki) aşamadan meydana gelmektedir. Birinci aşamada mevcut susuz boraks ergitme fırınları içerisinde kullanılan ergitme döküm (fused cast) AZS (Al2O3-ZrO2-SiO2) refrakter tuğlalar ve andaluzit esaslı yüksek alüminalı refrakter tuğlaların korozyon dirençleri kimyasal bileşime, sıcaklığa ve süreye bağlı olarak karşılaştırmalı incelenmiştir. AZS TİP-1, AZS TİP-2, AZS TİP-3 ve andaluzit esaslı yüksek alüminalı refrakter tuğlalar 850 °C 24 saat, 850 °C 48 saat ve 950 °C 24 saat süre ve sıcaklıkta ergimiş boraks pentahidratın korozyon atak testlerine tabi tutulmuştur. Deney sonucu numunelerin aşınma miktarları ölçülüp ve SEM analizleri yapılıp karşılaştırmalı incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda en düşük korozyon dayanımı sağlayan refrakterin, andaluzit esaslı yüksek alüminalı tuğla olduğu, ergitme döküm AZS refrakterlerin bünyesinde bulunan zirkonya miktarı arttıkça korozyona karşı dayanım miktarının arttığı görülmüştür. İkinci aşama deneysel çalışmaların amacı ise susuz boraks ergitme fırınlarında mevcut kullanılan refrakter malzemelere alternatif olabilecek, maliyet açısından avantaj sağlayabilecek, ürün kalitesini etkilemeyecek refrakter seçme çalışmalarıdır. Bu kapsamda grafit, krom manyezit, fused krom, mag-karbon ve silisyum karbür refrakterlerin 850 °C sıcaklık ve 12 saat süreyle ergimiş boraks pentahidrat ile etkileşimleri incelenmiştir. Alternatif refrakter bulma çalışmaları kapsamında üzerinde çalışılan bu refrakter tuğlaların susuz boraks ergitme fırınlarında kullanılmasının uygun olmadığı sonucuna varılmıştır. Anahtar Sözcükler: Refrakter, Susuz Boraks, Boraks Pentahidrat, Korozyon
Döner çimento fırınlarına yönelik gözenekli refrakter malzemelerin geliştirilmesi
Refrakter malzemelerde ısıl izolasyon konu olduğunda gözenekli yapılar tercih edilmektedir. Çimento döner fırın geçiş bölgesi refrakterlerinde gözenekli yapıların tercih edilme nedeni tamamen ısıl iletim mekanizmaları ve havanın (boşlukların içinde bulunur) ısıl iletkenliği ile alakalıdır. Yüksek gözenekli yapılarda mekanik özellikler, özellikle de mukavemet değerleri, ciddi miktarda düşmektedir. Literatürde yapılan çalışmalar değerlendirildiğinde, gözeneklilikteki artışın izolasyon performansını arttırmasını, bununla bağlantılı olarak mekanik özelliklerini (mukavemet, darbe dayanımı ve kırılma tokluğu) düşürmesi beklenmektedir. Mekanik mukavemetin etkilenmesinde oluşturulacak porların boyutu ve dağılımı çok önemlidir. Elde edilecek küçük gözenekler ile mukavemetin değişmediği fakat daha iri ve bağlantılı porların elde edilmesiyle mukavemetin düştüğü belirtilmiştir. Bu çalışma kapsamında yapılacak olan çalışmalarda kullanılan katkı malzemeleri (MgOH, Elektrot kırığı, Aktif karbon, Polivinil alkol, Kok kömürü, Kalsine manyezit ve SiC) ile gözeneklilik miktarının artırılması amaçlanırken, mukavemet değerinin ise işletmelerde kullanılabilecek değer aralığında (minimum 45,8 N/mm2) olması hedeflenmiştir. Bu şekilde yapılacak olan kompozisyon çalışmaları ve proses koşullarının optimizasyonu ile refrakterde beklenen diğer teknik özelliklerinde sağlanması hedef alınmıştır.
Dijital baskılı yer karoları için transparan sır geliştirilmesi
Karolara yapılan dijital baskı teknolojisinin gelişmesi ile son yıllarda özellikle doğal taş desenli, sırlı yer ve karo üretimi tüm dünyada hızla artmaktadır. Bu artış ile birlikte karoların daha güzel ve ilgi çekici olması amacıyla seramik karo bünyesi yüzeyine derinlik sağlayan ve polisaj sonrası karo yüzeyinde camsı tabaka oluşturarak parlak görünüm kazandıran sır kullanımı da artış göstermektedir. Parlatma amacı ile yapılan 'Lappato' işlemi sonrasında sır yüzeyine kimyasal koruyucu bir tabaka uygulanarak sırın lekelenme direnci artırılmıştır. Aşındırıcı boyutlarının düşürülmesi ile 'Lappato' tekniğinin gelişmesi ile bu teknikle uyumlu sırların geliştirilmesi ivme kazanmıştır. Yüksek maliyet, tedarik ve lojistik zorluklarla yurt dışından temin edilen bu sırların geliştirilerek Türkiye'de üretilmesi ülkemiz için seramik sektörü açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışma kapsamda hızlı pişirim koşullarına ve 'Lappato' tekniğine uyumlu, dijital baskı ile üretilen yer karosu sırlarının geliştirip, fabrika koşullarında elde edilebilirliğinin araştırılması yapılmıştır. Farklı kompozisyonlardaki seramik sırlar, fabrika seri üretim şartlarında üretilen 60x120x1 cm boyutlarındaki dijital baskılı karo bünyelere uygulanarak yüksek aşınma direncine sahip, şeffaf ve parlak görünümlü, endüstriyel şartlarda kullanılabilecek sırların üretilmesi amaçlanmıştır. İstenilen görünüm ve özelliklere sahip sır reçetesi geliştirilene kadar sır kompozisyonları geliştirilmiştir. Yapılan laboratuvar ve pişirim çalışmaları üretici firmada endüstriyel şartlarda, elde edilen ürünlere ait teknolojik, ısıl, mikroyapısal ve faz analizleri Eskişehir Teknik Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği laboratuvarlarında yapılmıştır. Elde edilen sırlı yer karoların transparan özellikleri, lekelenme dirençleri ve kimyasal dayanımları belirlenerek standart (STD) ticari sır uygulanmış numuneler ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir seri üretim için uygun bulunmuştur.
Porselen sofra eşyası üretiminde ortaya çıkan ham atıkların bünye kompozisyonlarında kullanımı
Bu çalışma kapsamında, yerel bir yumuşak porselen sofra eşyası üretim şirketinde ortaya çıkan ham atıkların, ticari porselen sofra eşyası kompozisyonlarında olası kullanımları araştırılmış ve üretim süreçleri sırasında ortaya çıkan ham atıkların geri kazanımı sağlanmıştır. İşletme sahasında çamur, sır hazırlama ve sırlama bantları bu atıkların ana kaynaklarıdır. Son zamanlarda kaliteli hammadde erişim kısıtlarının gündemde olması nedeniyle, üretim süreçleri sırasında kaybedilip atık olarak ortaya çıkan hammaddelerin değerlendirilmesi önem taşımaktadır. Fiziksel ve kimyasal özellikleri incelenen ham atıklar ile reçete çalışmaları yapılarak yeni bir ürün geliştirilmiştir. Reçetede kullanımı mümkün olan azami arıtma çamuru % ağırlıkça 40-45 oranında olduğu tespit edilmiştir. Yapılan çalışmaların kimyasal (XRF), mineralojik ve faz (XRD), mikroyapı (SEM) ve fiziksel (mukavemet, küçülme, su emme, deformasyon, renk ölçümleri, çarpma parçacık kopma dayanımı) analizleri yapılarak değerlendirilmiştir. Ham atık kullanılarak geliştirilen reçetenin işletmede yeni bir ürün çıktısı olarak kullanımı sağlanmıştır. Tüm testler TS 10850 standartlarına uygun olarak gerçekleştirilmiştir.
Development and characterisation of alumina-titanium carbide cutting tools
This study focuses on the development and characterisation of Al₂O₃–TiC-based ceramic cutting tools produced with advanced sintering techniques. Alumina–titanium carbide composites were prepared with varying TiC and ZrO₂ contents and sintered under controlled Gas Pressure Sintering (GPS) conditions. The effects of rare earth oxide (REO) additives (Er₂O₃, Yb₂O₃, Y₂O₃, Sm₂O₃ and CeO₂) on densification, microstructure, hardness and fracture toughness were systematically investigated. Characterisation commercial products were analyzed for comparison. Microstructural characterisation was performed using SEM, EDS and XRD analyses, while mechanical properties were evaluated with hardness and fracture toughness tests. The results demonstrate that optimized compositions with appropriate REO additions and sintering parameters achieve improved densification and mechanical performance. This work provides insights into designing high-performance Al₂O₃–TiC cutting tools suitable for demanding machining applications.
Düşük şamot içerikli FFC seramik sağlık gereçleri reçetelerinin geliştirilmesi
Seramik sağlık gereçleri; inorganik-metalik olmayan hammaddelerin belirli oranlarda karıştırılarak akışkan bir çamur haline getirilmesi, daha sonra da alçı ve/veya sentetik reçine kalıplarda şekillendirilerek 1200–1250⁰C civarında pişirilen ürünlerdir. Fine Fire Clay (FFC) bünyeler, vitrifiye (VC) bünyelere kıyasla daha düşük deformasyon eğilimine sahip olmakla birlikte su emme oranları daha yüksektir. Düşük deformasyon gereksinimi nedeniyle bu bünyelerin kompozisyonlarında %30-%40 oranında şamot hammaddesi kullanılmaktadır. FFC ürünlerde üretim maliyetlerinde önemli bir etken olan şamot, yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen ısıl işlemler sonucu üretilen maliyetli bir yarı mamul olup, üretim sürecinde ortaya çıkan CO₂, karbon ayak izi açısından da olumsuz bir etkendir. Bu çalışmanın amacı, FFC reçetelerinden şamotun çıkarılması ve/veya reçete kullanım oranının düşürülmesiyle standart FFC reçetesinin teknik özelliklerine paralel ve reolojik olarak SSG üretimine uygun, düşük maliyetli reçete kompozisyonları geliştirmektir. Bu doğrultuda, sistematik bir şekilde kompozisyonlarda feldispat kullanımı kaldırılmış, şamot yerine özlü hammadde oranları artırılmış ve reçetelere wollastonit ilavesi gerçekleştirilmiştir. Yapılan kompozisyonel değişiklikler sonucunda mikroyapıda anortit ve kristobalit fazlarının oluşumu gözlemlenmiş, ayrıca malzemenin piroplastik indeks değeri düşürülmüştür. Çalışma sonucunda, şamot içermeyen ancak endüstriyel standartlara uygun FFC reçeteleri geliştirilmiştir.
Yer karosu opak mat sırlarında karıştırıcılı bilyalı değirmen (atritör) öğütme parametrelerinin araştırılması
Seramik karo üretimi kurutma ve pişirim aşamalarında yoğun enerji tüketen bir sektördür. Bu nedenle daha az hammadde, su, elektrik ve doğalgaz kullanılan sürdürülebilir proseslerin yer aldığı karo üretim süreci her geçen gün önem kazanmaktadır. Üretim prosesinde elektirik enerjisi özellikle sır kompozisyonunun çeşitine göre değişen sürelerde gerçekleşen öğütme alt sürecinde kullanılmaktadır. Düşük maliyet ve verimli öğütmenin istendiği ince tane boyutuna sahip öğütme prosesleri için alumina bilyalı değirmen uygun değildir. Bu tür ince tanelerin eldesi için Atritör (Karıştırıcılı bilyalı) Değirmenler gibi diğer öğütme sistem alternatifleri gerekmektedir. Bu çalışmada kaba öğütme bilyalı değirmende; ince öğütme ise Atritör değirmende gerçekleştirilerek; düşük tane boyutuna ve yüksek yüzey kalitesine sahip sırlar kombine öğütme sistemi kullanılarak elde edilmiştir. Ayrıca besleme hızı, karıştırıcı çeşiti ve öğütücü taş boyutu gibi çeşitli Atritör Değirmeni çalıştırma parametrelerinin öğütme performansı ve sır özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. Süreksiz Bilyalı Değirmen + Sürekli Atritör Değirmen kombinasyonunun sır öğütme sürecinde sorunsuz kullanılabileceği ve çıktılarının üretim sürecine uygun olduğu tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra yapılan denemeler sonucunda 30% elektrik enerjisi tasarruf edilmiştir.