Theses supervised by Prof. Dr. Şenol Yılmaz
12 theses · Sakarya University
Atık cam ve deniz kabuklarından CaO-Al2O3-SiO2 (CAS) esaslıseramiklerin üretim imkânlarının araştırılması ve özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında deniz kabuğu ve atık camlardan CaO-Al2O3-SiO2 (CAS) esaslı seramiklerin üretim imkânlarının araştırılması amaçlanmıştır. Deniz kabuğu ve atık pencere camının yanı sıra Al2O3, SiO2 ve CaF2'de ilave edilerek hazırlanan 3 farklı bileşimden ergitme yöntemi ile cam fritler elde edilmiştir. Cam fritler bilyeli değirmende öğütülüp elenmiş (<45μm) ve hidrolik pres ile şekillendirilerek silindirik ve dikdörtgen numuneler üretilmiştir. Bu numuneler 850°C, 900°C, 950°C ve 1000°C'de 2 saat sinterlenerek CAS esaslı seramikler elde edilmiştir. Sinterlenen numunelerin faz analizleri X-ışını difraksiyonu (XRD) ile gerçekleştirilmiştir ve ardından mikroyapı incelemeleri de taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. Ayrıca pişme küçülmesi, yoğunluğu, molar hacim, ağırlık kaybı, üç nokta eğme, DTS, mikrosertlik, XRF analizleri ile yapısal ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen veriler deniz kabuğu ve atık pencere camlarından CAS esaslı seramiklerin üretimlerinin mümkün olduğunu göstermiştir.
Uçucu kül ve cam atıklarından üretilen seramiklerin özelliklerine ZnO katkısının etkisinin incelenmesi
Bu çalışmada uçucu kül ve atık cam karışımlarından üretilen seramik malzemelere ZnO katkısının etkisi incelenmiştir. Ağırlıkça % 0, 5, 10 ve 20 oranlarında ZnO, uçucu kül ve atık cam karışımına ilave edilerek bileşimler hazırlanmıştır. Silindirik numuneler preslenerek şekillendirilmiş ve 900, 950, 1000 ve 1050 °C' de 2 saat süre ile sinterlenmiştir. Sinterlenmiş numunelerin pişme küçülmesi, bulk yoğunluğu, görünür gözenekliliği, su emmesi, donma, pamuklaşma özellikleri ve basma mukavemeti belirlenmiştir. Ayrıca X-ışını difraksiyonu (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizi ile de sinterlenen numuneler karakterize edilmiştir. Böylece ZnO katkısının uçucu kül ve atık cam tozu karışımlarından üretilen seramiklerin özelliklerine etkileri incelenmiştir.
Katı oksit yakıt pillerinde akım toplayıcıya yapılan ön işlemlerin cam-seramik contaların arayüzey özelliklerine etkisi
Bu tez çalışmasında, katı oksit yakıt pilleri (KYOP)'de kullanılan akım toplayıcıya yapılan ön işlemlerin sızdırmazlığa olan etkileri araştırılmıştır. Akım toplayıcı olarak kullanılan AISI 430 ferritik paslanmaz çelik malzemede kumlama, oksidasyon ve borlama gibi işlemler yapılarak cam-seramik conta ile olan uyumu ve sızdırmazlığı incelenmiştir. Akım toplayıcı-conta birleşmelerinde kullanılmak üzere A1, A2 ve A3 olarak isimlendirilen ana bileşen bazalt olacak şekilde üç farklı bileşimi hazırlanmıştır. Hazırlanan bileşimler elektrikli fırında 1500 °C'de 1 saat bekletilerek ergitilmiştir. Ergitilen camlar toz hale getirildikten sonra farklı ön işlemler uygulanarak hazırlanan AISI 430 paslanmaz çelik altlıklara (interkonnektör) uygulanmış ve sonrasında bağlanarak sızdırmazlık sağlaması için ısıl işlem uygulanmıştır. Isıl işlem sırasında camsı yapıdan cam-seramik yapıya dönüşüm gerçekleşmiştir. Cam-seramik conta ve AISI 430 bağlantı elemanı arasındaki bağlanma, sızdırmazlık ve arayüzey özellikleri X-ışını kırınım analizi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Anahtar kelimeler: Cam-seramik, KYOP, Bazalt, AISI 430, Sızdırmazlık
Yüksek fırın cürufu ve atık manyezit tozundan yapı malzemesi üretim koşullarının araştırılması ve özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada yüksek fırın cürufu ve manyezit zenginleştirme atığı karışımına farklı oranlarda kil ilavesi yapılarak üretilen malzemelerin yapı malzemesi olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Hazırlanan karışımlardan üretilen silindirik numuneler 1100, 1150 ve 1200 °C'de 2 saat süre ile sinterlenmiştir. Sinterlenen numunelerin pişme küçülmesi, bulk yoğunluğu, görünür gözenekliliği, su emme, donma ve pamuklaşma özellikleri incelenmiştir. Ayrıca X-ışını difraksiyonu (XRD) ile faz analizleri, optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile de mikroyapı incelemeleri yapılmıştır. Böylece kil katkısının yüksek fırın cürufu ve manyezit zenginleştirme atığı karışımlarından üretilen seramiklerin özelliklerine etkileri incelenmiş ve yapı malzemesi olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır.
Yer karosu seramik sır bileşimlerinin dijital mürekkep performansına etkisi
Dijital mürekkepler, seramik karo üretiminin en pahalı malzemesidir. Seramik dijital mürekkep maliyetinin yüksekliği nedeniyle, günümüzde daha az miktarda mürekkep kullanarak karo üretimi gerçekleştirmek çok önemlidir. Bu çalışmanın amacı standart bir sır reçetesine farklı oksitler içeren hammaddelerin eklenmesi ile inkjet baskı yöntemi kullanılarak baskı yapılan renklerin performansını incelenmesi, hammaddelerin renk algısına olan etkilerinin değişimini görülmesi ve bu ilavelerin renk performansı üzerindeki etkilerin anlaşılması için çalışmalar yapılmasıdır. Sır ve renk performansları üzerindeki değişikliklerin gözlenmesi için karo üzerindeki baskılar spektrofotometre cihazları tarafından incelenmiştir. Bu incelemelerden sonra sır bileşimlerinin gamut karşılaştırmaları i1 profiler ile analiz edilmiştir. Zirkonya ve volostonit içeren sırların gamut hacimlerinin dolomit eklenen sırdan çok daha geniş olduğu ve bu hammaddeleri içeren sırların üzerine yapılan baskılarda renklerin daha doygun ve canlı olduğu belirlenmiştir. Mikroyapı görüntülerine göre sır içerisine karışmamış serbest kuvars tanelerinin fazla olması renk gamut hacim değerlerinin azalmasına ve renklerin istenildiği gibi çıkmamasına neden olmuştur.
Bazalt cam-seramiklerinin erozif aşınma özelliklerinin incelenmesi
Anahtar kelimeler: Cam-seramikler, bazalt, aşınma, katı partikül erozyonu. Bu çalışmada, tcar olarak üretlen bazalt esaslı cam-seramklernn erozf aşınma davranışları ncelenmştr. Plakalar halnde (200 x 200 x 30 mm ölçülernde) temn edlen bazalt cam-seramkler seramk kescler yardımı le keslerek laboratuvar ölçekl (50 x 50 x 12 mm ölçülerne) test numunes boyutlarına ndrlmştr. Sodyum feldspat, garnet ve slsyum karbür tozları k farklı tane boyutunda seçlerek aşınma deneyler gerçekleştrlmştr. Katı patrkül erozyon test düzeneğnde, aşındırma partkülü olarak kullanılan sodyum feldspat, garnet ve slsyum karbürün, 1,5 – 3 ve 4 bar basınçlarda 30 sanye püskürtülerek kütlesel debler hesaplanmıştır ve bu verler erozyon oranı hesaplarında kullanılmıştır. Test numuneler, katı partkül erozyon test düzeneğnde, 7,8 mm çapındak nozül le ayarlanablr numune fkstürü arasında 20 mm mesafe olacak şeklde ayarlanmıştır. İlk ağırlıkları belrlenen numuneler numune fkstürü üzerne sabtlenmştr. Numune fkstürü, 30° - 45° - 60° - 75° - 90° açılarında ayarlanmış ve aşındırma partküller 1,5 – 3 – 4 bar basınçlarında 20 sanye püskürtülerek katı partkül erozyon aşınmasına maruz bırakılmıştır. Aşındırma sonrası ağırlıkları belrlenmştr. İlk ve son ağırlıkları belrlenen bazalt cam-seramk numuneler üzerndek ağırlık farkı hesaplanmış ve aşındırma partküllernn kütlesel deb verler erozyon oranı formülü le erozyon oranları hesaplanmıştır. Test edlmş numuneler üzernde, makro görüntüler alınmış ve optk proflometre yardımı le aşındırma yüzeyler hakkında blg ednlmştr. Elde edlen verler doğrultusunda sonuçlar rdelenmş ve bazalt cam-seramklernn aşındırıcı partküllere karşı katı partkül erozyonu değerlendrlmştr. Deneysel çalışmalar sonucunda en fazla aşınmanın SC partküller olduğu görülmüştür. Bazalt cam-seramkler üzernde sodyum feldspat partküllernde büyük tane boyutunun etkl olduğu görülürken, garnet ve slsyum karbür aşındırma partküllernde küçük tane boyutlarının daha fazla aşındırıcı etks olduğu göze çarpmaktadır. Partkül püskürtme basıncının artmasıyla brlkte aşınma da artmıştır. 60° partkül çarpma açılarında yapılan testlerde aşınmanın genel olarak daha yüksek olduğu görülmektedr.
Vermikülitten üretilen cam-seramik malzemelerin karakterizasyonu ve işlenebilirlik özellikleri
İşlenebilir cam-seramik malzemeler; ergitme ve döküm sonrası şekillendirmeyle elde edilen camlara kontrollü kristalizasyon ısıl işlemi uygulanması ile üretilirler. Geleneksel metal işleme aletleriyle karmaşık şekillere ve hassas parçalara hızlı ve ekonomik bir şekilde işlenebilirler. Bu çalışmada, vermikülit cevherinden cam ve işlenebilir cam-seramik malzemelerin üretim imkanları araştırılmıştır. SİVAS/Yıldızeli bölgesi vermiküliti 1050 ℃'de kalsine edilmiş, daha sonra SiO2, Al2O3, K2O, MgF2 ve B2O3 katılarak işlenebilir cam-seramik bileşimleri hazırlanmıştır. Hazırlanan bileşimler alümina bilyeli değirmende 1 saat süre boyunca öğütme ve karıştırma işlemine tabi tutulmuştur. Homojen karıştırılan tozlar alümina potada 1500 ℃'de 1 saat bekleme süresi sonrasında ergitilmiş ve grafit kalıba dökülerek cam üretimi gerçekleştirilmiştir. Döküm sonrasında cam yapıda oluşan iç gerilmelerin giderilmesi amacıyla 600 ℃'de 1 saat tavlama ısıl işlemi yapılmıştır. Üretilen camların XRD analizleri sonucunda amorf yapıda oldukları tespit edilmiştir. Amorf cam tozlara DTA/DSC yapılarak camsı geçiş ve kristalizasyon ısıl işlem sıcaklıkları belirlenmiştir. Belirlenen sıcaklıklarda kademeli ve direkt ısıl işlem uygulanarak cam-seramik dönüşümü gerçekleştirilmiştir. Cam-seramik malzemelerde XRD ile faz analizi, SEM ile mikro yapı karakterizasyonu, termal analiz ile kristalizasyon kinetiği hesaplamaları yapılmıştır. Cam ve cam-seramiklerin mekanik özelliklerin belirlenmesi amacıyla sertlik, kırılma tokluğu ölçümleri ile işlenebilirlik testi uygulanmıştır. Ayrıca Arşimed prensibine göre cam ve cam-seramiklerin yoğunlukları hesaplanmıştır. Çalışmalar sonucunda kademeli ısıl işlem gören B0 bileşimli cam-seramiğin, direkt ısıl işlemlerde ise B10 bileşimli cam-seramiğin (1100 ℃ 10 saat) en iyi işlenebilirliğe sahip olduğu ölçülmüştür. Bu iki cam-seramik işlenebilirlik uygulamaları için tavsiye edilebilir.
Kemik porselen üretiminde kemik külüne alternatif malzeme kullanım imkanlarının araştırılması
Bu çalışmada yumuşak porselen türlerinden biri olan kemik porselen bileşiminde yer alan hammaddeler olan kemik külü, kaolin ve feldspat üçlüsünde, kemik külü yerine vollastonit'in kullanılabilirliği araştırılmıştır. Kemik külü yerine %2.5, 5, 7.5 ve 10 oranlarında kademeli olarak vollastonit ilave edilmiştir. Deformasyon ve ışık geçirgenliği sonuçları dikkate alınarak %5 ile %7.5 arasında vollastonit içeren bir birleşim oluşturulmuş ve deformasyon değerlerin iyileştirilmesi için %3 alümina (Al2O3) ilave edilmiştir. Elde edilen çamurlar slip döküm ile şekillendirilerek 1260°C sıcaklıkta 1 saat süreyle sinterleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Sinterlenmiş numunelerin pişme küçülmesi, eğme mukavemeti, deformasyon, su emme, termal genleşme, ışık geçirgenliği, renk değerleri gibi fiziksel ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca X ışını difraksiyonu (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizi ile de sinterlenen numuneler karakterize edilmiştir. Kemik külü yerine vollastonit hammaddesinin ilavesiyle porselen mamullerin ışık geçirgenlik değerlerinde artış görülmesine rağmen deformasyonlarında artma gözlenmiştir. %6 vollastonit içeren bileşime %3 alümina ilave edilmesiyle deformasyonlarında iyileştirilme sağlanırken ışık geçirgenliğinde bir miktar düşüş gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlardan kemik porselen birleşiminde bulunan kemik külü yerine %6 vollastonit'in kullanabileceği görülmüştür.
Farklı oranlarda diatomit takviyeli silikon matrisli kompozit malzemelerin termal ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmanın amacı silikon matrisli kompozitlerde takviye maddesi olarak diatomitin kullanılabilirliğini araştırmaktır. Aynı zamanda diatomitin mekanik özelliklere ve termal iletkenliğe olan etkileri de incelenmiştir. Diatomit ana yapıya %2,5, %5, %7,5, %10 ve %15 oranlarında kademeli olarak ilave edilmiş ve her bir oran için çekme-kopma, uzama, yırtılma, sertlik, yoğunluk, LOI, FT-IR, TGA ve termal iletkenlik testleri yapılarak kompozit numunelerin baz karışım ve birbiri ile kıyaslaması yapılmıştır. Mekanik ve termal testler sonucunda sertliğin katılan her % birim diatomit için arttığı, yırtılma mukavemetinin artan diatomit oranıyla doğru orantılı olarak azaldığı ve yoğunluğun her % birim diatomit artışı için arttığı görülürken çekme – kopma, uzama, aşınma ve LOI test değerlerinde artan diatomit oranına göre sürekli bir azalma tespit edilmiştir. FT-IR spektrometresi ile diatomit ve % 0 - % 7,5 ve %15 diatomit içerikli karışım numuneler analiz edilmiş ve diatomit ilavesi yapılan karışım numunelerinin FT-IR spektrumları arasında belirgin bir fark görülmemiştir. Bunun sebebinin vinil metil polisiloksan (VMQ) içerisindeki silisyum-oksijen ve metil-silisyum bağlarının miktar olarak çok fazla olması nedeniyle ayırt edici olan diğer bağları baskılaması ve ayrıca diatomitin de yapısı içerisinde yüksek oranda silisyum-oksijen bağı içermesi olduğu düşünülmektedir. TGA analizi uyguladığımız numunelerde ise diatomit ilavesinin termal degradasyonu (bozunmayı) hızlandırdığı, termal kararlılığı artırıcı bir etkisinin olmadığı gözlemlenmiştir.
Katı oksit yakıt pilleri için doğal kayaç bazalt ve atık camlardan cam-seramik conta malzemelerinin geliştirilmesi
Katı oksit yakıt pilleri (KOYP), yakıtın kimyasal enerjisini doğrudan elektrik ve önemli miktarda ısı enerjisine dönüştüren, çevre dostu elektrokimyasal cihazlardır. KOYP' de sızdırmazlığı sağlamada, cam-seramik malzeme grubu en iyi özelliklere sahiptir. Bu çalışmada doğal bir volkanik kayaç olan bazalt, atık pencere camı ve Na2CO3 kullanılarak KOYP'nde sızdırmazlık contası olarak kullanılmak üzere üç farklı bileşim geliştirilmiştir. Hazırlanan karışımlar 1500 °C'de ergitilerek suya ve grafit kalıba dökülmüştür. Grafit kalıba dökülen camlar, termal genleşme katsayısı tespiti için dilatometre analizinde kullanılmıştır. Suya dökülen camlar ise, öğütülerek -53 µm'ye getirilmiştir. Ardından belirli ön işlemlerden sonra, daldırma yöntemi ile Crofer, AISI 430, 409, 439 ve 441 paslanmaz çeliklere kaplanmıştır. Kaplama sonrası cam-seramik conta ile paslanmaz çelik altlık arasında kalıcı bir bağlanma ve sızdırmazlık sağlanması için 850, 900 ve 950 °C'de ısıl işlem yapılmıştır. Isıl işlem sonucunda, camsı yapıdan cam-seramik yapıya dönüşüm meydana gelmiştir. Conta-altlık ara yüzey, bağlanma ve sızdırmazlık özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını difraksiyon analizi (XRD) ile incelenerek, KOYP için uygunluğu araştırılmıştır.
CaF2 katkısının atıklardan üretilen CaO – Al2O3 – SiO2 esaslı seramiklerin özelliklerine etkisinin incelenmesi
Bu çalışmada granüle yüksek fırın cürufu, termik santral atık uçucu külü, bor üretim atığı, atık cam ve magnezit refrakter üretim atık karışımlarından CaO – Al2O3 – SiO2 (CAS) esaslı seramiklerin özelliklerine CaF2 katkısının etkisi incelenmiştir. Ağırlıkça % 0, 3, 6, 9 ve 12 oranlarında CaF2, granüle yüksek fırın cürufu, termik santral uçucu külü, bor üretim atığı, magnezit refrakter atığı ve atık cam karışımına ilave edilerek bileşimler hazırlanmıştır. Silindirik numuneler preslenerek şekillendirilmiş ve 900, 950, 1000, 1050 ve 1100 °C sıcaklıklarda 2 saat süre ile sinterlenip karakterize edilmiştir. Bu amaçla taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikroyapıları, X-ışını difraksiyonu (XRD) ile de faz analizleri yapılmış olup sinterlenmiş numunelerin pişme küçülmesi, bulk yoğunluğu, görünür gözenekliliği, su emmesi, donma, pamuklaşma özellikleri ve eğilme mukavemeti değerleri belirlenmiştir. Böylece CaF2 katkısının granüle yüksek fırın cürufu, termik santral uçucu külü, bor üretim atığı, magnezit refrakter atığı ve atık cam tozu karışımlarından üretilen seramiklerin özelliklerine etkileri incelenmiştir. CaF2 katkısının sinterleme sıcaklığının artışıyla gözenek miktarında ve su emme değerlerinde azalmaya, bunun yanı sıra yoğunluk değerlerinde ise artışa sebep olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar atık karışımlarından üretilen CAS esaslı seramiklerin yapı malzemesi olarak kullanılabileceğini göstermiştir.
Bazaltlardan işlenebilir cam-seramik malzeme üretim imkanlarının araştırılması
ÖZET Anahtar kelimeler: Doğal kayaç, bazalt, cam, ergitme, sinter, cam-seramik, işlenebilir cam-seramik, İşlenebilir cam-seramiklerin üretilmesi, diğer tüm cam-seramik malzemelerde olduğu gibi, ergitme ve döküm sonrasında elde edilen cama kontrollü çekirdeklenme ve kristalizasyon ısıl işlemleri uygulanması ile olur. İşlenebilir cam-seramikleri diğer cam-seramik malzemelerden farklı kılan, uygun çekirdeklendirme ve kristalizasyon ısıl işlemleri sonucunda, malzemenin mekanik şekillendirmeye imkân sağlayan uygun mikro yapı ve mikro sertlik değerine sahip olmasındır. İşlenebilir cam-seramikler; mekanik şekillendirmeye ilave olarak iyi elektriksel ve mekanik özelliklere de sahiptirler. Bu çalışmanın amacı doğal ve atık malzemelerden işlenebilir cam-seramik üretim imkanlarının araştırılmasıdır. Bu amaçla, doğal volkanik kayaç olan bazalta işlenebilirlik özelliklerini kazandırmak amacıyla MgF2 ve K2O ilavesi yapılarak üç farklı bileşim hazırlanmıştır. Hazırlanan karışımlar alümina bilyeli değirmende 1 saat öğütme ve karıştırma işlemine tabi tutulduktan sonra hem ergitme yöntemiyle hem de ekonomik olması için direk tozların sinterlenmesi yöntemiyle cam-seramik malzemeler üretilmiştir. Öğütme işlemi tamamlandıktan sonra hazırlanan karışımın bir kısmı alümina potada 1500°C 'de 1 saat bekletilerek ergitilmiş ve grafit kalıba dökülmüştür. Döküm sırasında camda oluşan iç gerilimlerinin giderilmesi için dökülen cam numuneler 600°C'de 1 saat tavlanmıştır. Tavlanan camın DTA analizi yapılarak cam-seramik elde etmek için gerekli olan ısıl işlem sıcaklıkları belirlenmiş ve bu sıcaklıklarda camlara kristalizasyon ısıl işlemleri uygulanarak cam-seramik dönüşümü gerçekleştirilmiştir. Cam ve cam-seramik malzemelerde taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikro yapı karakterizasyonu, x-ışınları difraksiyon (XRD) analizi ile faz analizi yapılmış, sertlikleri ve kırılma toklukları ölçülmüş, ayrıca işlenebilirlik testleri de uygulanmıştır. Sinterleme yöntemiyle işlenebilir cam-seramiklerin üretiminde değirmende öğütme sonrası karışım 75μm elekten geçirilmiş ve elek altları kullanılmıştır. Karışımlardan 100 MPa basınçla 20 mm çapında silindirik numuneler preslenmiştir. Preslenen numuneler 900,1000 ve 1100 °C de ısıl işleme tabi tutularak cam-seramiğe dönüştürülmüştür. Üretilen sinter cam-seramik numunelerde SEM ve XRD analizleri; yoğunluk, sertlik, kırılma tokluğu, su emme, porozite ve işlenebilirlik testleri gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon çalışmalarının sonucunda, tüm bileşimlerde, hem ergitme hem de sinter numunelerde işlenebilirliği sağlayan demirli flogopit [K(Mg,Fe+2)3]AlSi3O10(F,OH)2] fazının kristallendiği belirlenmiştir