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