Çeşitli bor oksit katkılarının vermikülit esaslı kordiyerit cam-seramik özelliklerine etkilerinin araştırılması

Kordiyerit (2MgO.2Al2O3.5SiO2), MgO-SiO2-Al2O3 sisteminin önemli fazlarından birisidir. Kordiyerit seramikler düşük dielektrik sabiti (ε = 5– 6), yüksek özdirenç (ρ>1012Ωcm) ve çok düşük ısıl genleşme katsayısına (α = 1-2x10-6 °C-1) sahiptir. Bu özellikler, kordiyeritin çeşitli yüksek sıcaklık uygulamalarında ve mikro elektronik endüstrisinde yarı iletken malzeme olarak kullanılabilmesini sağlar. Kordiyerit seramiklerin karakteristik özellikleri, sentezlenmesinde kullanılan başlangıç hammaddelerinin ve sentezleme sonrası mikro-yapılarındaki fazların bileşimi ve yapısı, safsızlıklar ve üretim tekniği gibi birçok faktörden etkilenir. Müllit, korund, spinel, forsterit, ensteatit, kristobalit gibi ikincil kristal fazları genellikle camsı kordiyerit matriks yapısı içerisinde kordiyerit fazı ile birlikte bulunabilir ve bu çok fazlı mikro yapı, kordiyerit seramiklerin nihai özelliklerini belirler. Özellikle, oksit tozların katı hal sinterlemesi ile üretilen kordiyerit seramiklerde, termal genleşme katsayısını artıran kristobalit ve spinel fazları kaçınılmaz olarak kordiyerit fazına eşlik eder. Yüksek yoğunlukta kordiyerit seramik üretimi için aşırı sinterleme uygulaması kristalin kordiyeritin forsterit ve müllit fazlarına ayrışmasına neden olur; bu durum, termal genleşmeyi önemli ölçüde arttırır. Öte yandan, yetersiz sinterleme ise, düşük ısıl genleşme ve yüksek şok direnci için yeterli kristal kordiyerit fazını geliştiremez (Akpinar vd. 2015). Erime noktası 1460 °C olan kordiyeritin çok dar bir sinterleme sıcaklık aralığına (1350-1400 °C) sahip olmasından dolayı sinterlenmesi zordur (Kumar vd. 2015). Çeşitli hammadde karışımlarından oluşan kordiyerit seramikler için tam bir yoğunlaşma elde etmek için, genellikle sinterleme yardımcılarına ihtiyaç vardır. Ancak, devre kartları, katalitik konvertörler ve termal izolatörler gibi çeşitli alanlarda hayati önem taşıyan kordiyeritin kendisine has ısıl ve elektriksel özellikleri, sinterleme katkıları kullanımı durumunda ikincil kristal fazların oluşumu nedeni ile olumsuz etkilenmektedir (Akpinar 2019). Dolayısıyla sinterleme katkılarına duyulan ihtiyaç, safsızlığa duyarlı doğası nedeniyle tek fazlı kordiyerit seramiklerin elde edilmesini oldukça zorlaştırmaktadır (Oliveira ve Fernandes 2002). Kordiyerit ile ilgili yapılmış çalışmalar, sinterleme yardımcıları olmadan sinterleme sıcaklığında ısıtmanın çok zor olduğunu göstermektedir (Thorp ve Hutton 1981). Bu tez çalışmasında, tek fazlı kordiyerit seramik eldesi için, kordiyerit sitokiyometrisine benzer bileşime sahip Vermikülit hammaddesinin iyi ergitici özelliklerine sahip çeşitli bor oksit katkıları (boraks, borik asit, kolemanit) ile saflığı ve nihai ürün teknik özelliklerini önemli ölçüde etkilemeyecek oranda katkılandırılarak ergitilmesi ve sonrasında cam yapıya dönüştürülmesi ve akabinde cam yapının uygun sıcaklıkta kristalizasyonu ile kordiyerit cam-seramik üretimi hedeflenmektedir. Bu kapsamda kullanılan bor oksit katkılarının nihai cam-seramik yapının faz, mikroyapı, fiziksel, mekanik, termal özellikleri üzerinde etkileri araştırılacaktır.