İndentasyon tekniği ile temperli ve tempersiz soda-silika cam kırılma tokluğunun belirlenmesi

Bu tez çalışmasında vickers indentasyon tekniği kullanılarak temperli ve tempersiz beyaz ve yeşil renkte düz camlar için kırılma tokluğu hesaplamaları yapılmış ve vickers indentasyon tekniğinde kullanılan formüllerden hangisinin temperli ve tempersiz camlar için en uygun olduğu araştırılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde tezin amacı hakkında bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde camlar hakkında genel litera tür bilgileri verilmiştir. Üçüncü bölümde kırılma mekaniği hakkında bilgiler verilmiştir. Dördüncü bölümde deneysel çalışmaların nasıl yapıldığı, hangi prosedürlerin izlendiği hakkında bilgiler verilmiştir. Beşinci bölümde ilgili formüller için hesaplamala r yapılmıştır. Altıncı ve son bölümde sonuçlar karşılaştırılmış, hangi formül veya formüllerin temperli ve tempersiz beyaz ve yeşil düz camlar için uygun olduğu belirtilmiştir. Tezin ilk bölümünde indantasyon tekniğinin avantajlarından bahsedilmiş ve tezi n amacı belirtilmiştir. Tezin ikinci bölümünde camların molekül yapısı ve özellikleri hakkında temel bilgiler verilmiştir. Camların sınıflandırılmasın yapılmış ve fiziksel, kimyasal, mekanik ve ısıl özellikleri hakkında literatür bilgileri verilmiştir. Tez kapsamınca incelenmş olan silika camlar oksit camlar sınıfına dahil olan ve en yaygın olarak kullanılan cam türüdür. Silika camlarının kompozisyonları Na 2 O - CaO - SiO 2 faz diyagramının ötektik pozisyonuna göre ayarlanmaktadır. Genel olarak soda kireç camları %22 Na 2 O, %5 CaO ve %73 SiO 2 içermektedir. Camın ergitme koşulları, tavlama sıcaklığı, işlenmesi, rafinasyonu, kristallenme hızı gibi bir çok özelliği viskozite tarafından o luşturulduğu için camın en temel fiziksel özelliği viskozitedir. Kimyasal özellik açısından genel olarak inerttirler ve su ve benzeri nötr çözeltilerden çok yüksek sıcaklıklarda bulunmamaları kaydıyla etkilenmezler. Cam molekül yapısından ötürü kalıcı deformasyona izin vermez. Cam basma gerilimine karşı direnci yüksek olmakla birlikte ç ekme gerilimin e karşı direnci oldukça düşük bir malzemedir ve c amın mekanik dayanımını yüzey özellikleri belirler. Günlük yaşantıda kullandığımız camların dayanımları 30 - 100MPa arasında değişmektedir . Cam ısıl iletkenliği düşük bir mazemedir. Camların ısıl genleşmesi cam türüne bağlı olarak değişmektedir. Cam yapıcı oksit oranı ne kadar artarsa camın titreşimi o kadar azalmakta ve camın genleşme katsayısı da aynı oranda düşmektedir . Tezin üçüncü bölümünde kırılma mekaniği hakkında bilgiler verilmiştir. Önce likle kırılma türleri hakkında bilgi verilmiş daha sonra kırılma mekaniği yaklaşımları olan LEKM (Lineer Elastik Kırılma Mekaniği) ve EPKM (Elastik Plastik Kırılma Mekaniği) hakkında bilgiler verilmiştir. LEKM yaklaşımı camlar gibi gevrek malzemelerde geçe rli olduğu için tez kapsamında LEKM için daha ayrıntılı bilgi aktarımında bulunulmuştur. Üçüncü bölümde son olarak malzemelerin kırılma tokluklarının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan kırılma tokluğu deneyleri hakkında özet bilgiler verilmiş ve tezi n kapsamı olan indentasyon tekniği hakkında bilgiler verilmiştir. Katı bir cismin yük altında iki veya daha çok parçaya ayrılmasına kırılma denir. Kırılma çatlak oluşumu ve çatlak ilerlemesi olarak iki aşa madan oluşur. Sünek ve gevrek kırılma olmak üzere i ki temel kırılma türü vardır. Kırılma mekaniği kırılmayı makro ve mikro açıdan inceleyen bir bilim dalıdır. Kırılma Mekaniği, gerilme analizine bağlı olarak kırılma direncini, uygulanan yüke ve hata içeren komponentlerin yapısal geometrisine bağlı olarak o rtaya koyan kalitatif bir yaklaşımdır. Kırılma mekaniği ile ilgili ilk çalışma Griffith'in 1920'de yayınlanmış olduğu çalışma kabul edilir. Kırılma mekaniğinde Lineer Elastik Kırılma Mekaniği ve Elastik Plastik Kırı lma Mekaniğ i olmak üzere iki türlü yaklaş ım kullanılmaktadır. Lineer elastik kırılma mekaniği tamamen elastik şartlar altında çatlak boyutu ve kırılmayı tanıml amak için geliştirilmiştir. LEKM çoğunlukla seramikler ve camlar gibi gevrek malzemelerin kı rılmasını açıklamakta kulanılır. Sünek malzeme lerde LEKM yaklaşımı geçerliliğini kaybeder ve bunun yerine Elasto plastik kırılma mekaniği (EPKM) yaklaşımı kullanılmaktadır. Kırılma tokluğu deneylerinde yaygın olarak SENB, CT ve DCB yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Son zamanlarda indentasyon tekniği kırılma tokluğu belirlenmesinde çok hızlı ve basit bir şekilde sonuç alınabildiği için alternatif bir yöntem olarak görülmeye başlanmıştır. Tezin dördüncü bölümünde deneysel çalışmalar hakkında bilgiler verilmiştir. 1,6 - 2,2 - 3,2 - 4,00 mm kalınlığında temperli ve tempersiz beyaz ve yeşil camlar ŞİŞECAM Trakya Cam Sanayii A.Ş. Trakya Fabrikasında üretilmiştir. Konu düz camlara 0,2 - 0,3 - 0,5 - 1,00 - 2,00 - 3,00 - 5,00kg arasında yükler uygulanmış ve izlerin ölçüleri optik mikroskop ile alınmıştır. Tezin beşinci bölümünde deneysel sonuçlara yönelik bilgiler verilmiştir. Yük - çatlak boyu değişimi, yük - vickers sertlik değişimi, yük - elastisite modülü değişimi incelenmiş ve son olarak kırılma tokluğu formüllerine yönelik hesaplamalar yapılmıştır. Formüller Palmqvist yö ntem, Half - Penny yöntem ve Cuve Fitting yöntem olmak üzere 3 temel katagoriye ayrılmış ve bu yöntemlerde bulunan seçilmiş olan formüllerde hesaplamalar yapılmıştır. Hangi modelin uygun olacağının belirlenmesinde c/a değeri referans değer olarak kabul edilm iş ve yöntem bu oran doğrultusunda belirlenmiştir. c/a oranına doğrultusunda tempersiz camlarda Half - Penny modeline ait formüller kullanılabilecekken temperli camlarda Palmqvist yöntemine ait formüller kullanılabilecektir. Curve Fitting yöntemine ait olan formüllerin iki cam türü için olan uygunlukları da araştırılmıştır. Formüllere yönelik istatistiksel analiz için MINITAB programı kullanılmıştır. Tezin altıncı ve son bölümünde deneysel sonuçların karşılaştırılmaları yapılmıştır. Sonuçlara yönelik istatis tiksel analiz çalışması yapılarak temperli ve tempersiz beyaz ve yeşil camlar için hangi yöntemin uygun olduğu belirlenmiş ve belirlenmiş olan yönteme ait hangi formülün literatürdeki kırılma tokluğuna en yakın sonucu verdiği belirtilmiştir.