Pyroplastik deformasyona dirençli yeniden formülize edilmiş bone china bünyesi geliştirilmesi
Development of reformulated bone china bodies resistant to pyroplastic deformation
Yazar: ELİF KABAKCI
Danışman: PROF. DR. AHMET ÇAPOĞLU
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez çalışmasında, bone china tanımını bozmayacak şekilde, pyroplastik deformasyona karşı direnci arttırılmış yeniden formülize bone china bünyesi geliştirilmesi amaçlanarak üç aşamalı bir çalışma ortaya konmuştur. Birinci aşamada kaynakları tükenmekte olan Cornish kayacı yerine nefelin siyenit ve kuvars kullanılarak klasik bone china bünyesine özdeş nitelikte bünyeler hazırlanmıştır. 1225°C'de sinterlenmesinden sonra eğme mukavemeti (~50 MPa) hariç yarı saydamlık, yoğunluk (2,5 g/cm3) ve su emme (<%0,5) açısından ticari bone china özelliklerine sahip oldukları görülmüştür. Mikroyapı incelemesinde düşük mukavemete sahip bu bünyelerin büyük boyutlu genleşmiş gözenekler içerdiği tespit edilmiştir. Sistematik ve kontrollü bir öğütme/karıştırma çalışması ile bu gözeneklerin oluşumu engellenmiş ve eğme mukavemeti 100 MPa seviyelerine çıkarılmıştır. Klasik bone china bünyesi olarak üretilen bünyenin pyroplastisite indeksi 1,55x10-5 cm-1 olarak hesaplanmıştır. İkinci aşamada ise ergitici olarak %20-25-30-35 oranlarında ayrı ayrı sodyum feldispat, potasyum feldispat kullanılarak ya da sodyum feldispatın potasyum feldispata oranı 1/3 - 1/2 - 1/1 - 2/1 - 3/1 olacak şekilde karışımları kullanılarak bone china bünyeleri üretilmiştir. Genel olarak, K-feldispat kullanılarak üretilen bünyelerde sıvı faz oluşturma kabiliyetinin Na-feldispat kullanılanlara göre daha üstün olduğu görülmüştür. KF-35 bünyesi; 5,36x10-6 cm-1 (1150°C) ve NaF-35
bünyesi; 7,46 x10-6 cm-1 (1200°C) gibi birbirlerine çok yakın, düşük pyroplastisite indeks değerleri göstermiştir. Ancak artan sıcaklıkla beraber KF-35 bünyesinin pyroplastisite indeks değerlerindeki artış NaF-35 bünyesine göre neredeyse iki katı olmuştur. Üçüncü aşamada ise mikroyapısında anortit veya anortit+müllit kristallerinin geliştirildiği bir şamotun, bone china bünyesine ergitici hammaddesi yerine ilave edilmesi konusu çalışılmıştır. İNCE ve KABA tane boyut dağılımlarına sahip hem anortit (M-1 kodlu) hem de anortit+müllit (M-2 kodlu) esaslı şamot ilaveli bünyeler üretilmiştir. Tane boyutu ve şamot tipinin bünyelerin pyroplastisite indeks değerleri ve yoğunluk kazanımı üzerine etkisi olduğu ortaya konmuştur. M-2 şamotu ilaveli ve ince tane boyutuna sahip bünyede yüksek sinterlenme sıcaklıklarında diğer bünyelere kıyasla daha düşük deformasyon eğilimi tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, a three-stage study was established with the aim of developing a reformulated bone china body with increased resistance to pyroplastic deformation, without changing the definition of bone china. In the first stage, nepheline syenite and quartz were used instead of the fluxing agent Cornish stone whose resources are depleted, for producing bone china bodies that show the classical bone china features. After the sintering of these bodies at 1225°C, it has been observed that except for bending strength (~50 MPa) they have characteristics of commercial bone china in terms of translucency, density (2.5 g/cm3), water absorption (<0.5%). In the microstructure examination, it was determined that these bodies with low strength contain large-sized expanded pores. With a systematic and controlled milling/mixing study, the formation of these pores was prevented and the flexural strength values were increased to 100 MPa level. The pyroplastic index of the body, which was produced as a classical bone china body, was calculated as 1.55x10-5 cm-1. In the second stage,
in the production of bone china bodies, sodium feldspar and potassium feldspar were used individually as percentage of 20-25-30-35 in weight or their mixing in the ratio of 1/3 - 1/2 - 1/1 - 2/1 - 3/1. In general, it has been observed that the liquid phase formation ability of the bodies produced by using K-feldspar is superior to those using Na-feldspar. KF-35 and NaF-35 bodies showed low pyroplasticity index values such as 5.36x10-6 cm-1 (at 1150 °C) and 7.46 x10-6 cm-1 (at 1200 °C), respectively that close to each other. However, with increasing temperature, the increase in the pyroplasticity index values of the KF-35 body was almost twice that of the NaF-35 body. In the third stage, adding a chamotte which has anorthite or anorthite+mullite crystals to bone china as a component instead of the raw material used as a fluxing agent was studied. Both anorthite (M-1 coded) and anorthite+mullite (M-2 coded) based chamotte added reformulated bodies with particle size distributions of THIN and COARSE were produced. It has been revealed that the particle size and chamotte type have an effect on the pyroplasticity index values and density gain of the bodies. A lower deformation tendency was determined in the M-2 chamotte added and fine particle size body at
high sintering temperatures compared to other bodies.