Kordiyeritin termal şok dayanımını etkileyen parametreler ve kalite kontrolü
Parameters affecting the thermal shock resistance of cordierite
Yazar: AHMET GÖKHAN GÖKKAYA
Danışman: PROF. DR. CEMALETTİN YAMAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Kil = Clay ; Kordierit = Cordierite ; Talk = Talc ; Termal şok = Thermal shock

Özet:
Kordiyeritin termal genleşme katsayısı çok düşüktür. Buna bağlı olarak termal yorulma direnci çok yüksektir. Bu özelliği sayesinde başlıca; otomabil egzozlarında bulunan katalitik konvertörlerde, döküm filtrelerinde ve döner ocaklarında radyan olarak kullanılmaktadır. Katalitik konventör gibi uygulamalarda yüksek kaliteli kordiyerit gereklidir. Döner ocaklarında kullanılan radyanların kordiyeritten üretilmesi gerekli tüm özellikleri karşılamaktadır. Ancak döner ocaklarındaki termal şok ve termal yorulma şiddeti, katalitik konventer ya da döküm filtrelerindeki kadar ciddi değildir.  Katalitik konvektörlerde yaklaşık 1100 oC'ye varan ani ısınma ve soğuma söz konusudur. Döner ocağında kullanılan radyanları kil veya kil – talk karışımlarından üretmek kullanım şartları için uygun ürün üretmeye imkan vermektedir. Hammadde ucuzluğu, şekillendirilebilirlik, nihai ürün hassasiyeti gibi nedenlerle döner ocağında kullanılan radyanların, kil veya kil - talk karışımları tercih edilmektedir. Bu çalışmada bu karışımlara ek olarak yaklaşık 1000 °C'de pişirilen kil-manyezit karışımları incelenmiştir.
Kile talk eklenmesi hem oluşan suyu azaltır hem de kristal bağlı su oranını azaltmaktadır. Kile eklenen magnezyum karbonatın yaklaşık %52'si CO2 'dir. Kil - mangnezit karışımlarında üretilen ürünler pişirme sıcaklığında bünyesinde bulunan % 52 CO2'yi pişme sırasında kaybettiğinde gözenekli yapı oluşur. Bu gözenekli yapı, termal iletkenliği büyük ölçüde azaltır. Isıl iletkenlik düşük olduğunda, sıcak yüzeydeki ısının iç yüzeydeki yanıcı gaza ulaşması yavaşlar ve yanıcı gazın tutuşmasını engellemesi beklenir. Bu iyileştirmelerin, kil ürünlerinde karşılaşılan iç kısımdaki yanıcı gazın patlama olaylarını önlemesi beklenmektedir.
Kil - talk karışımlarında talkın oranının arttırılması, karışımdaki magnezyum oksit oranını arttırır. Ancak magnezyum oksitin artmasıyla SiO2' de artar. Bu nedenle kil talk karışımlarında talk oranındaki artış, magnezyum oksit ilavesi ile kordiyerit bileşimine yaklaşmak kadar etkili değildir.

Abstract:
Thermal expansion coefficient of cordierite is very low. Therefore, thermal fatigue resistance is very high. Thanks to this feature, mainly; It is used as a radiant in catalytic converters in automobile exhausts, casting filters and rotary furnaces. High quality cordierite is required in applications such as the catalytic converter. However, the thermal shock and thermal fatigue severity in doner kilns is not as serious as in catalytic converters. In catalytic convectors, there is a sudden heating and cooling up to approximately 1100 °C. Producing the radians used in the doner kiln from clay or clay - talc mixtures allows to products suitable for the conditions of use. Clay or clay - talc mixtures preferred for reasons such as cheapness of raw materials, formability and sensitivity of final product. In this study, addition to these mixtures, clay-magnesite mixtures fired at approximately 1000 oC were investigated.
The addition of talc to the clay both reduces the water formed and reduces the rate of crystal-bound water. A porous structure is formed when the products produced in clay - manganese mixtures lose 52% of CO2 in their body at the cooking temperature during cooking. This porous structure greatly reduces thermal conductivity. When the thermal conductivity is low, the heat from the hot surface to reach the flammable gas on the inner surface slows down and is expected to prevent the flammable gas from igniting. These improvements are expected to prevent explosions of internal combustible gas encountered in clay products.
Increasing the ratio of talc in clay - talc mixtures increases the ratio of magnesium oxide in the mixture. However, with the increase of magnesium oxide, SiO2 also increases. Therefore, the increase in talc ratio in clay talc mixtures is not as effective as approaching the cordierite composition with the addition of magnesium oxide.