Anortit esaslı porselenin bünyesine MgO, K2O ve Na2O ilavesinin sinterleme davranışı üzerine etkisi
The effects of MgO, K2O and Na2O addition on sintering behavior of anorthite based porcelain body
Yazar: AYŞE TÜRKAN
Danışman: PROF. DR. AHMET ÇAPOĞLU
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, yüksek sıcaklıkta sinterlenmiş porselen olarak kullanılabilme potansiyeline sahip anortit esaslı seramiklere sıvılaştırıcı ajan etkisi olduğu bilinen MgO, Na2O ve K2O'in değişik oranlarda ilavesi yapılarak bu seramiğin sinterleme sıcaklığı 1200oC civarına indirilebilme ve dolayısıyla porselen granit olarak üretilebilme olasılığını araştırmaktır. Isıl işlem sonrasında seramik bünyesinde yüksek oranda anortit (CaOAl2O32SiO2) kristallerini geliştirecek şekilde belirlenen bir kompozisyona %0 ile %5 arasında değişen oranlarda ayrı ayrı MgO, Na2O ve K2O ilavesi yapılarak bünyeler hazırlanmıştır.
Hazırlanmış olan kompozisyonlar granül haline getirilerek şekillendirme işlemi yapıldıktan sonra yüksek hızda sinterleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Sinterlenen numunelerin yoğunluk, pişme küçülmesi, su emme gibi fiziksel ve elastik modulüs, kırılma mukavemeti, gibi mekanik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca, sinterlenen numunelerin mikroyapıda gelişen fazların incelemesi için X-ışınları ve elektron mikroskobun çalışmaları ile mikroyapı karakterizasyonu yapılmış ve farklı oranlarda eklenen malzemelerin anortit esaslı porselenin mikroyapı gelişimi üzerine etkisi araştırılmıştır.
MgO, K2O ve Na2O katkılarının ilave edilmesi sonucunda sinterleme sıcaklıkları kademeli olarak düşürülmüştür ve en iyi sonuçlar %3 MgO ilave edilmesi ile sağlanmıştır. Bu kompozisyon ile en yüksek yoğunluk değerinin elde edildiği sinterleme sıcaklığı 1350oC'den 1250oC'ye düşürülmüştür. Sinterleme sıcaklığı; %2-3 K2O ilavesiyle 1275oC'ye ve %2 Na2O katkısı ile 1300oC'ye düşürülmüştür. Tüm kompozisyonların XRD sonuçlarında ana faz olarak anortit fazı ve kalıntı fazlar olarak corundum, kuvars ve kristobalit oluşmasının yanı sıra %4-5 MgO içeren bünyelerde ise anortit kristalleri ile birlikte ikincil faz olarak kordiyerit fazının oluşumuda tesbit edilmiştir. Kordiyerit oluşumunun sinterleme davranışını olumsuz etkilediği gözlemlenmiştir.

Abstract:
The aim of this work is to investtigate the possibility of making porcelainised stoneware body from anorthite based ceramics, which has utulization potential as whiteware, by decreasing its sintering temperature from 1350oC to around 1200ºC with addition of fluxing agents like MgO, Na2O and K2O at different concentrations. Bodies prepared by the addition of MgO, Na2O and K2O individually, at concentrations ranging between 0% and 5%, to the defined composition which forms high amounts of anorthite (CaOAl2O32SiO2) crystals in ceramic body after thermal process.
The samples were prepared from granulated bodies having different compositions were heat treated with rapid sintering. Mechanical properties such as elastic modulus, flexural strength and physical properties such as bulk density, firing shrinkage and water absorption of sintered samples were examined. Moreover,  microstructure characterization made by examining and determining the phases developed in microstructure of sintered samples with x-rays and scanning electron microscope, and thus effects of additive materials in different concentrations on the microstructure development of anorthite based porcelain was studied.
After the addition of MgO, K2O and Na2O, sintering temperatures were found to decreased gradually and best results were reached with 3% MgO addition. With this composition, it was possible to decrease the sintering temperature sintering temperature that gives the highest bulk density value, from 1350oC to 1250oC. Sintering temperature that gives the highest bulk density value was decreased to 1275º with 2 to 3% K2O addition and to 1300ºC with 2% Na2O additions. XRD results of all compositions confirmed the formation of anorthite crystals as the main phase and corundum, quartz and cristoballite as residual phases in the microstructure. However, the formation of cordierite crystals was also detected as second main phase on top of anorthite crystals formation in compositions having MgO addition more than 3%. İt was observed that the formation of cordierite phase in the microstructure affected the sintering behaviour negatively.