Korniş kayacı yerine feldispat karışımları kullanılarak bone chına (kemik porselen) seramik bünyesi geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterisation of bone china porcelain ceramic formulation by using feldspar compounds in replacement of cornish stone
Yazar: HALİL AŞKIN
Danışman: PROF. DR. AHMET ÇAPOĞLU
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Hidroksiapatit seramik = Hydroxyapatite ceramic

Özet:
Bone china seramik bünyesi kalsine hayvan kemiği, cornish kayacı ve kaolen gibi üç temel hammaddeden oluşur. Bünyedeki cornish kayacının görevi, bone china seramiğinin ısıl işlemi sırasında etkin olan viskoz faz sinterleme mekanizması için gerekli sıvı fazın oluşumunu sağlamaktır. Ancak, cornish kayacı kaynakları tükenme aşamasındadır. Bu nedenle alternatif hammadde arayışları üzerine çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada bone china bünyesi; Cornish kayacı yerine onun sahip olduğu kimyasal bileşimi sağlayacak şekilde feldispatların karışımı ile oluşturulan bir hammaddenin kullanılması ile yeniden formüle edilmiş ve bu bünyeden üretilen numunelerin sinterleme işleminden sonra beyazlık, yarı saydamlık, mukavemet gibi bone china seramiğinin karakteristiğini sergileyen davranış özellikleri karakterize edilmiştir. Davranış özellikleri ile mikroyapı arasında ilişki kurulabilmesi için sinterlenen numunelerden mikroyapı çalışması da gerçekleştirilmiştir. Yeniden formüle edilmiş bone china bünyeleri; feldispat karışımının sırasıyla %15, %20 ve %25 oranlarında ilave edilmesiyle oluşturulmuş ve numuneler endüstriyel üretim aşamalarının laboratuvar ölçeğinde temsil edilmesini sağlayacak şekilde uygulanması ile üretilmişlerdir. Silindirik pelet ve dikdörtgen kesitli çubuk şekilli numuneler 1050°C ile 1125°C sıcaklıkları arasında 2 saat süresince sinterlenmişlerdir. Sinterlenen numuneler üzerinden yoğunluk ölçüm sonuçlarına göre en yüksek yoğunluk değerine 1100°C ve 1110°C sıcaklıklarında ulaşıldığı ve bu sıcaklıklarda su emme değerinin de sıfır düzeyine indiği tespit edilmiştir. Maksimum yoğunluğun ve sıfır su emme değerinin elde edildiği numunelerin sinterleme sıcaklıkları, endüstriyel olarak üretilen bone china seramiklerine göre yaklaşık 100°C daha düşüktür. Elastik modül ve üç nokta eğme deneyi sonuçlarına göre de en yüksek elastik modül ve mukavemet değerleri de 1100°C'de sinterlenen numunelerden elde edilmiştir. Ölçülen maksimum elastik modül ve eğme mukavemet değerleri sırasıyla yaklaşık 85 GPa ve 120 MPa'dır. Elde edilen bu değerler, klasik bone china bünyesinden elde edilen verilere göre %20 daha yüksektir. Beyazlık derecesi 96 olarak belirlenmiştir. Farklı kompozisyonlarda hazırlanan bünyelerin davranış özellikleri arasında büyük farklılıklar olmadığı da belirlenmiştir.

Abstract:
Bone china is made up of a mixture of three basic raw materials such as calcined animal bone, cornish stone, and kaolin. The function of cornish stone in body ensure the formation of liquid phase for the viscous phase sintering mechanism during heat treatment of bone china sintering. However, the cornish stone resources are in the depletion phase. For this reason, studies are being carried out on alternative raw materials. In this study, bone china body; Cornish was reformulated by using a raw material formed with a mixture of feldspars to provide the chemical compound it possesses instead of the cornish stone, samples from this body after sintering process, bone china ceramics were characterized by their behavioral characteristics such as whiteness, translucency and strength. In addition, a detailed microstructure study was performed on the sintered samples for establishing relationships between behavioral properties and microstructure. Reproduced bone china structures; 15%, 20% and 25%, respectively, of the feldspar solution and the samples were produced by applying the industrial production stages at the laboratory scale. Samples with cylindrical pellet and rectangular cross-section were sintered in electric heated furnace for 2 hours between 1050°C and 1125°C. According to the results of the density measurements performed on the sintered samples, the highest density values were reached at 1100°C and 1110°C, and the water absorption value decreased to zero at these temperatures. Sintering temperatures of samples with maximum density and zero water absorption value were about 100°C lower than those of industrially produced bone china ceramics. According to the results of the elastic modulus and three point bending tests carried out on the specimens of bars, the highest modulus and strength values were also obtained from samples sintered at 1100°C. The measured maximum elastic modulus and flexural strength values are about 85 GPa and 120 MPa, respectively. These values are 20% higher than those obtained from conventional bone china. Typically, the measured whiteness grade is also set at 96. There was no significant difference in the behavioral characteristics of the bodies prepared in different compositions.