ZrSiO4 ve ZrO2 ilavelerinin MgO-MgAl2O4 refrakterlerin mekanik, ısıl şok ve korozyon davranışlarına etkileri
The effects of ZrSiO4 and ZrO2 additions on mechanical, thermal shock and corrosion behaviours of MgO-MgAl2O4 refractories
Yazar: RASİM CEYLANTEKİN
Danışman: DOÇ. DR. CEMAİL AKSEL
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
MgO-spinel kompozit refrakterlere ağırlıkça %5, %10, %20 ve %30 oranlarında zirkon (ZrSiO4) ve zirkonya (ZrO2) ilaveleriyle elde edilen farklı kompozisyonların mekanik özellikleri, ısıl şok ve korozyon davranışları incelenerek, meydana gelen değişimler belirlenmiş ve nedenleriyle birlikte bu faktörleri etkileyen parametreler araştırılmıştır. Üretilen numuneler için yoğunluk, mukavemet, elastik modül, kırılma tokluğu, kırılma yüzey enerjisi, iş enerjisi, kritik hata boyutu ve ortalama MgO tane boyutu verileri ölçülerek değerlendirilmiştir. Katkı tipi ve miktarına bağlı olarak mikroyapısal değişiklikler ve kırılma yüzeyleri incelenerek yeni faz oluşumları belirlenmiştir. Farklı kompozisyonların mekanik özellikleri ile yapısal değişimler arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Refrakter malzemelerin yüksek sıcaklık performansını tespit etmek için kullanılan ısıl stres/şok parametreleri (R, R''', Rst) ve ?WOF/?S oranları hesaplanmıştır. 500 °C ve 1000 °C'lerde test edilen numunelerin ısıl şok davranışı incelenmiştir ve ölçülen mekanik özelliklerin değerlendirilmesiyle yüksek ısıl şok direnci gösteren kompozisyonlar tespit edilmiştir. Ayrıca korozyon testleri yapılan refrakterlerin sızma derinlikleri ve yayılma alanları ölçülerek korozyon dirençleri belirlenmiştir. Zirkon ve ZrO2'nın MgO-spinel refrakterlere ilavesiyle mekanik özellikler ile ısıl şok ve korozyon direncinde önemli ölçüde iyileşme sağlanmıştır ve optimum kompozisyonlar tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler: MgO, Spinel, Zirkon, ZrO2, Refrakter, Mekanik Özellikler, Isıl Stres/Şok Parametreleri, Korozyon

Abstract:
Mechanical properties, thermal shock and corrosion behaviours of different compositions obtained from the additions of 5, 10, 20 and 30 (weight) percent zircon (ZrSiO4) and zirconia (ZrO2) into the MgO-spinel composite refractories have been examined, the variations occurred have been determined, and the parameters affecting those factors have been investigated with the reasons. The density, strength, Young?s modulus, fracture toughness, fracture surface energy, work of fracture, critical defect size and mean MgO grain size values of the samples produced were measured and evaluated. Microstructural variations and fracture surfaces have been examined and the formation of new phases was identified depending on the additive type and quantity. The relationships between mechanical properties and structural variations for different compositions have been examined. Thermal stress/shock parameters (R, R???, Rst) and ?WOF/?S ratios that are used for determining high temperature performance of refractory materials were calculated. Thermal shock behaviour of the samples tested at500 °C and 1000 °C has been examined and the compositions showing high thermal shock resistance have been determined by evaluating the measured mechanical properties. Furthermore, corrosion resistance has been determined by measuring the penetration depths and spreading areas of the refractories tested. The incorporation of Zircon and ZrO2 into MgO-spinel refractories has improved the mechanical properties, thermal shock and corrosion resistance significantly, and the optimum compositions have been identified.Keywords: MgO, Spinel, Zircon, ZrO2, Refractory, Mechanical Properties, Thermal Stress/Shock Parameters, Corrosion