Farklı sodyum bileşikleri ile katkılandırılarak kirletilmiş tuz banyolarının kimyasal temperleme verimliliğine etkisi
Effect of salt baths additive with different sodium compounds on chemical tempering efficiency
Yazar: BÜŞRA DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. MİRAY ÇELİKBİLEK ERSUNDU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Gelişen teknoloji, cam malzemelerden estetik, kullanım kolaylığı, hafiflik, maliyet gibi birçok konuda beklentileri arttırmış ve bu beklentilerin karşılanması için camların inceltilmesi yoluna gidilmiştir. Ancak, cam kalınlığının azalması ile birlikte camın mukavemeti de azalmaktadır. Camın üretimi veya kullanımı sırasında ısıl, mekanik ve kimyasal etkilerle ortaya çıkan cam yüzeyindeki mikro ve makro çatlaklar, büyük oranda camın mekanik dayanımını belirlemektedir. Dolayısıyla camın mukavemetini arttırmanın en önemli yollarından biri, cam yüzeyinde çatlakların oluşmasını ve ilerlemesini engelleyecek basma gerilmelerini oluşturmaktır. Bu amaçla kullanılan en yaygın yöntem, iyon yerdeğiştirme esasına dayanan difüzyon kontrollü bir proses olan kimyasal temperlemedir. Kimyasal temperleme prosesinde, camın erimiş bir tuz banyosunun içerisine daldırılıp belirli bir süre tutulması sonucu, cam ile tuz banyosu arasında iyon alışverişi gerçekleşir. Bu esnada, tuz banyosu içerisinde gerçekleşen iyon geçisi, tuz banyosunun kirlenmesine sebep olmaktadır. Banyo kirliliğinin artması kimyasal temperleme verimini etkileyerek, nihai mukaveti düşürmekte ve cam yüzeyinde lekelenmelere sebep olabilmektedir.  Bu nedenlerle kullanılan tuz banyolarının safiyetleri son derece önemlidir ve kontrol altında tutulmalıdır. Bu tez çalışması kapsamında, Şişecam Trakya Cam Sanayii A.Ş.'de üretilen soda-kireç-silikat (SLS) kompozisyonuna sahip, 1,1 mm kalınlığındaki ince düz camlar, farklı sodyum bileşikleri (NaNO3, Na2CO3, NaHCO3 ve Na2O) ile katkılandırılmış KNO3 tuz banyolarında kimyasal temperlenerek; temperleme öncesi ve sonrası camların mekanik, yapısal ve optik özellikleri incelenmiş ve banyo kirliliklerinin kimyasal temperleme verimine etkisi değerlendirilmiştir. Ayrıca temperleme sonrası numunelere yaşlandırma işlemi yapılarak; camların atmosferik korozyon dayanımlarının kimyasal temperleme verimliliğine etkisi incelenmiştir. Bunun yanı sıra, kullanılan tuz banyolarının pH ölçümü ve alkalinite analizi yapılarak; asitlikleri derecelendirilmiştir. Tez kapsamında yapılan çalışmalar sonucunda; KNO3 tuz banyosuna NaNO3 katkısının kimyasal temperleme sırasında difüzyon hızını ve derinliğini düşürdüğü dolayısıyla temperleme verimini olumsuz etkilediği, Na2CO3, NaHCO3 ve Na2O katkılarının ise difüzyon hızını ve derinliği arttırarak kimyasal temperleme verimini pozitif etkilediği tespit edilmiştir. Ancak Na2CO3, NaHCO3 ve Na2O katkılarının temperleme verimini arttırırken; KNO3 tuz banyolarının pH değerlerini yükselttiği ve cam yüzeyleri korozyona uğrattığı tespit edilmiştir.

Abstract:
The developing technology has increased the expectations from glass material in many aspects, such as aesthetics, ease of use, lightness, and cost. In order to meet these expectations, glass thickness decreases day by day. However, as the glass gets thinner, its strength decreases. The mechanical strength of glass is largely determined by micro and macro cracks on the glass surface, which occur by thermal, mechanical and chemical effects during glass production or use. Therefore, one of the most important ways to increase the strength of the glass is to create a compression stress layer which prevents the formation and progress of cracks on the glass surface. The most common method used for this purpose is chemical tempering which is a diffusion-controlled process based on ion exchange. In the chemical tempering process, ion exchange occurs between the glass and salt bath as a result of immersing the glass in a molten salt bath and keeping it for a certain period of time. Meanwhile, the ion exchange causes the salt bath to become contaminated. The increase in bath contamination affects the chemical tempering efficiency, decreases the final strength and can cause staining on the glass surface. For these reasons, the purity of the salt baths is extremely important and should be kept under control. In this thesis study, 1.1 mm thin flat glasses with soda-lime-silicate (SLS) glasses composition produced in Trakya Cam Sanayii A.Ş. is chemically tempered in KNO3 salt baths contaminated with sodium compounds (NaNO3, Na2CO3, NaHCO3 and Na2O). The mechanical, structural and optical properties of glasses before and after tempering were examined and the effects of bath impurities on chemical tempering efficiency was evaluated. After chemical tempering, samples were subjected to weathering and the effect of atmospheric corrosion resistance of glasses on their chemical tempering efficiency was investigated. Additionally, pH measurement and alkalinity analysis of the salt baths were realized to determine the acidity level. As a result of the experimental studies; It was detected that the addition of NaNO3 to KNO3 salt bath decreased the rate and depth of diffusion during chemical tempering and negatively affects the tempering efficiency. On the contrary, addition of Na2CO3, NaHCO3 and Na2O had positively affected chemical tempering efficiency by increasing the diffusion rate and depth. However, contamination of the salt bath with Na2CO3, NaHCO3 and Na2O not only increased the tempering efficiency but also raised pH values and caused glass corrosion.