Kimyasal temperlenmiş soda kireç silika camlarına fonksiyonellik kazandırılması
Functionalization of chemical tempered soda lime silica glasses
Yazar: BAYBARS SARICA
Danışman: PROF. METİN USTA
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, 1,1 mm kalınlığındaki ince soda kireç silika camına iyon yer değiştirme işlemiyle mukavemet ve fonksiyonellik kazandırılması amaçlanmıştır. Kimyasal temperlemeyle mukavemetlendirme 400ºC-425ºC-450ºC-475ºC-500ºC sıcaklıklarında 8-10-12 saat boyunca macun tekniğiyle iyon yer değiştirme uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Tek aşamalı iyon yer değiştirmeyle mukavemet ve fonksiyonellik kazandırma prosesi için gümüş nitrat ve potasyum nitrat tuz macun karışımları kullanılmış, 425 ve 450ºC sıcaklıklarda 10 saat süresince iyon yer değiştirme işlemi yapılmıştır. Mukavemet ve fonksiyonellik kazandırma çalışmaları için aynı zamanda iki aşamalı iyon yer değiştirme yapılmıştır. 1.iyon yer değiştirme işlemi 435ºC'de 8 saat boyunca tuz banyosunda gerçekleştirilmiş olup, 2.iyon yer değiştirme AgNO3-KNO3'ün farklı kompozisyonlarda olduğu tuz banyosunda 2 farklı sıcaklık ve süre ile (420ºC-20dk ve 360ºC-1s) gerçekleştirilmiştir. Macun tekniğinde farklı Ag+ iyon kaynaklarının etkisinin incelenmesi amacıyla AgNO3-AgCl-AgSO4-Ag2CO3 tuzlarının kaolen ve KNO3 tuzlarıyla karıştırılarak iyon yer değiştirme uygulanmıştır. İyon yer değiştirmenin camların ağırlık değişimi, kırılma yükü, sertlik, basma gerilmesi, basma gerilmesi tabaka derinlikleri, absorbans-geçirgenlik değerleri, potasyum iyonu yüzey konsantrasyonları ve penetrasyon derinlikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ag+ tuzları kullanılarak iyon yer değiştirme uygulanmış camlarda ayrıca antibakteriyellik testi yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmaları sonucunda, macun tekniğiyle yapılan tek aşamalı iyon yer değiştirme için en etkin mukavemetlendirmenin ağ.%100 KNO3 tuzuyla 435ºC'de ve 8 saat boyunca gerçekleştirilen proses olduğu belirlenmiştir. İlk iyon yer değiştirmenin ağ.%100 KNO3 tuz banyosunda 435ºC'de 8 saat, ikinci iyon yer değiştirmenin ise ağ.%0,25 AgNO3 +99,75 KNO3 tuz banyosunda 360ºC'de 1 saat uygulanmasıyla elde edilen camların en etkin şekilde mukavemetlendirildiği, antibakteriyel özellik göstermeleri ve nano taneler içermeleri açısından da camlara fonksiyonellik kazandırıldığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to improve the mechanical properties and functionalize 1.1 mm thick soda-lime-silica glasses by the ion exchange process. Strengthening by chemical tempering was performed by applying ion exchange by salt paste technique for 8-10-12 hours at 400ºC-425ºC-450ºC-475ºC-500ºC. The single stage ion exchange prosses for strengthening and functionalizing was realized with silver nitrate and potassium nitrate salt paste mixture at 425ºC and 450ºC for 10 h. Also, double stage ion exchange was performed for strengthening and functionalizing studies. First ion exchange was carried out at 435ºC for 8 h in KNO3 salt bath, and the second ion exchange was performed in salt baths with 2 different temperatures and times (420ºC-20 min. and 360ºC-1h.) in which AgNO3-KNO3 was in different concentrations. In order to investigate the effect of different Ag+ ion sources in paste technique, ion exchange was applied by mixing AgNO3-AgCl-AgSO4-Ag2CO3 salts with kaolin and KNO3 salts. The effect of ion exchange on weight change, fracture load, hardness, compression stress, compression stress layer depths, absorbance-transmittance values, potassium ion surface concentrations and potassium penetration depths of the glasses were examined. In addition, antibacterial activity test was performed on glasses that were ion exchanged with Ag+ salts. As a result of the characterization studies, it was determined that the most effective strengthening for one-stage ion exchange using paste technique was carried out for 8 hours at 435ºC with 100% KNO3 salt. The most effectively strengthed glasses' first ion exchange was performed with 100wt.% KNO3 salt bath at 435ºC for 8 h. and the second ion exchange was carried out by 0.25%wt.%AgNO3+99.75%wt.%KNO3 salt bath at 360ºC for 1h. Besides it was determined that these glasses were functionalized in terms of showing antibacterial properties.