Anortit esaslı porselen granit bünyesine MgO ilavesinin mekanik özellikler üzerine etkisi
Effect of MgO addition on the mechanical properties of anorthite based pocelainised stoneware
Yazar: SEREN TANGİL
Danışman: PROF. DR. AHMET ÇAPOĞLU
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Anortit = Anorthite ; Kırılma tokluğu = Fracture toughness ; Mekanik = Mechanics ; Porselen = Porcelain ; Stoneware = Stoneware

Özet:
Porselen granit karolar yüksek yoğunluk değerinde, su emme oranı %0.5 olan teknik bir malzemedir. Granit karolar mikroyapısında mullit kristalleri, kalıntı kuvars ve yüksek oranda camsı faz içerirler. Buna alternatif yeni bir granit reçetesi ileri sürülmüştür. Bu yeni reçetede normal granit reçetesine alternatif olarak yapıda anortit kristallerinin geliştirilmesi ile düşük oranda sadece yoğunluk kazanımını sağlayacak düzeyde camsı faz geliştirilmesi ile yeni bir bünye oluşturulmuştur.Bu çalışma, anortit esaslı porselen granit yapısına farklı oranlarda MgO ilavesinin, bünyenin mekanik özellikleri üzerine etkisinin ne olduğu araştırılmıştır. Anortit esaslı bu malzemenin 1150 oC-1250 oC arasında sıcaklıklarda sinterlenen numunelerin oda sıcaklığında elastisite modülünün, kütlesel yoğunluk, mukavemet ve kırılma tokluk değerlerinin ölçülmesiyle mekanik özellikleri tespit edilmiştir. Ayrıca mikroyapıdaki fazlar analiz edilmiş ve detaylı bir SEM çalışması yapılmıştır.Artan MgO içeriğine bağlı olarak yoğunluk kazanımı yükselmektedir. %2 MgO oranında maksimum yoğunluk düzeyine ulaşıldığı görülmüştür. Bu noktadan sonra maksimum yoğunluk düzeyinde artış olmadığını fakat bu yoğunluk düzeyine ulaşım için gerekli sinterlenme sıcaklığının arttığı tespit edilmiştir. Bunun nedeni olarakta mikroyapıda oluşan diopsit kristal fazının sıvılaşma sıcaklığının yükselmesinden kaynaklanmıştır. Ölçülen elastisite modülü ve mukavemet değerleri ile yoğunluk kazanım değerleri arasında lineer bir ilişki söz konusudur. Mukavemeti ve özellikle kırılma tokluğunu etkileyen diğer bir noktada mikroyapıda gelişen anortit kristallerinin miktarı, şekli ve bunların mikroyapıdaki dağılımıdır. Tipik mukavemet değerleri %0.5 MgO için 1150 oC' de 70-80 MPa iken %3.0 MgO içeren kompozisyonda 1230 oC' de bu mukavemet değeri 130 MPa' la çıkmıştır. Maksimum kırılma tokluk değeri de %4 MgO içeren ve 1230 oC' de sinterlenen numunede elde edilmiştir. (1.73 MPam1/2 ). Bu çalışma potansiyel olarak çok daha ince kesitli ürün üretilebileceğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
Porcelainied stoneware tiles are the technical material having a high bulk density value and water absorption value less than 0.5%. Stoneware tiles contain mullite crystals, residual quartz and high quantity of glassy phase in their microstructures. A new stoneware body formulation as an alternative to the present material has been suggested. In this new body formulation, the body was designed to develop mainly anorthite crystals in the microstructure with a relatively low amonut of glassy phase which is just enough to provide necessary amount of densification for the body.İn this study, anorthite based porcelainised stoneware bodies containing different amounts of MgO have been investigated to study the effect of MgO addition on the mechanical properties. These anorthite based materials were fired between 1150oC-1250oC sintering temperature. The mechanical properties were determined by measuing Young? s modulus, bulk density, flexural strength and fracture tougness at room temperature. Additionally, x-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) studies were carried out to analyze the microstructure.Densification level in sintered bodies increased with increasing MgO content of the body. It was observed that maxium density level was reached when % 2 MgO used. The increase of MgO content above 2% did not affect the density levek but sintering temperature has been increased to reach this level of density. This is because of the formation of diopsite crystal phase in the microstructure. The formation of diopside retarded the formation of glassy phase. There is a lineer relationship between density and the measured Young? s modulus and flexural strengh. Development of anorthite crystal?s amount, shape in the microstructure and its distribution in the microstructure influenced the strength and especially the fracture tougness. Flexural strength value increased to 130 MPa for %3 MgO containing composition at sintering temperature of 1230 oC while typical flexural strength value is 70-80 MPa for %0.5 MgO containing composition at a temperature of 1150 oC. The maximum value of fracture tougness were obtained from sample containing % 4 MgO sintered at 1230oC. (1.73 MPam1/2 ). This study showed the possibility of much thinner stonewares.