Vitrifiye seramik üretiminde kullanılan döküm kilinin dispersiyon/akışkanlık şartlarının optimizasyonu ve bunun ham ve pişmiş ürün özelliklerine etkisi
Optimization of the dispersion/flowing properties of ball clay used in sanitaryware ceramic productions and its influence on the properties of green and fired products
Yazar: TUĞBA MUCUR
Danışman: DOÇ. DR. BAHRİ ERSOY
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu çalışmada ticari bir ürün olan ESC-3 kilinin çeşitli dispersantlar (Na2SiO3, Dolapix PC67, Dolapix CE64, Dolapix SPC7, Darvan CN ve Darvan A821) varlığında akışkanlık davranışı (akış süresi ve tiksotropisi) incelenerek döküm için optimum koşullar (en uygun dispersant ve dispersant dozajı) belirlenmiştir. Akışkanlık davranışı ile ilgili deneysel çalışmalarda sabit tutulan parametreler şunlardır: çamur katı oranı % 60 (kütlece), sıcaklık 27 ±1 oC, çamur karıştırma hızı 800 d/dk. Buna göre kullanılan dispersantlar arasında en uygun dispersantın Dolapix PC67 olduğu ve dozajın ise % 0.1 (katıya göre kütlece) olduğu belirlenmiştir. Daha sonra yukarıda verilen sabit deneysel şartlarda ve ancak farklı Dolapix PC67 (dispersant) dozajlarında (katıya göre kütlece % 0, 0.03, 0.1 ve 1) çamurlar hazırlanmış ve slip dökümle alçı kalıp içerisine 13.2 x 3.2 x1.25 cm ebadında çubuk numuneler dökülmüş ve alçı kalıptan alınan ham ürünler oda sıcaklığında (21-24 ±1 oC) kurutulduktan sonra 1200 oC'de pişirilmiştir. Ham ve Pişmiş numuneler üzerinde bir dizi fiziksel (küçülme, su emme, görünür porozite, bulk yoğunluk) ve mekanik mukavemet (üç nokta eğme) testleri uygulanmış ve SEM ile mikroyapıları incelenmiştir. Elde edilen sonuçlardan bazılarını şu şekilde sıralayabiliriz; (i) Dispersant katkısı slip dökümle elde edilen ham ve pişmiş ürünün fiziksel ve mekanik özellikleri üzerinde pozitif etkiye sahiptir. Mesela dispersantsız çamurdan hazırlanan ürünün ham halde boyca küçülmesi ve mekanik mukavemeti ortlama sırasıyla % 4.82 ve 2.65 N/mm2 (MPa) iken, %0.1 Dolapix PC67 ile hazırlanan çamurdan elde edilen ham ürünlerde bu değerler ortalama sırasıyla % 3.96 ve 2.68 N/mm2'dir. Benzer şekilde pişmiş ürünlerin fiziksel ve mekanik özelliklerinde de farklılıklar olmuştur. Örneğin dispersantsız çamurla hazırlanan pişmiş ürünün toplam hacimce küçülmesi ve mekanik mukavemeti sırasıyla % 15.66 ve 18.78 N/mm2 iken, % 0.1 Dolapix PC67 ile hazırlanan çamurdan elde edilen ham ürünlerde bu değerler ortalama sırasıyla % 28.92 ve 22.78 N/mm2'dir. (ii) Slip döküm yöntemiyle kil çamuru hazırlanırken kullanılacak dispersant miktarının optimum değerinin belirlenmesi önemli bir hususdur. Ancak ford cup ile elde edilen akışkanlık eğrileri ve sonrasında elde edilen ham/pişmiş ürün özelliklerine göre şu söylenebilir: seramik döküm çamurlarında akış süresinin en düşük (yani akışkanlığın en yüksek) olduğu dispersant dozajında, ham ve pişmiş ürünlerin fiziksel/mekanik özelliklerinin de daima en iyi olacağı anlamına gelmemektedir. (iii) Farklı dispersant (Dolapix PC67) dozajlarında hazırlanan çamurdan elde edilen ham ve pişmiş ürünlerin fiziksel ve mekanik özellikleri ile çamurun akışkanlık eğrisi arasındaki ilişkiyi SEM görüntüleriyle ortaya koymak pek mümkün değildir.

Abstract:
In this study, the commercial ESC-3 clay was used here with combination various dispersant (Na2SiO3, Dolapix PC67, Dolapix CE64, Dolapix SPC7, Darvan CN ve Darvan A821), the flowing behaviour (flow time and thixotropy) were investigated for optimum casting conditions (most appropriate dispersant and dispersant dose) were determined. The parameters kept constant during the ford cup measurements are solid ratio of slurry (% 60 as weight), temperature (27 ±1 oC), mixing speed (800 rpm). Considering the flow curves (flowing time versus the dispersant dose) of ESC-3 clay slurry it is determined that the most suitable dispersant is Dolapix PC67 and its dose is ~ % 0.1. Thereafter, in the constant experimental conditions which are present above and only with Dolapix PC67 (dispersant) dosages (on the solid base % 0, % 0.03, % 0.1,% 1) slurry samples were prepared and slip casted in to gypsum molds and thus the bar shaped (13.2 x 3.2 x 1.25 cm) samples were formed. The green samples were dried at 21-24±1 oC, afterward they were placed in the kiln for firing at 1200 oC for 1 hour. Some physical (shrinkage, water absorption, apparent porosity, bulk density) and mechanical strength (three point bending) tests were applied on both dried (green) and fired samples and also their micro structure were investigated using SEM. Some of the obtained results are as follows; (i) The dispersant addition to the slurry have positive effect on the properties of green and fired samples. For example: for the samples prepared with the clay slurry without dispersant the linear shrinkage and mechanical strength are average % 4.82 and 2.65 N/mm2 respectively, whereas they became average % 3.96 and 2.68 N/mm2, respectively with % 0.1 Dolapix PC67 addition. Similarly, physical and mechanical properties of the fired samples were improved. The total volume shrinkage and three point bending strength of the fired samples obtained from the dispersant free slurry were % 15.66 ve 18.78 N/mm2, respectively, whereas these values were became % 28.92 ve 22.78 N/mm2, respectively with with % 0.1 Dolapix PC67 addition. (ii) Determination of the optimum dispersant amount used in the ceramic slurry by slip casting is an important case. When the properties of green/final products and flowing curves measured by ford-cup are considered, it might be expressed that the dispersant dosage at which the shortest flowing duration was obtained does not always mean the best results in the physical/mechanical properties of green/final products. (iii) The relationship between the green and fired samples which were prepared from the slip with different dispersant dosages, and the flowing curves of these slips was not able to observe from their SEM images.