İnce soda kireç silika float camların kimyasal temperleme yöntemiyle mekanik özelliklerinin geliştirilmesi
Development of mechanical properties of thin soda lime silica float glasses by chemical tempering method
Yazar: AYDIN SÜLEYMAN GÜZEL
Danışman: PROF. DR. METİN USTA
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, iyon yer değiştirme yöntemiyle güçlendirilmiş ince soda kireç silikat (SLS) float camının atmosfer ve kalay yüzeylerindeki mekanik farklılıkların belirlenmesi ve mekanik mukavemetinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. SLS float camlarının yüzeyleri %100KNO3 tuz banyosunda 6 farklı sıcaklık ve 3 farklı süre kullanılarak iyon yer değiştirme yöntemi ile modifiye edilmiştir.

Kimyasal temperli camların basma gerilmeleri (CS), basma gerilmesi tabaka derinlikleri (DOL), mikro sertlikleri, çatlak başlama olasılığı, kırılma davranışı ve kırılma yükü arasındaki bağlantı ele alınmıştır. Mukavemet sonuçlarının daha iyi anlaşılması için örneklerin Weibull modülü dağılımları ve karakteristik kırılma yük hesaplamaları gerçekleştirilmiştir. İyon yer değiştirme uygulanmış camların mikroyapısal analizleri ve elementel derinlik profilleri, geçirgenlik ve absorbsiyon ölçümleri, kırılma indisi hesaplamaları, yüzey pürüzlülüğü ve ağırlık değişim ölçümleri gerçekleştirilerek karşılaştırılmıştır. Ayrıca Boltzman Matano yöntemi ve Green's fonksiyonundan yararlanılarak difüzyon katsayıları hesaplanmıştır.  Son olarak, farklı cam kalınlıklarının ve tuz banyosunun değiştirilmeden sürekli kullanılmasının (çevrim sayısının) son ürünün optik ve mekanik özelliklerine olan etkisi belirlenmiştir.

Optimum parametrede kimyasal olarak güçlendirilmiş camların kırılma yükleri ~4,43 kat artış göstermiştir. Mukavemeti yükseltilmiş camların kırık parça sayısı artmış ve çok sayıda dallanma ile daha küçük parçalar elde edilmiştir. Atmosfer yüzeyi her zaman kalay tarafına göre daha büyük bir basma gerilmesine sahip olmuştur. Sertlik ölçümlerinde, ham cama oranla %18'lik bir artış elde edilmiştir. Çatlak direncinde ise 19,95 katlık artış olduğu belirlenmiştir.

Literatür araştırmalarında, kimyasal temperlenmiş SLS float camının atmosfer ve kalay yüzeyinlerini (ayrı ayrı); sertlik, çatlak direnci, basma gerilme davranışları ve yüzey pürüzlülüğü açısından inceleyen herhangi bir çalışmaya rastlanmamış, bu kapsamda tezin bilimsel literatüre ve endüstriye önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to determine the mechanical differences in the air and tin surfaces of thin soda lime silicate (SLS) float glass strengthened by ion exchange method and to improve its mechanical strength. The surfaces of SLS float glasses were modified by ion exchange method using six different temperatures and three different times in 100% KNO3 salt bath.

The relations between compressive stresses (CS), depths of stress layer (DOL), microhardness, cracking probability, fractographic behaviour and fracture load of chemical tempered glasses are discussed. Weibull module distributions and characteristic fracture load calculations were performed for better understanding of the strength results. Microstructural analyses, elemental depth profiles, transmittance and absorbance measurements, refractive index calculations, surface roughness and weight change measurements were performed for chemical tempered glasses. The diffusion coefficients were calculated by using Boltzman Matano method and Green's function. In addition, the glass thickness and continuous use of same salt bath were determined the effects on the optical and mechanical properties of the final product.

In the optimum parameter, the fracture load of chemically tempered glasses increased ~4.43 times. The number of broken pieces was increased by glass strengthening, and smaller pieces were obtained with a great deal of branching. The air side always has greater compressive stress than the tin side. Chemical tempering improved the hardness of float SLS glasses to about 18%. For the chemically tempered glass samples, it was determined that the crack resistance increased by 13.9 times at the air side and 19.95 times at the tin side.

In literature research, the hardness, crack resistance, compressive stress and surface roughness differences between the air and tin surfaces of the chemically tempered soda lime silicate float glasses are still uncertain. Since the experiments and results of this thesis include comprehensive characterization studies, it is thought that the data obtained in this thesis will provide important contributions to the scientific literature and industry.