Doğal hammaddelerden ve atıklardan korozyona dayanıklı CaO-Al2O3-SiO2 (CAS) cam seramiklerin üretimi
Corrosion durabilty of CaO-Al2O3-SiO2 (CAS) based glass-ceramics produced from natural and waste raw materials
Yazar: ZAFER YAVUZ MERKİT
Danışman: DOÇ. DR. NİL TOPLAN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı korozyon ve aşınma dayanımı yüksek olan CAS esaslı cam-seramikleri doğal hammadde ve atıklardan üretmek ve üretilen CAS esaslı cam-seramiklerin korozyon özelliklerini incelemektir. Bu amaç kapsamında kullanılan malzemeler; Nevşehir yöresinden sağlanan pomza kayacı, mermer işlenmesi sonucu açığa çıkan atık mermer tozları ve saf alümina tozlarıdır. CAS bileşimi stokiyometrik anortit oluşum bölgesine göre (ağ.% 57.5 SiO2, 27.5 CaO, 15 Al2O3) hazırlanmıştır. Buna ilave olarak, CAS esaslı camın kristallenme özelliğini arttırmak için % 99 saflıkta 9 g CaF2 çekirdeklendirici tozu CAS bileşimine haricen katılarak CAS-F kodlu bileşim hazırlanmıştır. Homojenizasyon işlemi 250 devir/dk hızla 1 saat kuru olarak gerçekleştirilmiş ve bu işlemi takiben CAS ve CAS-F kodlu karışım tozları 1450 oC'de 3 saat ergitme işlemi sonrasında grafit kalıba dökülerek şekillendirilmiştir. Cam malzemelerin kristallendirme ısıl işlemleri elektrikli fırın içerisinde 1100–1200oC sıcaklık aralıklarında 1-5 saat sürelerde tek aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir.

Termal özellikler DTA analiz yöntemi ile belirlenmiştir. CAS kodlu camların kristallenme ve viskoz akış aktivasyon enerjileri sırası ile 389.12 kJ.mol-1 ve 429.80 kJ.mol-1  olarak hesaplanmıştır. CAS-F kodlu camlar için 318.74 kJ.mol-1 ve 330.37 kJ.mol-1olarak ölçülmüştür. XRD sonuçları CAS ve CAS-F kodlu cam-seramiklerin anortit, wollastonit ve gehlenit fazlarından oluştuğunu göstermektedir. Mikroyapısal özellikler SEM yardımı ile belirlenmiş olup; mikroyapılardaki tabakalı ve çubuksu formların sırası ile anortit ve wollastonit fazlarına ait olduğu XRD analizleri ile tespit edilmiştir.

CAS ve CAS-F kodlu cam-seramik numunelerin kimyasal dayanımı hacimce %10 HNO3 ve NaOH çözeltileri içerisinde 100oC'de 2 saat sonrası oluşan ağırlık kaybı cinsinden ölçülerek analiz edilmiştir. HNO3 çözeltisi içerisindeki korozyon sonuçlarına göre ağırlık kaybı değerleri; CAS kodlu numuneler için % 0.01-8.62 arasında, CAS-F kodlu numuneler için % 0.11-12.82 arasında değişmektedir. Her iki cam seramiğin NaOH çözeltisi içerisindeki kimyasal dayanım testi sonrası ağırlık kaybı % 0.1'den küçük çıkmıştır. Cam-seramiklerin HNO3 çözeltisi içerisinde korozyon testi sonrası alınan XRD analizlerine göre silika fazı tespit edilmiştir. CAS ve CAS-F kodlu cam-seramiklerin mikrosertlik ve yoğunluk değerlerinin CaF2 ilavesi ile artış gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to produce CAS based glass ceramic as using the natural raw and waste materials and investigate the corrosion behavior of manufactured CAS based glass-ceramics. In accordance with this purpose, powder of pumice that obtain from Nevşehir state, the waste of marble powder consist of marble machining process and pure alumina was used as starting materials. The CAS composition is prepared according to the stoichiometric anorthite composition region (57.5 wt. % SiO2, 27.5 wt. % CaO, 15 wt. % Al2O3). Furthermore, CAS-F composition was prepared as addition 99% purity CaF2 nucleation agent powder as 9 g to CAS composition due to promote crystallization of CAS based glass. Homogenization process applied at 1 hour as dry milled with 250 rpm. Subsequently, the CAS and CAS-F composition powder was melted at 1450 oC for 3 hours and following melting process glass was formed as pouring into graphite mold. Afterwards, in order to crystallization glass materials, heat treatment was applied at the temperature range between 1100–1200 oC  and 1 hour up to 5 hours as a single state heat treatment method for each sample in an electric furnace.
Thermal properties was determined with DTA methods. The crystallization and viscous flow activation energies of CAS glasses was calculated as 389.12 kJ.mol-1 and 429.80 kJ.mol-1 respectively. As for CAS-F glasses was determined 318.74 kJ.mol-1 and 330.37 kJ.mol-1.XRD result showed that CAS and CAS-F glass ceramics occur anorthite, wollastonite and gehlenite. The microstructure was displayed with aid of SEM as a conclusion laminal and needle-like shape was detected. 
Chemical durability of CAS and CAS-F glass-ceramic specimens was analyzed as measuring weight loss after chemical attacked at 2h later in 10 vol.%  HNO3 and 10 vol. %10 NaOH solution at 100 oC. Corrosion test in HNO3 results showed that weight loss changed between 0.01- 8.62 wt.% for CAS, 0.11-12.82 wt. % for CAS-F glass ceramics. Both of glass-ceramics weight loss after chemical durability test in NaOH solution anchored that smaller than 0.1 wt.%. Later corrosion test in HNO3 solution silica was verified by XRD analysis for glass-ceramics. Microhardness and density of glass-ceramics was increased with CaF2 additive.