Porselen karo bünyelerinde sinterleme hızı-kompozisyon ilişkileri
The relationship between composition-sintering behaviour of porcelain stoneware tile
Yazar: MÜGE TARHAN
Danışman: PROF. DR. FERHAT KARA
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Seramik kaplama malzemeleri = Ceramic covering equipments

Özet:
Bu tezde, porselen karoların sinterleme sıcaklıklarının düşürülmesi ve/veya pişirim sürelerinin azaltılması amacıyla porselen karo bünyelerinde kompozisyon - sinterleme davranışı ilişkileri araştırılmıştır. Ayrıca farklı tane boyut ve dağılımının sinterleme davranışı ve nihai ürün özellikleri üzerine olan etkileri incelenmiştir. Çalışmalar endüstriyel koşullarda Toprak Seramik karo fabrikasında gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, standart porselen karo bünyesinin camsı faz kompozisyonu referans alınmış ve yeni camsı faz kompozisyonları Seger formulü kullanılarak hazırlanmıştır. Camsı fazların ısıl davranışları ısı mikroskobu ile incelenmiş ve düşük yumuşama sıcaklığına ve viskoziteye sahip olan camsı faz kompozisyonları belirlenmiştir. Buna göre camsı faz kompozisyonlarında azalan MgO/CaO oranı ile özellikle Na2O/Li2O oranı ve artan toplam alkali miktarı ile camsı fazların yumuşama sıcaklıkları ve viskozitelerinin belirgin şekilde düştüğü belirlenmiştir. Yeni porselen karo bünye reçeteleri bu camsı faz kompozisyonları üzerinden oluşturulmuştur. Sonuçlara göre, porselen karoların pişirim sıcaklıklarının 1185 ? C ve pişirim sürelerinin 35 dakikaya kadar düşürülmesi mümkün olmuştur. Bünyelere yapılan az miktarda Li2O ilavesi ve artan toplam alkali miktarı sinterlenme sırasında gelişen camsı fazın viskozitesini düşürerek bünyelerin sinterleme hızını arttırmıştır. Özelikle yapılan Li2O ilavesi camsı fazın viskozitesini belirgin şekilde düşürerek müllit kristaller miktarını artırmış ve kristallerin iğnesel şekilde oluşmasını sağlamıştır. Böylece porselen karo bünyelerinin teknik özellikleri artmış ve camsı fazın düşük viskozitesine rağmen bünyelerin deformasyonunda iyileşme sağlanmıştır. Bünye kompozisyonlarında CaO'in varlığı bünyelerde küresel anortit kristallerinin gelişmesini sağlamıştır. Camsı faz yapısına giremeyen CaO, camsı fazın viskozitesi üzerinde etkili olamadığından azalan MgO/CaO oranı ile bünyelerin sinterlenmesi zorlaşmıştır. Ayrıca geliştirilen bünyelerin kalıntı kuvars miktarları standart bünyeninkine göre azaldığı için bünyelerin ısıl genleşme katsayısı değerleri düşmüştür. Son olarak geliştirilen reçeteler üzerinde yapılan öğütme çalışmaları, daha kısa öğütme sürelerinde, daha yüksek elek bakiyelerde çalışılarak bünyelerin sinterlenmesinin mümkün olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this thesis, the relationship between composition-sintering behaviour of porcelain stoneware tile formulations is investigated in order to lower sintering temperatures and/or firing cycles. Furthermore, different particle size and distribution of porcelain tile slurries and its effects on the sintering behaviour and the technological properties of the final product were investigated. Experimental trials were performed under industrial conditions in Toprak Seramik Tile Company. At first, glassy phase composition of a standard porcelain tile was taken as a reference and modifications of the glassy phase composition were made by using Seger formula. Hot stage microscopy was used to analyze thermal behaviour of the glassy phases, and according to the results glassy phase compositions which are formed extremely rapidly and have low viscosities developed. It was found that the softening points and viscosities decreased by increasing the amount of total alkali oxide and decreasing MgO/CaO and Na2O/Li2O ratio in glassy phase compositions. New porcelain stoneware body formulations were prepared based on these glassy phase compositions. According to results, it was observed that it was possible to lower maximum temperature of porcelain tiles down to 1185 ? C and also shorten the firing cycle to 35 minutes. Addition of small amount of Li2O and high total alkaline amount reduce the glassy phase viscosity during sintering and increase the sintering rate. Especially, addition of Li2O increased the amount of elongated needle shape mullite crystals due to the reduced glassy phase viscosity. This phenomenon could have contributed to further increase technical characteristics of porcelain stoneware tiles and decrease the deformation. Moreover, CaO addition to body compositions favours the crystallization of anorthite. Therefore a considerable degradation of the sintering performances was seen by decreasing MgO/CaO ratio. Additionally, the achievement of a lower thermal expansion coefficient value in the experimental compositions in comparison to the reference composition suggests that the residual quartz content is lower in the experimental compositions. Finally, the investigated bodies had lead to produce in short grinding cycle as well as with high sieve residue.