Kromit cevherinin bazalt esaslı işlenebilir cam-seramiklere etkileri
The effects of chromite ore on basalt based machinable glass-ceramics
Yazar: TURHAN BAŞARAN
Danışman: DOÇ. DR. EDİZ ERCENK
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
İşlenebilir cam seramik malzemeler, belirli camların kontrollü çekirdeklenme ve kristalizasyon ısıl işlemiyle meydana gelen polikristalin yapılardır. Camlara genellikle çekirdeklendirici katkılar yapılarak kristallenmenin daha etkin olması sağlanmaktadır. Cam içerisinde kristallerin her yerden verimli bir şekilde çekirdeklenmesi sonucu ince taneli mikroyapılar oluşur. Bu da yüksek mukavemet, kırılma tokluğu, darbe dayanımı, aşınma gibi özellikleri güçlendiren en önemli etkendir. 

Bu çalışmada, doğal hammaddeler olan kromit ve bazalt cevherleri kullanılarak işlenebilir cam seramik üretimi gerçekleştirilmiş ve bileşim değişikliklerinin faz gelişimi, mikroyapı ve işlenebilirlik üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bazalt ve MgF2 tozları sırasıyla %90 ve %10 oranlarında karıştırılmıştır. Bu ana bileşime 1 gr, 3 gr, 5 gr olacak şekilde kromit cevheri ilave edilerek üç farklı bileşim hazırlanmıştır. Hazırlanan bileşimler kuru ortamda alümina bilyeli değirmende 1 saat süreyle karıştırılmıştır. Elde edilen karışımlar alumina kroze içerisinde elektrik direnç fırınında 1500°C'de 1 saat bekletilerek ergitilmiştir. Ergitme işleminin ardından grafit kalıba dökülerek bulk halde cam üretimi sağlanmıştır. Camlardaki iç gerilmeleri gidermek amacıyla 600°C'de gerilim giderme tavlaması yapılmıştır. Tavlanan camların, cam-seramiklere dönüşümü için gerekli cam geçiş ve kristallenme sıcaklıklarını tespit etme amacıyla diferansiyel termal analiz (DTA) uygulanmıştır. Analiz sonucunda 800, 900 ve 1000°C'de ısıl işleme tabi tutularak kristalizasyon gerçekleştirilmiştir. Üretilen cam seramik numunelere karakterizasyon amacıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını difraksiyon analizi (XRD) kullanılmıştır. Mekanik özellerinin tespiti amacıyla sertlik, kırılma tokluğu ve işlenebilirlik testleri yapılmıştır. Tüm numunelerin sonuçlarında işlenebilirliği sağlayan flourphlgopite fazının kristallendiği tespit edilmiştir. Ayrıca, kromit ilavesi bazalt esaslı camların kristallenme üzerinde olumlu etkiler gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Machinable glass ceramic materials are polycrystalline structures formed by controlled nucleation and crystallization heat treatment of glasses. Generally, nucleating additives are applied to the glasses to make more effective crystallization. Fine-grained microstructures are formed by efficient nucleation of crystals from whole body in the glass. This is the most important factor that strengthens the properties such as high strength, fracture toughness, impact resistance and abrasion.

In the current study, machinable glass ceramics were produced by using natural raw materials chromite and basalt ores and the effects of composition changes on phase development, microstructure and machinability were investigated. The basalt and MgF2 powders were mixed in 90 and 10 wt.%, respectively. Three different compositions were prepared by adding 1 g, 3 g and 5 g chromite ore to this main composition. The prepared compositions were mixed in a dry condition in an alumina ball mill for 1 hour. These mixtures were melted in alumina crucible in an electric heated oven at 1500° C for 1 hour. After the melting process, it was cast into the graphite mold to produce bulk glass materials. Annealing process was performed at 600° C in order to eliminate internal stresses in the glasses. Differential thermal analysis (DTA) was applied to determine the glass transition and crystallization temperatures for the transition of glasses to glass-ceramics. As a result of the analysis, crystallization was carried out by heat treatment at 800, 900 and 1000 ° C. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction analysis (XRD) were used for characterization of glass ceramic samples. Hardness, fracture toughness and machinability tests were performed to determine mechanical properties. The results showed that all samples having flourphlgopite phase which provides machinability. Furthermore, chromite addition has a positive effect on crystallization properties of basalt based glasses.