Borosilikat camlarının yeni nesil kaplama ile kimyasaltemperlenerek güçlendirilmesi
Strengthening borosilicat glasses by chemical temperature with a new generation coating
Yazar: ADEM EMRE ÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH DÖLEKÇEKİÇ
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Seramik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Cam = Glass ; Güçlendirme = Strengthening ; Tavlama = Annealing ; İyon değişimi = Ion exchange

Özet:
Cam, kullanılmaya başlandığı ilk yıllardan itibaren, gelişen teknolojiyle birlikte sadece ev eşyası olmaktan çıkartılıp özellikle optik, inşaat, laboratuvar, otomobil, uçak, uzak sanayinde ve daha birçok alanda kullanıma sokulmuştur. Cam kullanımın alanın genişlemesi ile camın mekanik özelliklerinin geliştirilmesi ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Bu nedenle camın mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi konusunda yapılan çalışmalarda giderek artmaktadır. Camların sahip olduğu yüzey özellikleri mekanik dayanımlarını belirler. Kimyasal, ısıl ve mekanik etkenler yüzeyde çatlak oluşumuna sebebiyet verir.
Camın mukavemetinin iyileştirilmesine yönelik araştırmalar, camların yüzeyine çatlakların oluşmasını, ilerlemesi ve büyümesini engelleyebilecek basma gerilmeleri yaratma hedefindedir. Bu konuda en sık kullanılan uygulama olan ısıl temperlemenin yanı sıra 50 yıldır hayatımızda olan kimyasal temperleme de odak noktası haline gelmiştir. Kimyasal temperleme uygulaması, erimiş tuz banyosuna daldırılan camın yapısındaki küçük çaplı sodyum iyonlarının erimiş tuz içerisindeki büyük çaplı potasyum iyonlarıyla yer değiştirmesi esasına dayanan bir iyon değiştirme uygulamasındır. Cam yapısına geçen büyük çaplı iyonlar yüzeyde bir basma gerilmesi yaratarak camın mukavemetini iyileştirir. Bu tez çalışmasında, borosilikat camının kimyasal temperleme işlemiyle mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. 4 farklı sıcaklık ve her sıcaklık için 3 farklı saat belirlenmiş ve mukavemet artışının en verimli olduğu opsiyonu belirlenmek için işlem sıcaklığı ve işlem süresi gibi parametreler kıyaslanmıştır. Referans numuneler ve işlem uygulanmış camların, sertlik, optik özellikleri ve eğilme mukavemeti incelenmiş ve konsantrasyon profilleri belirlenerek karşılaştırılıp değerlendirilmiştir. Çalışmalar sonucunda, iyon değişi işlemi uygulanmış cam numunelerde; konsantrasyon derinliği artan sıcaklık ve sürede arttığı gözlenmiştir. Optik özelliklerinde iyon değişiminin etkisi görülmemektedir. Hem sertlik değerinde hem de eğilme mukavemeti değerinde süre ve sıcaklık artışında, belirli bir değere kadar artış göstermiş daha sonra azalma görülmüştür.

Abstract:
Since the first years of its use, glass has been used in optics, construction, laboratory, automobile, aircraft, remote industry and many other fields, rather than just a household item with the developing technology. With the expansion of the use of glass, the need to improve the mechanical properties of glass has emerged. For this reason, studies on improving the mechanical properties of glass are increasing day by day. The surface properties of glasses determine their mechanical strength. Chemical, thermal and mechanical factors cause crack formation on the surface. Research on improving the strength of glass is aimed at creating compressive stresses on the surface of glasses that can prevent the formation, propagation and growth of cracks. In addition to thermal tempering, which is the most frequently used application in this regard, chemical tempering, which has been in our lives for 50 years, has also become the focus. Chemical tempering is an ion exchange application based on the replacement of small diameter sodium ions in the structure of the glass immersed in the molten salt bath with large scale potassium ions in the molten salt. Large-diameter ions that pass into the glass structure create a compressive stress on the surface, improving the strength of the glass. In this thesis, it is aimed to improve the mechanical properties of borosilicate glass by chemical tempering process. 4 different temperatures and 3 different hours for each temperature were determined and parameters such as processing temperature and processing time were compared to determine the option with the most efficient increase in strength. The hardness, optical properties and bending strength of reference samples and treated glasses were examined and their concentration profiles were determined and compared and evaluated. As a result of the studies, in glass samples with ion exchange process; It was observed that the concentration depth increased with increasing temperature and time. There is no effect of ion exchange on its optical properties. Both the hardness value and the flexural strength values increased up to a certain value with the increase in time and temperature, and then decreased.