BORİK ASİT KATKILI ELEKTRO PORSELEN ÜRETİMİ VE ÖZELLİKLERİN İNCELENMESİ AZİZ EMRE BİLGİN YÜKSEK LİSANS TEZİ İLERİ TEKNOLOJİLER

Transkript

1 BORİK ASİT KATKILI ELEKTRO PORSELEN ÜRETİMİ VE ÖZELLİKLERİN İNCELENMESİ AZİZ EMRE BİLGİN YÜKSEK LİSANS TEZİ İLERİ TEKNOLOJİLER GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TEMMUZ 2013 ANKARA

2 Aziz Emre BİLGİN tarafından hazırlanan BORİK ASİT KATKILI ELEKTRO PORSELEN ÜRETİMİ VE ÖZELLİKLERİN İNCELENMESİ adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Doç. Dr. Bülent BOSTAN Tez Danışmanı, Metalurji ve Malzeme Müh. Böl.. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile İleri Teknolojiler Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Doç. Dr. Ahmet GÜRAL Metalurji ve Malzeme Müh. Böl., G.Ü.. Doç. Dr. Bülent BOSTAN Metalurji ve Malzeme Müh. Böl., G.Ü.. Prof. Dr. Elif ORHAN İleri Teknolojiler, G.Ü.. Tez Savunma Tarihi: 04/07/2013 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Aziz Emre BİLGİN

4 iv BORİK ASİT KATKILI ELEKTRO PORSELEN ÜRETİMİ VE ÖZELLİKLERİN İNCELENMESİ (Yüksek Lisans Tezi) Aziz Emre BİLGİN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Temmuz 2013 ÖZET Sanayinin gelişmesi elektrik enerjisine ihtiyacı artırarak enerjilerin daha uzak mesafelere taşınmasını gerektirmiştir. Bütün bu gelişmeler izolatörlerin dış etkenlere ve artan şebeke voltajına karşı teknik özelliklerinin ve mekanik dayanımının daha da arttırılmasını ve ucuz yollu izolatör üretiminin gerekliliğini ortaya koymuştur. Bu çalışmada elektro-porselen masse çamuruna, borik asit (H 3 BO 3 ) ilavesi yapılarak mekanik ve kimyasal özelliklerin üzerine etkisi incelenmiş ve borik asidin alternatif bir hammadde kaynağı olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Çalışmada; % 0,1, % 0,3 ve % 1 H 3 BO 3 katkılı olmak üzere üç farklı şekilde reçete hazırlanmıştır. Hazırlanan numuneler laboratuardaki vakum preste şekillendirilmiştir. Numuneler kurutulduktan sonra 1255 o C sıcaklıkta altında sinterlenmişlerdir. Numunelere tane boyut dağılımı, kuru küçülme, fuksin, üç nokta eğme testleri uygulanmıştır. Mikroyapı karakterizasyonları XRD, SEM ve EDS analizleri ile yapılmıştır. Deneysel çalışmanın sonucunda katkı oranına bağlı olarak tane boyut dağılımında % 0,3 e kadar azalma olduğu görülmüş, katkı oranı arttıkça tane boyutunun arttığı tespit edilmiştir. % 0,3 borik asit ilavesi kuru mukavemeti ~ % 56, pişme mukavemetinin ise ~ %1,6 artırmıştır. Kuru küçülme

5 v miktarındaki azalma en fazla % 1 borik asit katkılı numunede görülmüştür. Genel olarak % 0,3 borik asit katkılı numunenin işletme değerlerine daha yakın sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Dolayısıyla borik asit, elektro porselen bünyesine katkı maddesi olarak belirli oranda katılabildiğinde alternatif bir hammadde kaynağı olabileceği gözlemlenmiştir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Elektro porselen, borik asit Sayfa Adedi : 92 Tez Yöneticisi : Doç. Dr. Bülent BOSTAN

6 vi DETERMINATION OF THE PROPERTIES AND PRODUCTION OF BORIC ACID ADDED ELECTRO PORCELAIN (M.Sc. Thesis) Aziz Emre BİLGİN GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES July 2013 ABSTRACT The need of electrical energy is raised by the development of industry and that required to transportation of energy to the more distant points. All these developments reveal the need of cheaper insulator production and the need of enhancement of insulators technical specifications and mechanical resistance against the increasing mains voltage and external factors. In this study, by adding boric acid to electro-porcelain mass slurry, the effect on mechanical and chemical properties is assessed and whether boric acid can be used an alternative raw material source is investigated. In the study, three different prescriptions, contain % 0,1, % 0,3 and % 1 H 3 BO 3 additive, were prepared. Then, prepared samples were shaped on vacuum presses in the laboratory. After samples were dried, they were sintered at 1255 o C degree. Particle size distribution, dry refinement, fuchsine and bending three point tests were applied to the samples. Characterizations of microstructure were done by XRD, SEM and EDS analyses. At the end of the experimental studies, it was seen that depending on additive percentage, the reduction of particle size distribution is up to % 0,3 and particle size is increasing with an increase in additive ratio. Addition of % 0,3 boric acid improved the dry resistance and ripening resistance about % 56 and % 1,6,

7 vii respectively. The maximum dry reduction amount was seen on the sample that contains % 1 boric acid. In general, it was determined that the sample, which contains % 0,3 boric acid, gives closer results to operation conditions. Therefore, it was observed that the boric acid could be an alternative raw material source, if it is incorporate into electro-ceramic at a certain ratio. Science Code : Key Words : Electro porcelain, boric acid Page Number : 92 Adviser : Assoc. Prof. Dr. Bülent BOSTAN

8 viii TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren ve destek olan değerli hocam Doç. Dr. Bülent BOSTAN a, Ankara Seramik A.Ş. de çalışan Ür-Ge müdürü Berkan Hakan DEDE ye, Ar-Ge müdürü Hüseyin KOÇAK a, Ar-Ge mühendisi Dr. Ersin Şen e, Ar-Ge mühendisi Müzeyyen TOPÇU ya, Ar-Ge mühendisi Tuğba MUCUR a, manevi destekleriyle her zaman yanımda olan sevgili eşim Semra BİLGİN e, kızım Öykü BİLGİN e ve çok değerli aileme teşekkürü bir borç bilirim.

9 ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET...iv ABSTRACT vi TEŞEKKÜR..viii İÇİNDEKİLER ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ...xiii ŞEKİLLERİN LİSTESİ xiv RESİMLERİN LİSTESİ xv SİMGELER VE KISALTMALAR.xviii 1. GİRİŞ GENEL BİLGİLER Tanım Türkiye de İzolatör Üretimi İzolatörlerin Bünyesine ve Kullanım Alanlarına Göre Çeşitleri Bünyesine göre izolatör çeşitleri Kullanım alanlarına göre izolatör çeşitleri İzolatörlerin Teknik Özellikleri İzolatörlerin elektrik özellikleri İzolatörlerin mekanik özellikleri İZOLATÖRLERİN ÜRETİMİ İzolatör Üretiminde Kullanılan Hammaddeler Kaolen...10

10 x Sayfa Kil Feldspat Kuvars Alümina Çamur Hazırlama ve Kullanılan Makineler Değirmenler Filter pres Şineke pres Vakum pres İzolatörlerin Kurutulması İzolatörlerin Sırlanması İzolatörlerin Sinterlenmesi İzolatörlerin Metallenmesi Kalite Kontrol İzolatör Üretim Prosesi Esnasında Uygulanan Deneyler İzolatör hammaddelerine uygulanan deneyler İzolatör çamur ve sırlarına uygulanan deneyler İzolatörlere sinterleme sonrası uygulanan testler İzolatörlere uygulanan elektrik deneyleri BOR Borun Kimyasal Özellikleri Rafine Bor Bileşikleri

11 xi Sayfa 4.3. Borik Asit Hakkında Genel Bilgi Türkiye de Borik Asit Üretimi Borik Asit İle Yapılan Çalışmalar MATERYAL VE METOT Deneysel Çalışmalar Akış Şeması Deneysel Çalışmalarda Kullanılan Malzemeler Deney Numunelerinin Hazırlanmasında Kullanılan Cihazlar Reçete Hazırlama Numunelerin Hazırlanması Massenin hazırlanması Massenin suyunun uzaklaştırılması Numunelerin şekillendirilmesi Numunelerin kurutulması Numunelerin sinterlenmesi İzolatör Massesine Uygulanan Deneyler Akışkanlık kontrolü Elek analizi Litre ağırlığı kontrolü ve katı madde miktarı tespiti Tane boyut dağılımı tespiti Kuru küçülme testi Fuksin deneyi Üç nokta eğme testleri...51

12 xii Sayfa XRD analizi SEM analizi DENEYSEL SONUÇLAR Akışkanlık Kontrolü Elek Analizi Litre Ağırlığı Kontrolü ve Katı Madde Miktarı Tespiti Tane Boyut Dağılımı Tespiti Kuru Küçülme Testi Fuksin Deneyi Üç Nokta Eğme Testleri XRD Analizi SEM Analizi ve EDS Sonuçları SEM analizi EDS sonuçları SONUÇ VE ÖNERİLER Sonuçlar Öneriler...87 KAYNAKLAR...88 ÖZGEÇMİŞ...92

13 xiii ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 4.1. Rafine bor bileşikleri..30 Çizelge 5.1. Kullanılan massenin karışım oranları Çizelge 5.2. Deneylerde kullanılan reçeteler.40 Çizelge 6.1. Akışkanlık kontrol sonuçları..56 Çizelge 6.2. Elek analizi sonuçları.57 Çizelge 6.3. Litre ağırlığı sonuçları...57 Çizelge 6.4. Katı madde miktarı sonuçları.57 Çizelge 6.5. Katkılı masse tane boyut dağılım değerleri...60 Çizelge 6.6. Kuru mukavemet sonuçları...64 Çizelge 6.7. Pişme mukavemet sonuçları..65

14 xiv ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 3.1. İki kürenin sinterlenme modeli...19 Şekil 5.1. Deneysel çalışmalar akış şeması...38 Şekil 5.2. Lazer saçınım boyut analiz cihazının çalışma teorisi 48 Şekil 5.3. Fuksin cihazının çalışma prensibi...51 Şekil 5.4. Üç nokta eğme testinin şematik görünümü 52 Şekil 6.1. % 0,1 Borik asit katkılı massenin tane boyut dağılımı eğrisi.58 Şekil 6.2. % 0,3 Borik asit katkılı massenin tane boyut dağılımı eğrisi.59 Şekil 6.3. % 1 Borik asit katkılı massenin tane boyut dağılımı eğrisi 59 Şekil 6.4. İşletme massenin tane boyut dağılımı eğrisi...60 Şekil 6.5. Borik asit katkılı massenin boyutça küçülme eğrisi...61 Şekil 6.6. Borik asit katkılı massenin rutubet eğrisi...62 Şekil 6.7. Kuru mukavemet grafikleri 64 Şekil 6.8. Pişme mukavemet grafikleri...66 Şekil 6.9. % 0,1 borik asit katkılı masse, % 0,3 borik asit katkılı masse, % 1 borik asit katkılı masse ve işletme massenin kuru XRD grafikleri.67 Şekil % 0,1 borik asit katkılı masse, % 0,3 borik asit katkılı masse, % 1 borik asit katkılı masse ve işletme massenin pişmiş XRD grafikleri.67 Şekil % 0,1 borik asit katkılı massenin pişmiş ve kuru XRD grafikleri...68 Şekil % 0,3 borik asit katkılı massenin pişmiş ve kuru XRD grafikleri...68 Şekil % 1 borik asit katkılı massenin pişmiş ve kuru XRD grafikleri...69 Şekil İşletme massenin pişmiş ve kuru XRD grafikleri...69

15 xv RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 2.1. Çeşitli üretilmiş izolatör ürünleri....5 Resim 3.1. Bilyalı değirmen...14 Resim 3.2. İşletme bazında kullanılan filtre pres 15 Resim 3.3. İşletme kullanılan tip vakum pres.16 Resim 5.1. Massenin suyunu uzaklaştırmak için kullanılan filter pres...42 Resim 5.2. Şekillendirme için kullanılan vakum pres 42 Resim 5.3. Şekillendirme sonrası malzemeler 43 Resim 5.4. Kurutulmuş malzemeler 43 Resim 5.5. Pişmiş numuneler..44 Resim 5.6. Fordcup viskozimetresi.45 Resim 5.7. Numunenin elekten geçirilmesi 46 Resim 5.8. Elek üstündeki miktarın alınması.47 Resim 5.9. Fuksin testinin yapıldığı cihaz..50 Resim Testlerde kullanılan üç nokta eğme cihazı...52 Resim JOEL JSM-6060LV Taramalı elektron mikroskobu (SEM)..54 Resim Polaron SC7620 sputter coater...55 Resim 6.1. Fuksin deneyi sonrası numuneler.63 Resim 6.2. Kuru numunelerin kırık yüzey SEM görüntüleri; a) İşletme Masse b) % 0,1 katkılı borik asit masse c) % 0,3 katkılı borik asit masse d) % 1 katkılı borik asit masse...68

16 xvi Resim Sayfa Resim 6.3. Kuru numunelerin kırık yüzey SEM görüntüleri; a) İşletme Masse b) % 0,1 katkılı borik asit masse c) % 0,3 katkılı borik asit masse d) % 1 katkılı borik asit masse..72 Resim 6.4. Pişmiş numunelerin kırık yüzey SEM görüntüleri; a) İşletme Masse b) % 0,1 katkılı borik asit masse c) % 0,3 katkılı borik asit masse d) % 1 katkılı borik asit masse.73 Resim 6.5. Pişmiş numunelerin kırık yüzey SEM görüntüleri; a) İşletme Masse b) % 0,1 katkılı borik asit masse c) % 0,3 katkılı borik asit masse d) % 1 katkılı borik asit masse...74 Resim 6.6. % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü.75 Resim 6.7. % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü.75 Resim 6.8. % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü.76 Resim 6.9. % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 1. noktanın EDS analizi Resim % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 2.Noktanın EDS analizi..77 Resim % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 3. noktanın EDS analizi..78. Resim % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin element dağılım haritası 78 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü.79 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki genel EDS analizi Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü.80 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 1. noktanın EDS analizi..81 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 2. noktanın EDS analizi

17 xvii Resim Sayfa Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 3. noktanın EDS analizi...82 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 4. noktanın EDS analizi..82 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 5. noktanın EDS analizi...83 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 6. noktanın EDS analizi Resim Pişmiş işletme massenin kırık yüzey SEM görüntüsü...84 Resim Pişmiş işletme massenin SEM görüntüsündeki genel EDS analizi 84

18 xviii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Al Au Ar atm B Ba C Ca Cl Cr Cs c/s ev H K KHz Li ml MPa N Na O Si Zn λ Açıklama Alüminyum Altın Argon Atmosfer Bor Baryum Karbon Kalsiyum Klor Krom Sezyum Sayım/saniye Elektro volt Hidrojen Potasyum Kilo Hertz Lityum Mili litre Mega pascal Azot Sodyum Oksijen Silisyum Çinko Lamda

19 xix Kısaltmalar EDS SEM XRD Açıklama Enerji dağılım spektrometresi Taramalı elektron mikroskop X-ışınları kırınımı

20 1 1. GİRİŞ Seramik; doğada bileşenleri halinde bulunan elementlerin, uygun karışımlarının, ısı enerjisinden yararlanarak elde edilen ürün şeklinde tanımlanmaktadır. Bu tanım; çömlek yapı malzemeleri, porselen, cam, çimento, emaye, aşındırıcı, kesici, kapasitör ve piezo-elektrik malzemelerini kapsar. Ülkemizde genel olarak seramik ürünlerden karo seramik, karo fayans, sağlık gereçleri, porselen ve seramik sofra ve süs eşyası, elektro porselenler, refrakterler üretilmektedir [1]. Seramik endüstrisine ait ürünler olağanüstü çeşitlilik göstermektedir. Seramiğin kullanım alanının genişliği onu diğer malzemelerden şu şekilde ayırmaktadır. Sertlik ve mekanik sağlamlık Yüksek sıcaklığa karşı dayanıklılık İzolatörlerden yarı iletkenlere kadar değişken elektrik özelliği Her türlü kimyasal etkiye karşı ve korozyona karşı dayanıklılık Şekillendirilebilir olması Kokusuz ve tatsız olması [2]. Seramik malzemesi olan porselen yukarıdaki bütün özellikleri bünyesinde barındırmaktadır [3]. Porselen, tamamı killi topraktan yapılmış veya daha açık bir deyimle, kil ihtiva eden hammaddelerden üretilmiş ürünlerin oluşturduğu büyük seramik grubunun bir elemanıdır. Seramik grubunun ilk ve en ilkel ürünü balçık tuğla veya kerpiç tuğladır. Bu aşamada söz konusu olan basit, kaba seramiktir. Daha sonra ise, üretim aşamaları sıralamasına göre sırasıyla; toprak çanak çömlekler, majorka çinisi (elvan çini), fayans, taş eşya, taştan oyma kap, seramik gelmektedir. Porselende ise grup en üstün ve en mükemmel formuna ulaşmıştır. Porselen hamuru üretiminde kaolen, kuvars ve feldspat ana hammaddelerdir. Az miktarda ise kil kullanılmaktadır. Sıcaklık değişimlerinden etkilenmemesi ve de yüksek düzeydeki izolasyon yeteneği porselenin elektriksel dirençlerde büyük ölçüde kullanılmasını sağlamaktadır [1].

21 2 Porselen, elektriksel akımı izole ettiği için gerek alçak, gerekse yüksek gerilim hatlarında kullanılmaktadır [1]. İzolatörlerin iletken tel taşınımını sağlaması ve elektrik yalıtım görevini tam olarak yerine getirebilmesi gerekmektedir [3]. İzolatörler, elektrik devrelerinde iletkenlerin birbirlerinden fiziksel olarak ayrışımını veya birbirleri arasındaki akımın engellenmesini sağlayan malzemelerdir. İlerleyen sanayiyle birlikte elektrik enerjisine duyulan talep daha da artmış ve buna bağlı olarak enerjilerin zorunlu olarak daha uzak mesafelere taşınması gerekmiştir. Bütün bu gelişmeler izolatörlerin dış etkenlere ve artan şebeke voltajına karşı teknik özelliklerinin ve mekanik dayanımının daha da arttırılmasını ve ucuz yollu izolatör üretiminin gerekliliğini beraberinde getirmiştir [3]. İzolatörler, elektrik akımına karşı büyük direnç gösteren, sıcak ve soğuk hava şartlarına dayanıklı malzemeler olan porselen ve camdan imal edilir. Bunlara ilaveten, silikon ve epoksi reçineli izolatörler de yapılmakta, ancak maliyeti yüksek olduğundan pek kullanılmamaktadır. İzolatörlerin, iletkenlere gelebilecek yükleri emniyetli bir şekilde taşıyabilmeleri için mekanik dayanımlarının da iyi olması gerekir. İzolatörlerden en iyi şekilde faydalanabilmek için izolatörlere etki eden kuvvetlerin şekli, büyüklüğü ve zamana göre değişiminin bilinmesi gereklidir. Seramik malzemeler kırılma değerinin üzerindeki bölgesel mekanik gerilimleri, elastik bölgeleri olmadığından metal gibi dengeleyemezler. Bu yüzden hesaplamalarda, oluşan maksimum değerleri porselen izolatörlerde kuvvet taşıyan bölümleri dikkate alarak şekillendirilmesi gerekmektedir [4]. Bu sebepler yüksek gerilim kablolarının zor şartlar altında (kuvvet, rüzgâr, buz, yüklü ve şiddetli sıcaklık farkına tabi bölgeler) garanti altına alınabilmesi için izolatörlerin uygun montaj ve mekanik boyutlarının doğru ölçümlendirilmesi gerekmektedir [5]. Günümüzde malzeme özelliklerinin mikro, makro ve dış etkenler açısından daha da iyileştirilmesi için katkı ilaveleri denenmektedir. Literatürdeki bazı çalışmalarda şu şekilde sonuçlara varılmıştır. Elektro porselen bünyelerde borik asidin alternatif bir ergitici olarak düşük oranlarda kullanım potansiyeli olduğu ortaya konulmuştur [6].

22 3 Borik asidin duvar karosu reçetelerinde düşük oranlarda nihai ürün performansını olumsuz yönde etkilemeden kullanılabileceği ortaya konulmuştur [7]. Porselen karo çamuruna % 0,3 asit borik ilavesinin kuru mukavemeti ~ % 30 artırdığı tespit edilmiştir [8]. Tuğlaya katılan bor oksit ve borik asit katkısı % 1 oranında yakın sonuçlar vermiş, katkı oranın biraz daha düşürülmesinin faydalı olabileceği önerilmiştir [9]. Borik asit ilavesi, polimer elektrolit membran yakıt hücresinde belirgin bir şekilde su tutma değerini arttırdığı fakat kırılganlığı arttırması nedeniyle en fazla % 30 oranında katılabileceği belirtilmiştir [10]. Borik asit ve boraks fren balatası komponentine katıldığında asbestin özelliklerini karşılayan alternatif bir malzeme olabileceği söylenmiştir [11]. Literatür çalışmalarında elektro porselen bünyesine borik asit katkı denemesi çok sınırlı sayıdadır. Bu çalışmada, elektro porselen çamuruna borik asit katkısının etkisi genel olarak incelenmiş, elde edilen bünyenin dayanım ve mikro yapısal özelliklerinin borik asit ilavesi ile geliştirilmesi amaçlanmıştır. İşletme massesine farklı oranlarda borik asit ilave yapıldıktan sonra şinike pres akabinde vakum preste şekillendirilen numuneler kurutulmuş ve belirli bir sıcaklıkta sinterleme prosesi ile işlem tamamlanmıştır. Sinterlenen numunelere çeşitli analizler uygulanmıştır. Analiz sonuçları neticesinde % 0,3 borik asit katkılı reçetede yüksek mukavemete ulaşılmıştır. Aynı zamanda borik asit ilavesi arttıkça dayanımın da arttığı fakat kuru mukavemet değerlerinde belli bir noktaya ulaştığında dayanımın tekrar düştüğü görülmüştür. Karışım prosesinin mukavemet üzerinde etkili olduğu tespit edilmiştir.

23 4 2. GENEL BİLGİLER 2.1. Tanım Elektrik enerjisinin üretiminden başlayarak dağıtım, tüketim safhalarında, her türlü haberleşme araçlarında ve devre kesici elemanları gibi, elektrik enerjisinin var olabileceği her alanda yalıtım amacıyla kullanılan porselen malzemelere elektro porselen denir [12]. Enerji nakil hatlarını, şalt sahaları ve dağıtım merkezlerinde baraları, tespit edildikleri yerden yalıtan ve taşıyan elemanlara izolatör denir. Enerji iletim ve dağıtım şebekelerinde kullanılan izolatörlerin iki ana görevi vardır: Elektriksel bakımdan iletkenleri topraktan ayırmak İletken ağırlığını ve iletkenlere gelen ek yükleri karşılamak İzolatörler, elektrik akımına karşı büyük direnç gösteren, sıcak ve soğuk hava şartlarına dayanıklı malzemeler olan porselen ve camdan imal edilir. Bunlara ilaveten, silikon ve epoksi reçineli izolatörler de yapılmakta, ancak maliyeti yüksek olduğundan pek kullanılmamaktadır. İzolatörlerin, iletkenlere gelebilecek yükleri emniyetli bir şekilde taşıyabilmeleri için mekanik dayanımlarının da iyi olması gerekir. Porselen İzolatörler, kil, kaolin, kuvars, feldspat, alüminyum oksit gibi hammaddelerin belirli oranlarda karıştırıldıktan sonra öğütülüp, uygun metotlarla şekillendirilip pişirilmesi ile elde edilir. Kullanım yerlerine göre daha sonra bu porselenlere metal parçalar monte edilerek elektrik enerjisi iletim ve dağıtımında, enerji nakil hatları ve trafo merkezlerinde kullanılır. İzolatörlerin seramikten yapılmasındaki asıl amaç seramiğin kimyasal, mekaniksel ya da dielektrik özelliklere zarar vermeden yüksek ısıya dayanıklı olmasıdır [3].

24 Türkiye de İzolatör Üretimi Türkiye de elektro porselen sanayi 1960 larda kurulmasına rağmen diğer seramik sektörleri kadar gelişmemiştir. Bunun nedenleri; el emeğinin çokluğu, maliyetin yüksek olması, teknoloji eksikliği ve sadece iç piyasa taleplerinin düşünülmesi bu sanayi kolunun gelişmesini önlemiştir [3]. Tüm bu dezavantajlara rağmen, günümüzde izolatör üretimi ülke ihtiyaçlarına cevap verebilecek kapasiteye ulaşmıştır. Hatta son yıllarda az miktarda da olsa izolatör ihraç edilmeye başlanmıştır [3]. Resim 2.1 de izolatör sanayinde çeşitli yerlerde kullanılmak üzere üretilmiş ürünler verilmiştir. Resim 2.1. Çeşitli üretilmiş izolatör ürünleri [13] 2.3. İzolatörlerin Bünyesine ve Kullanım Alanına Göre Çeşitleri Bünyesine göre izolatör çeşitleri Farklı porselen izolatörler, karıştırılan hammaddelere göre farklı miktarda kristal ihtiva etmekte olup dört gruba ayrılır:

25 6 Feldspatik Porselen Alümina Porselen Kristobalit Porselen Alümina Kristobalit Porselen [3] Feldspatik Porselen: Feldspat porseleni kuvars, feldspat ve kilden oluşmaktadır. Porselen bünye C de pişirilerek oluşturulur. Pişirim sonrası porselen yapısı % kuvars, % kristal müllit yüksek sıcaklıkta reaksiyona giren kil ve feldspat karışımıdır. Bu porselenin özelliği bünyesinde iri taneli kuvars taneleri ihtiva etmesidir. Porselen bünyenin yüksek işlenebilirliği, karışık şekilde ve büyük izolatör yapımını mümkün kılar. Diğer yönden, mekanik mukavemeti çok yüksek olmayıp sırlı ürün üzerindeki eğilme mukavemeti kg/cm 2 dir [4]. Alümina Porselen: Feldspat porselene izolatörde mekanik mukavemeti arttırmak için alümina (toplam reçetenin % ı oranında) ilavesi yapılır. Pişme sonrası porselen yapısı, % korundum kristalini ihtiva etmektedir. Korundum dışındaki diğer kristal fazlar müllit (% 8-20) ve kuvars (% 10 dan daha az) olmaktadır [14]. A1 2 O 3 - SiO 2 sistemi seramikte en önemli ikili sistemlerden birisi olup, bu sistemde oluşan tek ara bileşik müllittir (Al 2 O 3.2SiO 2 ). Müllit; yüksek sıcaklık kırılma dayanımı, mükemmel sürünme dayanımı, düşük ısıl genleşme, yüksek ısıl şok dayanımı, iyi kimyasal duyarlılık, iyi oksidasyon direnci gibi özelliklere sahiptir. Bununla beraber müllitin oda sıcaklığındaki kırılma dayanımı, mükemmel sürünme dayanımı, düşük ısıl genleşme, yüksek ısıl şok dayanımı gibi üstün özelliklere sahiptir. Tüm bu özelliklerden dolayı müllit, porselen ve refrakterlerin ana malzemesi olarak bilinir [3].

26 7 Kristobalit Porselen: Kristobalit porseleni yüksek mukavemetlidir. Pişirim sonrası bünyede oluşan kristobalit kristalleri ile tanınmaktadır. Kristobalit dışındaki diğer kristaller müllit (%20-25), kuvars (%3-15) dir. Sırlı kristobalit porselenin eğilme mukavemeti kg/cm 2 olarak tespit edilmiştir. Bu tip porselenin oldukça yüksek işlenebilirliği ve geniş bir pişirme aralığı vardır. Kristobalit porselen bünyeden solidkar tipi izolatörler yapılmaktadır [3]. Alümina Kristobalit Porselen: Alümina - kristobalit tipi porselen yeni tip porselen olup kristobalit porselende bulunan işlenebilirlik, homojenlik, basınç mukavemeti gibi özelliklere ve alümina porselendeki yüksek mukavemet özelliklerine sahiptir. Sırlı alümina-kristobalit porselenin eğilme mukavemeti de yüksektir ( kg/cm 2 ) [3] Kullanım alanlarına göre izolatör çeşitleri: Alçak Gerilim İzolatörü: 1 volttan 1000 volta kadar gerilim uygulandığı yerlerde kullanılır. Priz ve fiş iç kısımları, bağlantı yerleri, yalıtım plakası, sigorta gövdeleri, rezistans taşıyıcıları, duy ve globlar, gergi, taşıyıcı ve telgraf izolatörleri, bobin taşıyıcıları olarak kullanılırlar [15]. Yüksek Gerilim İzolatörü: 1000 volttan daha yüksek gerilim altındaki yerlerde kullanılan izolatörlerdir. Elektrik yalıtımı dışında mekanik ve termik dayanım görevleri de vardır. Yüksek gerilim izolatörlerinin -65 ile 1600 C arasında kullanılabilir oluşu elektroteknikte büyük

27 8 önem taşımaktadır. Çok ağır çevre koşullarında bile yüksek bir dayanım gücüne sahiptir [15]. Elektriksel darbe dayanıklılığı 2,5 cm lik kalınlıkta volttur [1] İzolatörlerin Teknik Özellikleri İzolatörlerin elektrik özellikleri Dielektrik Güç: Bir malzemenin dielektrik gücü elektriksel bozulmalara karşı direncini ve yüksek voltaja dayanma kabiliyetini belirleyen bir özelliktir. Bu değer numunenin kalınlığına ve voltaj kaynağının frekansına bağlıdır. Delinebilir izolatörlerde numunenin kalınlığı azaldıkça bu değer artar [4]. Delinebilirlik, izolatörlerin yapı prensibinde yer alan önemli bir karakteristiğidir. Atlamalar büyük oranda bitişik boşluklarda veya izolatörler ile onu saran havanın arasındaki sınır bölgesinde oluşurlar. Kısa zaman süresinde izolatöre zarar vermezler. Ama delinebilir (içi boş) izolatörlerde voltaj izolatör boyunca içerden gider, izolatörü kullanılamaz hale getirir. Atlama ve delinme yolu aynı olan izolatörlerde delinme meydana gelmez. Çünkü çevredeki havanın elektrik mukavemeti porselene göre çok daha azdır ve bu yüzden atlama, delinme voltajlarının çok daha altındaki değerlerde meydana gelir. Böyle bir davranış, dolu izolatörlerin her tipinde görülür [4] İzolatörlerin mekanik özellikleri İzolatörlerden en iyi şekilde faydalanabilmek için izolatörlere etki eden kuvvetlerin şekli, büyüklüğü ve zamana göre değişiminin bilinmesi gereklidir. Seramik malzemeler kırılma değerinin üzerindeki bölgesel mekanik gerilimleri, elastik bölgeleri olmadığından çelikteki gibi dengeleyemezler. Bu yüzden hesaplamalarda oluşan maksimum değerleri porselen izolatörlerde kuvvet taşıyan bölümleri dikkate alarak şekillendirmek gerekir [4]. Yüksek gerilim kablolarının zor şartlar altında (kuvvet, rüzgâr, buz, yüklü ve şiddetli sıcaklık farkına tabi bölgeler) garanti altına

28 9 alınabilmesi için izolatörleri uygun montaj ve mekanik boyutlarının doğru ölçümlendirilmesi gereklidir [5]. Mukavemet Kavramları: Metallerde çekme, eğme dayanımı gibi spesifik değerler, sabit değer olarak verilebilir, fakat seramik ürünlerde fazla sayıda etki faktörü olduğundan metallere göre önemli farklılıklar gösterirler. Bu farktan matematik olarak nitelemek mümkün değildir. Etki faktörleri aşağıdaki gibi verilebilir [16]. - Enine kesiti (silindirik, boru şeklinde, köşeli, oyuk) - Ölçümler (uzunluk, yarıçap) - Şekli (kaygan yüzey alanı, izolatör etekleri veya pervazlı yarık bölgeler) - Hammadde - Şekil verme - Sinter prosesi

29 10 3. İZOLATÖR ÜRETİMİ 3.1. İzolatör Üretiminde Kullanılan Hammaddeler Seramik izolatör üretiminde kullanılan başlıca hammaddeler kaolen, kil, feldspat, kuvars ve alümina dır [5] Kaolen Alkali feldspatların bozulmasıyla oluşan kaolen, bir alüminyum hidra silikattır. Bu alümina silikatlar ise aşınma sırasında hidrolize olurlar. Hidrolize olayı şu şekilde olmaktadır: Alkali ve toprak alkali iyonlar çözünür tuzları oluşturarak çözünüp uzaklaşırlar. Geri kalan madde, alüminyum silikat, değişken bileşik ve silisyum dioksittir. Kaolenin formülü Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 O dir [16]. Kaolen, porselen hamurunun şekil almasını, hamur gibi yoğrulmasını (plastisite) sağlayan elemandır. Şekle girmeyi, kalıplanmayı, akmayı, döndürülmeyi kısaca porselen parçalarının şekillendirilmesini sağlayan hep kaolendir. Kaolen, porselene dış şekli gibi rengini de kazandırır [1] Kil Dünyada ve Türkiye de seramik denilince akla killer gelmektedir. Kil kaynaklarına yakın yerlerde ilk seramik fabrikaları bu nedenle kurulmuştur. Çünkü seramikte kullanılan hammaddelerin içinde hem teknolojik, hem de miktar açısından en önemlisi killerdir [17]. Seramikte kullanılan killerde; su emme, pişme rengi, kuruma ve pişme sonrası küçülme miktarı, camlaşma sıcaklığı aralığı, kuru mukavemet gibi özellikler aranır. Bu özellikler kilin kimyasal bileşimine ve tane boyutuna bağlı olarak değişir [18].

30 11 Killer: Yumuşak ve plastik bir malzemedir. Bu nedenle öğütülmesi gerekmez. Öğütmeden kullanılabilir. Suda hemen dağılır. Tane yapısı küçük olduğu için su içerisinde açılır. Bağlayıcı özelliği vardır. Plastikliği ve mukavemeti sağlamak için kullanılır. Sürüklenmeden dolayı kristal yapıları bozuktur. Kristal yapılarının bozulması sonucunda katyon değiştirme özelliğine sahiptir [16] Feldspat Türkiye de seramik sektörü, ürün kalitesi ve üretim miktarı bakımından Avrupa ile yarışacak hale gelmiş olup fayans ve seramik imalinde temel hammaddelerden biri olan feldspatın üretimi ve kalitesi büyük önem taşımaktadır. Özsüz bir hammadde olmasına karşın, çamurda belli pişme sıcaklığına çıkıldığı zaman çamurları pekiştirerek, ergiticilik özelliği gösterir. Doğal feldspatlarda Na, K,Ca, Li, Ba, Cs gibi oksitler farklı oranlarda yer alırlar. K-Feldspat(Ortoklas) K 2 O.Al 2 O 3.6SiO 2 Na-Feldspat(Albit) Na 2 O. Al 2 O 3. SiO 2 Ca-Feldspat(Anortit) CaO.Al 2 O 3.6 SiO 2 Feldspatların çok temiz ve yeterince saf olması istenir. Seramik bünyede ergitici rol oynar. Ortoklas kuvars ile birlikte ürünün dayanımını arttırır [16].

31 Kuvars Silisyumun bir bileşimi olan kuvars, seramik çamur ve sırlarında önemli görevler yüklenerek geniş kullanım alanı bulur. Kuvars, yapıyı yüksek sıcaklıklarda ayakta tutar ve porselenler için malzeme mukavemetinin en önemli faktörüdür. Kuvars; yapının kuruma küçülmesini azaltır, plastikliği düzenlemeye yardımcı olur ve pişirme sırasında deformasyon olmaksızın gaz akışına izin verir. Saf kuvars ısıtılmaya başlandığında modifikasyona uğrar. Modifikasyon, aynı maddenin çeşitli kristal yapısında bulunması demektir [4] Alümina Kimyasal madde ve yüklere karşı en dayanıklı refrakter malzemesidir C civarında bir ergime sıcaklığına sahiptir. Alümina suda ve şayet iyi kalsine edilmişse hem mineral asitlerde hem de bazlarda çözünmez. Alümina, hidroflorik asite karşı dayanıklıdır. Alüminadan gözeneksiz ve yoğun ürünler yapılır. Gözenekli ürünler genellikle ergimiş alüminadan yapılır ve bunlar 1900 C ye kadar çıkan yüksek sıcaklık fırınlarının astarı olarak kullanılır. Ergimiş alümina % 99,8 Al 2 O 3 içerir [16] Çamur Hazırlama ve Kullanılan Makineler Plastik seramik hammaddeler doğada, maden ocaklarında hiçbir zaman doğrudan çamur yapımında kullanılacak şekilde bulunmazlar. Sık sık ocak içinde bile farklılıklar gösterirler. Bu nedenle ocaktan çıkan hammaddelerin içindeki zararlı maddelerin ayıklanması, belli tane büyüklüğüne kadar kırılıp öğütülmesi gerekir. Tartım ve karıştırma işlemleri ile de kullanılabilecek çamuru oluşturan özlü ve özsüz öğelerin bir araya gelmesi sağlanır. Çamur hazırlama yönteminin seçimi ve seçilen bu yöntemin uygulamasında oluşacak hatalar, sonuçta üretilen ürünün kalitesini

32 13 olumsuz etkiler. Çünkü çamur hazırlamada yapılan hatalar, genellikle kuruma ve pişirme sonunda ortaya çıkarlar [19] Değirmenler Öğütülmesi gereken hammaddelerin değirmende öğütülmesi esasına dayanmaktadır. Hammaddeler değirmene belirli aralıklarla yüklenmeli su oranı iyi belirlenmelidir. Sulu öğütmede değirmenin içinde, değirmenin iç hacminin yaklaşık 1/3'ü kadar boşluk bırakılmalıdır. Değirmene öğütülecek maddenin ağırlığı kadar bilye koymak gerekmektedir (Resim 3.1). Bilye büyüklüğü seçimi çok önemlidir. Büyük-ortaküçük boy bilyeler yaklaşık 1/3 oranlarında tamamlanmalıdır [16]. Hammaddeler tartılır ve değirmene aktarılır. Değirmene su ilavesi yapılır. Öğütme süresi değişmektedir. Bu süre sonunda değirmenden numune alınarak elek bakiye kontrolü yapılır. Burada tane boyutu çok önemlidir. Örneğin ergitici olan feldspatın boyutu ne kadar ince olursa sahip olduğu yüzey alanı o kadar artar ve ergitici özelliği o kadar geniş alanda etkili olur. Elek üstü kaba kum değeri % 1,5-2 olması istenilen çamurun 2,5 i geçmemesi istenir. Elek bakiye sonuçları istenilen değerlerde ise öğütülen çamur havuzlara boşaltılır. Sonuçlar istenilen değerlerde değil ise öğütme işlemine devam edilir. Havuzlara, karıştırıcı yardımıyla açılan izolatör artıkları karıştırılır. Havuzlar devamlı homojen tutulmak için pervane yardımıyla karıştırılır. Havuzlarda hiç bekletilmeden çekilen sıvı çamur manyetik ayırıcılardan geçirilir. Manyetik ayırıcılarda, içindeki demir ve demirli bileşiklerden ayrılarak 12 bar basınçla filtre preslere pompalanır [16].

33 14 Resim 3.1. Bilyalı değirmen [20] Filtre pres Resim 3.2 de görülen filtre pres, kaba tanelerinden uzaklaştırılmış olan sıvı çamurun suyunu uzaklaştırıp plastik çamur elde etmede kullanılmaktadır. Esas yapısını, birbirine paralel çok sayıda plaka ile bunlara gerilmiş özel bezler oluşturur. Plakaların ortasından geçen merkezi açıklıktan, sıkı sıkıya yanaştırılarak sıkılan plakaların içine, 12 atm basınç altında sıvı çamur basılır. Çamurun geçemeyeceği gözeneklilikteki bezden yalnızca su dışarı süzülür ve plakalar arasında plastik çamur kekleri oluşur [19]. Çamurun prese dolması şunlara bağlıdır: Çamurun yoğunluğuna Pompanın basıncına Bezlerin deliklerinin ince olmasına Havuzlardan, pompalarla filtre prese basılan çamurun, ortadan kenara doğru süzülmesinden sonra oluşan kekler bantlar yardımıyla şineke prese yollanır [16].

34 15 Resim 3.2. İşletme bazında kullanılan filtre pres [20] Şineke pres Filtre presten çıkan çamur keklerine nem oranının homojen dağılımı, çamurun yarı yarıya havasının alınması ve filtre prese oranla keklerin daha ufak olup kolay taşınmasını sağlamak için şineke pres kullanılır. Şineke presin çalışma prensibi; hazne içinde eksenleri birbirine paralel karşılıklı gelecek şekilde dönen ve üzerinde kanatçıklar bulunan, burgulardan oluşan bir sistem mevcuttur. Filtre presten gelen çamur kekleri, hazneden aşağıya düşer. Düşen çamur makine içerisindeki burgu şeklindeki demir sayesinde harmanlanarak boru şeklindeki başlığın ağzına gelir. Daha sonra tel ile istenilen boyutta kesilir. Çamur keklerindeki nem oranı yaklaşık olarak % arasındadır. 24 saat dinlendirilen çamur, havası alınmak üzere vakum preslere gider [16].

35 Vakum pres Vakum prese gelen çamurlarda istenilen mal ebadına göre kesim havasının alınması gerçekleştirilir. Resim 3.3 de kullanılan vakum presin çalışma prensibi sonsuz dişli burgu aracılığı ile sıkıştırılan plastik çamurun, makinenin daralan ağız kısmına takılan istenen kesiti veren ağızlıklardan şekillenerek çıkması esasına dayanır. Bu tür preslerde, çamur bir bant aracılığı ile üst girişten doldurulur. Bu bölmede bulunan çok sayıda dişli burgu aracılığı ile çamurun ön karıştırması yapılarak vakum odasına ulaşması sağlanır. Burada havası alınan çamur silindirik presleme bölmesinde hep aynı yöne dönen çok sayıda dişli ikinci bir burgu aracılığı ile sürekli olarak sıkıştırılarak çıkışa doğru itilir. Çamur buradan da arkadan sürekli yapılan basıncın etkisiyle ağza takılmış profilden şekillenmiş olarak ortaya çıkar. Çıkan şekillenmiş çamur, istenen boyutlarda kesilerek son şeklini alır [19]. Resim 3.3. İşletmede kullanılan vakum pres [20]

36 İzolatörlerin Kurutulması İzolatör üretim teknolojisinde kurutma, önemli ve özel dikkat isteyen bir işlemdir. Kurutmanın amacı, şekillendirmeden çıkmış massenin bünyesindeki suyun uzaklaştırılmasıdır. Isıtma yavaş yavaş yükselen ısı ve yüksek hava nemi ile sağlanır. Kurutma, gövdenin içinden dış civara doğru olmalıdır. Dolayısı ile bu işlemin dış satıh kabuklaşması, büzülmesi, deformasyonu olmaksızın gerçekleşmelidir. Kurutmaya etki eden etmenler kısaca şöyledir: - Çamurun tane büyüklüğü ve dağılımı - Çamurun bünyesindeki hammaddelerin mineral türleri - Bünyedeki eriyen tuzların olup olmadığı - Moleküllerin yapısal düzeni - Çevrenin rutubet koşulları - Ortamdaki hava sıcaklığı - Kurutmaya giren malların boyut, şekil, su oranlarında beraberlik [19]. Kurutma sırasında bünyelerde; Çatlama, Kılcal çatlak, Renk lekeleri ve Tabaka oluşumu gibi hatalar meydana gelebilir [21] İzolatörün Sırlanması Öğütülmüş uygun bileşimli seramik hammaddelerden elde edilen ve seramik bünye üzerinde pişirme neticesinde cam yapıya benzer bir yapı oluşturabilen karışımlara ve söz konusu tabakaya sır denir. Seramik mamülleri sırlamanın iki ana nedeni vardır: Bunlardan birincisi genelde gözenekli ve mikro seviyede pürüzlü bir yüzeye sahip olan seramik bünyeyi dışta gözeneksiz ve düz bir yüzeye sahip olan cam tabakasıyla kaplayarak daha hijyenik, daha rahat temizlenebilir bir duruma getirmektir. Sırlamanın ikinci nedeni ise estetik açıdan güzel bir görünüm oluşturmak ve yüzeyin

37 18 dekorlanma olanaklarını artırmaktır. Sır aynı zamanda mamülün mukavemetini ve çoğu zaman yüzey sertliğini arttırıcı bir rol de oynar. Kimyasal dış etkilere karşı dayanımı artırır. Sırlama, mamüle göre değişik teknikler uygulanarak yapılır. Belirleyici kriterler; mamülün geometrik yapısı, sırlanacak yüzey miktarı ve bünyenin durumudur (ham veya pişmiş) [22]. Uygulanan başlıca teknikler şöyledir: - Daldırma ile sırlama - Püskürtme ile sırlama - Sprey sırlama tekniği - Perde akıtma metoduyla sırlama - Elektrostatik sırlama İzolatör sektöründe sırlama işlemi genellikle daldırma yöntemiyle yapılır [22] İzolatörün Sinterlenmesi Seramik endüstrisinde pişirme denince (pişme, pişirme prosesi, pişirme tekniği), teknolojik işlem olarak pişirme işlemine bağlı yöntemsel, mekanik ve enerjisel tüm konular akla gelmelidir. Seramik parçanın pişirilmesinin nedeni, toz şeklindeki karışımı yüksek sıcaklığın etkisi ile sıkılaştırmak ve yoğunlaştırmak, şekli sabitleyerek nihai mikro yapının oluşmasıdır. Bu esnada malzeme içerisinde fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar oluşur. Yüzey enerjisinin azalması ve kimyasal reaksiyonların oluşmasıyla malzeme oluşur. Pişirilen malzemenin içerisindeki yapının sıcaklık etkisi ile oluşturulmasına ise sinterleme denir [16]. Şekil 3.1 de iki kürenin sinterlenmesi şekil olarak gösterilmektedir.

38 19 Şekil 3.1. İki kürenin sinterlenme modeli [23] Fırında izolatörlerin pişmesi dört evrede yapılır C ye kadar oksidif ortam C ye kadar redüktif ortam C ye kadar nötr ortam C ye kadar soğutma ortamı Tespit edilen pişirme rejimi ile fırının çalışma şartlarının uygunluğu termokapıllar, optik pirometreler ve seger piramitleri kullanmak suretiyle kontrol edilir [4].

39 İzolatörün Metallenmesi Metal takviyeleri yapılacak olan fırınlardan çıkmış izolatörler rutin test laboratuarına getirilir. Yüksek frekans ve endüstriyel frekans deneylerinden hata tespit edilmeden çıkan izolatörler metallenme kısmına alınır. Metal takviyeli porselen izolatörlerin yapısında farklı ısısal genleşme katsayılarına ve fiziksel özelliklerine sahip seramik ve metal malzemelerin birleştirilmesi söz konusudur [16] Kalite Kontrol İşletmedeki kalite kontrol ekip işini gerektirir. Kalite kontrol ekibi üretim safhalarındaki çamur hazırlamadan başlayarak ambalajlamaya kadar olan kısımda görev alır. Bu bölümde üretim hataları tespit edilerek ilgililere rapor edilir. Böylece üretimde etkinlik ve verim sağlanmış olur [16] İzolatör Üretim Prosesi Esnasında Uygulanan Deneyler İzolatör çamurlarının ana hammaddelerini oluşturan kil ve kaolinlere kullanım amaçlarını belirleyecek bir dizi deney uygulanır. Bu deneylerin bir kısmı aynı zamanda kuvarsa ve feldspatlara da uygulanmaktadır. Kil ve kaolinlere uygulanan deneyler aynı olup sayıca özsüz seramik hammaddelere (kuvars, feldspat alümina) uygulanan deneylere oranla daha fazladır [4]. Her hammaddeye doğadan çıktığı şekliyle uygulanan ön deneyler vardır [3] İzolatör hammaddelerine uygulanan deneyler Gözle Kontrol: Hammaddenin doğadan çıktığı andaki rengi tespit edilir [4]. Asit Testi: Mamul yapımında kullanılan killerin bir kısmı bünyesinde kalkerli kalsit bulundurabilir. Seramik üretiminde kalsit hammadde olarak

40 21 kullanılmaz. Çünkü gaz çıkışı yapıp gözenek bırakacağından kalker içeren bileşimler bünyenin teknik özelliklerinde olumsuz değişkenliklere neden olur. Bunun için kireç ve kalsiyum karbonat yapıda var olup olmadığının bilinmesi gerekir. Hammadde üzerine HCl (hidroklorik asit) damlatılır. Hammaddede köpürme oluyorsa bu kalsiyum karbonatın varlığını gösterir [16]. Rutubet Kontrolü: Hammaddelerin rutubet oranını bilmek, hem tartarken hem de optimal su oranında gerekli ayarlamayı yaparak killerin orijinal durumunda kullanılması yönünden önem taşımaktadır. Bilhassa şekillendirmede seramik hammaddelerin nem oranını kontrol etmek çok önemlidir. Bir miktar numune alınıp tartılır. Daha sonra etüvde sabit tartıma gelinceye kadar kurutulur. Tekrar tartımı alınır. Elde edilen tartım sonuçları yardımı ile % rutubet miktarı hesabı yapılır [16]. % Rutubet (3.1) Pişme Sonrası Renk ve Bünye Kontrolü: Bütün hammaddelerden alınan örneklerin daha verimli sonuç vermesi bakımından en uygunu üretimin yapıldığı fırında, aynı fırın atmosferinde ve sıcaklığında pişirilerek pişme rengi kontrolü yapılır. Kil; bej ve gri renklerde, kaolen ise beyaz ya da kremsarı renklerdedir [16]. Litre Ağırlığı: Bir litre hacmindeki süspansiyonun ağırlığına litre ağırlığı denir. Bu ağırlık piknometre ile ölçülür. Piknometre içine süspansiyon konulur. Kapağı kapatılır. Kapaktaki delik olan kısımdan fazla kısım dışarı çıkar. Fazla süspansiyon silinir ve piknometrenin tartımı alınır. Piknometre hacmi genelde 100 cc. dir [16]. Yoğunluk = (net tartım) (piknometrenin darası) x 10 (3.2)

41 22 Tane Boyut Dağılımı: Ham killer incelenirken; tane büyüklüğüne göre ayrımı ve tespiti ana mineral tiplerinin ayrımında oldukça yardımcı olur. En ince tane büyüklüğüyle ilgili bilgi, aktif kolloid kil hakkında bilgi verir. Tane büyüklüğü, katı faz reaksiyonlarında oldukça etkisi olup iri taneli olunca daha büyük yüzey alanı olmakta, reaksiyon daha hızlı olmakta ve buna benzer katı sıvı reaksiyonlarında etkisi vardır. Bu nedenlerle, yüzey alanı ile bilgi çok önemlidir [3]. Seramik sanayinde kullanılan parçacık boyut aralığı nanometre boyutundan santimetre boyutuna kadar değişebilen geniş bir aralığı kapsar. Parçacık boyutunun tanımında genelde parçacık çapı terimi kullanılıyor olmasına rağmen hiçbir parçacığın gerçek anlamda küresel olmaması bu terimle ne ifade edilmek gerektiğini açıklamayı gerektirir. Uygulamada en fazla kabul gören tanımlama eşdeğer küresel çap olup bu da parçacığın en uzun boyutunu küre kabul eden tasarımsal küresel parçacık çapıdır. Parçacık boyut analizinde kullanılan yöntemler boyut dağılım aralığına göre farklı olup en çok kullanılan klasik yöntem elek analizidir. Elek Analizi: Seramik hammaddelerinin tane boyutlarının dağılımı oranlarının tespiti için yapılan bir işlemdir. Plastik olmayan hammaddelerin tane iriliğinin belirlenmesinde kuru elek analizi, plastik olan hammaddelerin tane iriliklerin belirlenmesinde yaş elek analizi yapılır. Tane boyutuna göre ayırım yapmak ana mineral tiplerinin ayırımında oldukça yardımcı olur. Ön kırma ve ufalama işlemlerinden geçen kuru hammaddeden 100 g alınır. Yaklaşık 450 ml su ile pervaneli açıcıda açılır. Bu işlem sonunda hazırlanan hammadde titreşimli elek aygıtından bol su ile süzülür. Elek analizi için kullanılan elekler, üst üste sıralanırlar ve yukarıdan aşağıya doğru 90 ve 63 mikronluk elekler seçilir. Süzme işleminin sürdürülmesi sırasında titreşimli

42 23 elek aygıtına üstten sürekli su verilerek belli bir titreşim altında, aygıtın en altındaki elekten berrak su gelinceye kadar çalışması sağlanır. Her bir elek üzerinde biriken kalıntılar, aygıt durdurulduktan sonra önceden tartımı yapılmış olan özel cam kaplara alınır, bu kaplar etüvde sabit tartıma gelene kadar kurutulur, İkinci dolu tartım ile birinci boş tartım arasındaki fark doğrudan % olarak her elek üzerinde kalan kalıntının miktarını gösterir [3]. Dilatometre Deneyi: Dilatometre aygıtı ile malzemenin sıcaklık genleşmesi ve küçülmesi ölçülür. Dilatometre denemesi yapılacak olan kil deneyi şu şekilde yapılır: Harmanlanması ve ön ufalaması yapılmış kilden bir miktar alınarak su dolu bir kap içinde en az 2 saat bekletilir. Sonra plastik şekle getirilerek öngörülen kilden bir plaka şekillendirilip bu plakadan yaklaşık 60 mm boyunda, kurşun kalem kalınlığında parçalar kesilir. En çok 40 C de kurutulan çubuklar, 50 mm uzunluğuna gelinceye kadar özenle rötuşlanır. Dilatometre fırınının dakikada 10 C bir hızla ısıtılmasıyla, deney çubuğunun gösterdiği reaksiyonlar, elektronik devreler ile düzenlenen bir sistemle yazıcıya aktarılır. Bu yazıcıda hammaddenin termik eğrisi ve sıcaklık yükselmesi aynı anda görülür. Elde bulunan her hammaddeye ait test eğrileri ile karşılaştırılan dilatometre eğrilerinden, işletmeye sürekli gelen bir hammaddenin değişikliğe uğrayıp uğramadığı izlenebildiği gibi her bir mineral de ayrı ayrı tanınabilir [4]. Kimyasal Analiz: Seramikte gereksinim duyulan kimyasal analiz inorganik niteliksel ve niceliksel kimyasal analizlerdir. Klasik inorganik analiz yönteminde, birbirini izleyen reaksiyon gruplamaları ve bunların ayrımları yapılır. Bu ayrım yöntemi analitik kimyanın esasını oluşturur. Günümüz modern analiz yöntemleri ve aygıtları ile çabuk, sağlıklı ve güvenilir kimyasal analizler yapılmaktadır [19]. Feldspat ve kuvarsa ise asit deneyi, pişme sonrası renk ve bünye kontrolü deneyi ve rutubet kontrolü deneyi yapılır [16].

43 24 Bu modern analiz tekniklerinden biri de Enrgy Dispersive X-Ray Analizidir (EDX). Bazı yerlerde EDS veya EDAX olarak da adlandırılmaktadır. EDX analizi ile hammadde veya malzemede elementsel ve buna bağlı oksit analizi yapılır. İçerisinde bulunan oksitlerin miktarları % mol cinsinden ve % ağırlık cinsinden belirlenir [3] İzolatör çamur ve sırlarına uygulanan deneyler Çamurun Öğütülmesinin Kontrolü: Değirmenlerden ve filtre presleri besleyen havuzlardan gelen çamurdan günlük numuneler alınarak litre ağırlığı, elek analizi deneyleri yapılır. Farklı bir sonuç karşısında gerekli önlemler alınır [3]. Çamurların Yüzde Nem Kontrolü: Vakum preslerden çıkmış olan yaş çamur ve kurutma odalarından gelen kuru çamurun yüzde nem oranı günlük olarak ölçülür. Kuru çamurun yüzde nem oranını ölçmek için hassas nem ölçme aletinden yararlanılır. Vakum presten gelen çamurlar ise çamur plastik kıvamında ve 110 o C lik etüvde kurutulduktan sonra ayrı ayrı tartımları yapılmış olan yüzde nem oranı hesaplanır [3]. Çamurun Gözenekliliğinin Kontrolü: Sırlı olarak pişirilen numunelere uygulanır. Bu deneye Fuksin deneyi denir. Sırlı olarak fırından çıkan numuneler alkol ve fuksin (organik kırmızı renkli boya) maddesinin içinde 300 atm basınç altında yaklaşık 6 saat bırakılır. Daha sonra basınçlı aletten çıkarılan numuneler kırılarak fuksin maddesinin 1mm den fazla içine geçip geçmediği kontrol edilir. Eğer fuksin numunenin içine geçebildiyse o partide üretilen mallar iptal edilir [4].

44 25 % Yoğrulma Suyu: Plastik bir çamur oluşturulan kilden yoğrulma kıvamında iken mercimek şekline benzeyen iri bir parça şekillendirilir, tartılır ve sabit tartıma gelene kadar kurutulur. Sabit tartımı saptanan kilin yoğrulma suyu şu şekilde hesaplanır [19]: % Yoğrulma Suyu = (3.3) Kuru Küçülme: Sinterlenecek numunelerin, sinterlenmeden önce yapılarındaki nemin yapıdan ayrılması gerekmektedir. Bunun için şekillendirilmiş numunelerin kumpas yardımıyla en ve boy ölçümleri alındıktan sonra 110 C lik etüvde sabit tartıma gelene kadar bekletilir. (2 saat) Kuru hale gelen bünyenin en ve boy uzunlukları tekrar ölçülerek kuru küçülme aşağıdaki formüller ile hesaplanır: (% Boyca Pişme Küçülmesi) S bk = (3.4) l 0 = Kurumadan önce belirlenen noktalar arası mesafe l 1 = Kurumadan sonraki belirlenen noktalar arası mesafe (% Ence Pişme Küçülmesi) S ek = (3.5) b 0 = Kurumadan önce numune eninde belirlenen noktalar arası mesafe b 1 = Kurumadan sonraki numune eninde belirlenen noktalar arası mesafe (Numunedeki % kuruma küçülme oranı) X = (3.6) Kuru küçülme; karışım suyuna, reçetedeki kil mineralinin miktarına ve çeşidine, tane boyutuna ve plastik olmayan kompanentlerin miktarına bağlı

45 26 olarak değişmektedir. Lineer kuru küçülmenin büyük olması deformasyona ve çatlamalara neden olacağından istenmez [3] İzolatörlere sinterleme sonrası uygulanan testler Pişme Rengi Kontrolü: Fırına yerleştirilen numuneler sinterleme sonrasında, renkleri, biçimleri ve yüzeysel farklılıkları kontrol edilir [3]. Pişme Küçülmesi Deneyi: Pişme küçülmesi tayininde, kuru küçülme deneyinde kullanılan, uzunluğu ölçülmüş olan numuneler (l k ) sinterleme sıcaklığında pişirilir. Pişme sonunda tekrar ölçüm alınır (l p ). Alınan sonuca göre tekrar hesaplama yapılır [16]. % Pişme Küçülmesi = 100 (3.7) Mukavemet ve Yalıtkanlık (Dielektrik) Durumu Kontrolü: Pişme mukavemetini kontrol etmek için 30 adet deney çubuğu hazırlanır. Bunların 15 tanesi sırlı, 15 tanesi sırsız olarak pişirilir. Mukavemet aletinde kırılır. Kınlan çubukların tek tek hesaplamaları yapılarak gösterdikleri karakteristik gelişimi grafik olarak doğrulanıncaya kadar mukavemete maksimum ve minimum dayanım eğrileri çizilir. Yalıtkanlık durumunu kontrol etmek için 30 adet oluk şeklinde deney plakası hazırlanır. Mukavemet deneyinde olduğu gibi 15 adet sırlı, 15 adet sırsız olarak pişirilen numunelere yağda delinme deneyi uygulanır. Numunenin yağ içinde ne kadar gerilime dayanabildiğini kontrol etmek için yapılır. Mukavemet deneyinde olduğu gibi çamurun karakteristik gerilimi grafik olarak doğrulanıncaya kadar elektriğe maksimum ve minimum dayanım değerleri ergileri için eğri çizilir [3]. Su Emme, Açık Gözeneklilik ve Yoğunluk Testi: Su emme deneyinde temel amaç, seramik bünye içerisinde sinterleme durumuna bağlı olarak oluşan

46 27 porları tespit etmektir. Yapıda bulunan porlar, seramik bünyenin sinterleme sıcaklığı ve mukavemeti hakkında bilgi verir. Su emmeyi etkileyen faktörler, kilin özlülüğü ve pişme sıcaklığıdır. Özlülük ve pişme sıcaklığı arttıkça kilin su emme yeteneği azalır [4]. İyi sinterlenen bir bünyede gözenek az, iyi sinterlenmemiş bir bünyede fazla gözenek olur. İyi pişmiş bir ürünün sinterlenme derecesine göre gözeneklilik ve mukavemet hakkında bilgi ediniriz. Preslemede eğer bir dengesizlik söz konusu ise pişmiş ürün üzerinde su emme esnasında parçalar arasında su emme farklılıkları görülür. Su emme ile fırın içerisindeki sıcaklık dağılımı tespiti yapılabilir. Uygun olmayan sıcaklık veya anormalliklerde çıkan farklılıkları su emme ile tespit edebiliriz. Fuksin Testi: Sinterlenmiş sırlı veya sırsız numunelere uygulanır. Fuksin ile bünyenin gözeneklilik tayini yapılır. Sinterlenmiş numunelerden alınan küçük parçalar keskin kenar ve köşeleri rötuşlandıktan sonra içerisinde fuksin (organik kırmızı renkli boya) sıvısı bulunan elastik bir kalıp içerisine konularak 300 atm`de yaklaşık 6 saat bekletilir. Daha sonra basınçlı cihazdan çıkarılan numuneler kırılarak fuksin maddesinin 1 mm den fazla içine geçip geçmediği kontrol edilir. Eğer kırmızı renk numunenin içine nüfuz etmişse numune gözenekli demektir [3]. Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) Analizi: SEM ler büyük boyutlu numunelerin yüzeyini veya yüzeyine yakın bölgenin yapısını incelemek için kullanılır. Numunenin kompozisyonu hakkında bilgi verirler. Elektron faz analizi, gerçek ebadı, şekli, por büyüklüğü, şekli ve dağılımı saptanabilir. Örneğin SEM de kaolinit ve montmorillonit tabaka yapısı gösterirken halloysit yaprak veya çubuk şeklindedir. Diğer mikroskobik sistemlere göre SEM in avantajları şunlardır: Odak derinliği yüksektir, örneğin 1000 büyütmede optik mikroskobun odak derinliği 0,1 µm iken elektron mikroskobununki 30 µm dir. Numune hazırlama oldukça kolaydır ve optik mikroskoptan farklı olarak pürüzlü numuneler incelenebilirken TEM den

47 28 farklı olarak da büyük ve kalın numuneler incelenebilir. Numunelerde aranılan koşullar vakumda bozulmamaları ve iletken olmalarıdır. Seramikler iletken olmadıkları için incelemeden önce ince bir iletken film ile kaplanmaları gerekir. SEM de elde edilen görüntü gözle görülenin büyütülmüş hali olduğundan görüntü yorumlaması TEM e göre çok daha kolaydır. Dezavantajları ise şunlardır: TEM in ayırma gücü büyütmelerde 1 0 Α iken bu SEM de büyütmelerde 4 nm dir [3] İzolatörlere uygulanan elektrik deneyleri Gözle Kontrol: Gözle kontrolleri yapılan izolatörlerde, pişme sırasında izolatörün oturduğu kısım dışındaki porselen yüzeylerin kaygan, sert, sırlanmış ve çatlaksız olup olmadığı kontrol edilir. Sırlama hataları 0,5 cm 2 yi geçmemelidir [16]. Yüksek Frekans Deneyi ( KHz): İzolatörler 10 saniye süre ile sönümlü dalga serilerinden meydana gelen frekansı saniyede ile periyot olan bir alternatif gerilime maruz bırakılır. Bu dalga serileri saniyede yaklaşık 100 defa tekrar edilir. Denenen izolatörlerde ark bir noktaya toplanırsa hatalı, bütün yüzeye dağılır ise sağlamdır [3]. Endüstriyel Frekans Deneyi (150 Hz): İzolatörler bas aşağı olarak ve içinde yarı iletken yuvasını örtecek kadar derinlikte su bulunan bir metal kaba yerleştirilir ve gerilim kap ile izolatörün tespit yuvasının hemen hemen tepesine kadar doldurulmuş su arasına uygulanır [4].

48 29 4. BOR Birçok alanda kullanılan bor ve bor bileşikleri, hayatımızda büyük önem taşımaktadırlar. İlk kullanımı binlerce yıl öncesine dayanan borun dünyadaki en büyük rezervi Türkiye'de bulunmaktadır. Bor, yerkabuğunda yaygın olarak bulunan 51. elementtir. Tabiatta hiçbir zaman serbest halde bulunmaz. Doğada yaklaşık 230 çeşit bor minerali olduğu bilinmektedir [24]. Bor türevlerinin en çok kullanıldığı alanların başında tekstil, tarım, deterjan, cam, cam elyafı, kimya ve metalurji sanayi gelmektedir. Bor kullanılarak üretilen malzemeler; zırh, süper iletkenlik, yanmazlık, kirlilik önleyici ve hidrojen depolama özelliği kazanabilmektedir Borun Kimyasal Özellikleri Element bor doğada serbest olarak bulunmaz. Yapay bor ise amorf ve kristal yapıda olmak üzere iki şekilde elde edilebilir. Amorf bor, siyah veya kahverengi toz şeklinde; kristal bor ise siyah, sert ve kırılgandır Rafine Bor Bileşikleri Rafine bor ürünlerinin temel kullanım alanları olarak, cam ve cam elyafı, sabun ve deterjan, seramik, yangın geciktirici gereçler, tarım, nükleer uygulamalar, metalurji, ilaç ve kozmetik, elektronik, bilgisayar sanayi dalları sayılabilir.

49 30 Çizelge 4.1. Rafine Bor Bileşikleri Ürün Adı Formülü B 2 O 3 (%) Boraks penhidrat Na 2 B 4 O 7.5 H 2 O 47,8 Boraks dekahidrat Na 2 B 4 O 7.10 H 2 O 36,5 Susuz boraks Na 2 B 4 O 7 69,3 Borik asit H 3 BO 3 56,5 Susuz borik asit B 2 O 3 100,0 Sodyum perborat NaBO 3.4 H 2 O 22,0 Sodyum metaborat Na 2 B 2 O 4.4 H 2 O 64,2 Sodyum oksiborat Na 2 B 8 O 3 81,8 Bor minerallerinin kullanım alanlarını detaylı ele alacak olursak: Özel cam ürünlerinde, rafine sulu/susuz boraks, borik asit veya kolemanit/boraks gibi doğal haliyle kullanılmaktadır. Borik asit seramik sanayinde, seramiği çizilmeye karşı korumaktadır. Temizlik ve beyazlatma sanayinde, mikrop öldürücü ve su yumuşatıcı etkisi nedeniyle kullanılmaktadır [25]. Bor minerali birçok bitkinin temel besin maddesidir. Bitkilerdeki bor eksikliğini gidermek için susuz boraks ve boraks pentahitrat içeren karışık bir gübre kullanılmaktadır. Metalurji sanayinde, cüruf yapıcı ve metallerde alaşım elamanı olarak kullanılmaktadır. Atom reaktörlerinin kontrol sistemleri ile soğutma havuzlarında ve reaktörlerin alarm ile kapatılmasında bor kullanılmaktadır. Borik asit ve boratlar selülozik maddelere ve ateşe karşı dayanıklılık sağlamaktadır. Bor bileşikleri plastiklerde yanmayı önleyici olarak giderek artan oranda kullanılmaktadır. Araçların soğutma sistemlerinde korozyonu önlemek üzere boraks, antifriz karışımına katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Tekstil sanayinde, nişastalı yapıştırıcıları viskozitelerinin ayarlanmasında, kazeinli yapıştırıcıların çözücülerinde, proteinlerin ayrıştırılmasında yardımcı madde, boru ve tel çekmede akıcılığı sağlayıcı madde, dericilikte kireç çökertici madde olarak boraks kullanılmaktadır. Borik asit üretimi, jet füze yakıtları gibi yaklaşık 400 alanda bor ve türevleri kullanılmaktadır.

50 Türkiye de Borik Asit Üretimi Kolemanitten Borik Asit Üretimi: Borik asit fabrikası Bandırma'da olup 1968 yılında ton/yıl kapasite ile faaliyete geçmiş ve halen ton/yıl kapasite ile faaliyetini sürdürmektedir. Borik asit kolemanit cevherinden (% 43 B 2 O 3 ) kesikli yöntemle üretilmektedir. Çeneli kırıcıda 250 mm den 50 mm ye kırılan cevher çekiçli değirmende 50 mm den 10 mm ye kırıldıktan sonra C de bir döner fırında kalsine edilmektedir. Kolemanit kil mineralleri ile beraber olduğundan süzme işleminde rahatlık sağlaması ve kolemanit kristallerinin patlayarak küçük taneciklere ayrılıp öğütme işlemini azaltması nedeniyle kalsinasyon işlemi yararlı olmaktadır. Alümina silikat bileşimindeki killer (Al 2 O 3.SiO 2.xH 2 O) kalsinasyon sırasında sularını kaybederek plastik özelliklerini yitirirler ve şişmezler, bu şekilde kolloid oluşturmayıp filtreyi tıkamamaktadır. Böylece hazırlanan kolemanit reaktörde buhar ile ısıtılarak ana çözelti H 2 SO 4 ile C de karıştırılmaktadır. Reaksiyon sonucu oluşan alçıtaşı (CaS0 4.2H 2 0) çökelir, borik asit ise çözeltide kalmaktadır. Alçıtaşı (Jips) basınçlı döner filtrelerde ve filtre preslerde süzülür. Süzüntü kristalizörlerde soğutularak borik asit kristallendirilir ve santrifüjlere verilir. Santrifüjlerden alınan H3BO3 kurutucularda kurutulup 50 kg lık veya 1 tonluk torbalara konur, santrifüjden çıkan ana çözelti reaktöre yeniden verilir [26]. Tinkalden Borik Asit Üretimi: Tinkalden sodyum sülfat yan ürünlü borik asit üretimi üzerine TÜBİTAK, Marmara Araştırma Enstitüsü Kimya Bölümünde bir proses geliştirilmiştir [27]. Bu prosesin özelliklerinden biri, reaksiyon sonucu soğutulup 35 C de kristallendirilen borik asidin yıkanarak tekrar santrifüjlenmesiyle (tekrar kristallendirmeye gerek kalmadan) yüksek saflıkta ürün elde edilmesidir. Ana suyun 10 C ye kadar soğutulması ile de, Gemlik Rayon Fabrikasında uygulanan sodyum sülfat üretiminde olduğu gibi önce

51 32 glauber tuzu kristallendirilmektedir. Prosesin diğer bir özelliği de ana suya NaOH veya Na 2 CO 3 eklenerek sodyum sülfatın kristalizasyonu sağlanır. Bu sırada borik asidin çökmemesi için ortamda Na 2 O/B 2 O 3 mol oranım 0.2 yani sodyum pentaborat kompozisyonunda olmalıdır. Böylece borik asit çözeltide tutulmakta ve sadece sodyum sülfat kristallendirilmektedir. Geliştirilen bu prosesin son derece rahat işlediği tespit edilmiştir. Na 2 B 4 O 7.5H 2 O + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 4H 3 BO 3 TÜBİTAK, MAE Kimya Bölümünde diğer bir araştırma konusu da tinkalden elektroliz yoluyla borik asit ve sodyum hidroksit üretimidir [28] Borik Asit Hakkında Genel Bilgi B 2 O 3.3H 2 O kimyasal formülüne sahip borik asit düşük sıcaklıklarda eriyebilen ve bileşimdeki diğer oksitleri etkileyerek eritebilen bir oksittir. Tek başına suda ve asitlerde kolay çözünür [29]. Borik asit doğada mineral halinde bulunabilir. Fakat daha çok çözeltilerde bulunur. Küçük öz biçimli, beyaz ve yağlı parlak görünümlü kristaller şeklinde, doğal olarak amonyum tuzları ve kükürtle birlikte volkan bacalarında ve sıcak su kaynakları etrafında bulunur [25]. Laboratuarda borik asit, bor halojenürlerin hidrolizinden elde edilir. Ticari maksatlı borik asit, boraks çözeltisine klorür veya sülfürik asit ilavesiyle elde edilir. Ticari borik asit % 99,9 saflıktadır. Seramik bünyelerde borik asit ilavesi, sinterleme esnasında camsı faz oluşumunda ve camsı fazın viskozitesinin düşmesi üzerinde etkisi vardır [30]. Borik asit (H 3 BO 3 ), molekül ağırlığı 61,83 g/mol, B 2 O 3 içeriği % 56,3, ergime noktası 169 C, özgül ağırlığı 1,44, oluşum ısısı kj/mol, çözünme ısısı 22,2 kj/mol olan kristal yapılı bir maddedir. Oda sıcaklığında sudaki çözünürlüğü az olmasına rağmen, sıcaklık yükseldikçe çözünürlüğü de önemli ölçüde artmaktadır. Bu nedenle sanayide borik asidi kristallendirmek için genellikle doygun çözeltiyi

52 33 80 C'den 40 C'ye soğutmak yeterli olmaktadır. Bor minerallerinden geniş ölçüde üretilen borik asit başlıca; cam, seramik ve cam yünü sanayinde kullanılmakta olup kullanım alanları çok çeşitlidir. Borik asit, bor minerallerinin genel olarak sülfürik asit ile asitlendirilmesi ile elde edilmektedir. Türkiye'de borik asit üretimi başlıca; Bandırma'daki Etibor A.Ş. Boraks ve Asit Fabrikaları İşletmeleri tarafından yapılmaktadır. Borik asit, ısıya dayanıklı borosilikat camı ve aynı zamanda cam elyafı üretiminde kullanılır. Metalurjide kaynak ve bakırın pirinçle kaplanması için de kullanılır. Ahşap malzemeyi havaya karşı korumada ve kumaşları ateşe dayanıklı hale getirmede kullanılır. Dahilen kullanıldığında borik asit zehirleyicidir. Özellikle çocuklar için çok az miktarı dahi zehirlidir. Borik asit haricen hafif antiseptik olarak kullanılır. Göz damlasında, ağız gargarası ve kozmetikte kullanılır. Yara tozlarının içine de katılabilir. Suların sertliğini gidermekte de faydalıdır Borik Asit İle Yapılan Çalışmalar Borik asit katkısı ile ilgili bazı çalışmalar yapılmıştır. Aşağıda, yapılan çalışmalarda elde edilen sonuçlar verilmiştir: Aydın ve Kara (2012) yapmış olduğu çalışmada iki farklı elektroporselen reçetesine termal ve sinterleme davranışlarının geliştirilmesi amacı ile belli oranlarda borik asit ilavesinin etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlarda, elektroporselen bünyelerde borik asitin alternatif bir ergitici olarak düşük oranlarda kullanım potansiyelinin olduğu ortaya konulmuştur [6]. Cengiz ve Kara (2012) yapmış olduğu çalışmada, endüstriyel tek pişirime göre üretilen duvar karosu bünyelerinde borik asidin (H 3 BO 3 ) düşük miktarlarda kullanılması ile pişirim hızının arttırılması ve/veya tepe sıcaklığının düşürülmesi amaçlanmıştır. Sonuç olarak, borik asidin duvar karosu reçetelerinde düşük oranlarda

53 34 nihai ürün performansını olumsuz yönde etkilemeden belirlenen amaç doğrultusunda kullanım potansiyeli olduğu ortaya konmuştur [7]. Eğri (2003) yapmış olduğu çalışmada ise porselen karo çamuruna, asit borik (H 3 BO 3 ) ilavesi ile kurutma sonrası karonun kuru mukavemetinin artırılması amaçlanmıştır. Elde edilen sonuç % 0,3 asit borik ilavesinin kuru mukavemeti ~ % 30 artırdığı tespit edilmiştir [8]. Ağaoğlu (2006) yapmış olduğu çalışmada, Afyon yöresi Diatomit i ve mermer atıklarına bor (Boraks, Borikasit) katkısının etkileri incelenmiş, bor katkısının sentetik volastonit üretimi üzerine çok fazla etkisinin olmadığı yapılan analizler sonucunda gözlemlenmiştir [29]. Görhan (2012) yaptığı çalışmada, tuğlanın su emme ve porozite değerlerinin düşürülmesi ile daha yoğun bir yapıya kavuşması amacıyla bor oksit ve borik asit katkısı yapılmıştır. Beş farklı karışım hazırlanmıştır. Borik asit ve bor oksit katkısı karışımlara %1 ve % 2 oranlarında eklenmiştir. Örneklerden elde edilen bulgular ve yapılan istatistiksel analizler sonucunda borik asit ve bor oksit katkılarının görünen porozite, görünür yoğunluk ve basınç dayanım değerlerini azalttığı; 900 ve 1000 o C de pişirilen katkılı örneklerde ise yoğunluk ve basınç dayanımı açısından benzer sonuçların ortaya çıktığı gözlenmiştir. Çalışmada, tüm bu bulgular ışığında tuğla üretiminde kullanılacak borik asit ve bor oksit katkılarının % 1 oranında kullanılması durumunda tuğlalardan yakın sonuçlar alınabileceği, eklenen katkı oranlarının biraz daha azaltılmasının faydalı olabileceği düşünülmüştür. Pişirme sıcaklığının arttırıldığı ve katkı oranının % 2 olduğu örneklerde, numune yüzeylerinde çatlaklar oluştuğu gözlenmiş, bu çatlakların örneklerde daha fazla su emme ve açık gözenek oluşumlarına sebep vermesi nedeniyle örneklerde istenilen yoğunluğun ve dayanım değerlerinin elde edilememesine sebep olduğu tespit edilmiştir [9].

54 35 Görhan ve ark. (2008) çalışmasında, borik asit katkılı cephe kaplama tuğla örnekleri farklı sıcaklıklarda pişirilmiş ve pişirme sıcaklığının tuğla özelliklerine yaptığı etkiler araştırılmıştır. Sonuç olarak borik asit katkısı ve pişirme sıcaklığının arttırılmasıyla tuğla örneklerinin su emme ve porozite oranları azalmış, birim hacim ağırlık ve basınç dayanım değerlerinde artış olduğu gözlemlenmiştir. Cephe kaplama tuğlası olarak 1000 o C de pişirilen % 1 ve % 1,5 borik asit katkılı numunelerin uygun fiziksel ve mekanik özelliklere sahip olduğu belirtilmiştir [31]. Evcin ve Şen (2010) yaptığı çalışmada, CaSO 4 içerikli atıkların geleneksel seramik teknolojileri ile şekillendirilip, sinterlenmesiyle yapı sektöründe kullanılabilecek ürünlerin yapılabilirliğinin araştırılması amaçlanmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda boraks katkılı numunelerde istenilen sonuçlara ulaşılamamıştır. Ancak borik asit ve cam kırığı katkılı numunelerin 800, 900 ve 1000 C de sinterlenmesiyle standartların üzerinde değerler elde edilmiş ve başarıya ulaşmış, en yüksek mukavemet 1000 C de borik asit katkılı numunelerde eğmede 85 MPa, basma da ise 215 MPa ile elde edilmiştir. Sıcaklık artışı ile numunelerin % pişme küçülmelerinin hem borik asit katkılı ve hem de cam kırığı katkılı numunelerde arttığı tespit edilmiştir [32]. Demirci (2006) yaptığı çalışmada, polimer elektrolit membran yakıt hücresinde denenmek üzere polistiren bazlı ve borik asit katkılı membran sentezi gerçekleştirilmeye çalışılmış ve sentezlenen membranların özellikleri incelenmiştir. Yapıya katılan borik asit ile belirgin bir şekilde su tutma değerlerinin arttığı gözlenmiş, bu durumun membranlar için olumlu bir sonuç olduğu fakat kırılganlığı artırması nedeniyle borik asitin membranlara en fazla % 30 oranında katılabildiği belirtilmiştir [10]. Kartal ve Gürtekin (2002) yapmış olduğu çalışmada, değişik bor hammaddelerinin sırın erime davranışları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Sonuç olarak o C arasında yapılan pişirimler borik asitli numunelerin borakslı ve kolemanitli

55 36 numunelere göre daha geç eridiğini göstermiş, borik asitli numune 1100 o C de sinterlenerek kenar ve köşeleri düz bir hal almakla birlikte piramit formunu koruduğu tespit edilmiştir [33]. Mutlu ve ark. (2002) hazırladığı çalışmada, otomotiv fren balatalarında temel katkı elemanı olarak kullanılan asbestin çevre kirliliği ve insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkisini ortadan kaldırmak amacıyla asbestsiz fren balatası üretilmek istenmiştir. Birçok endüstri alanında kullanılan bor ürünlerinden borik asit ve boraks, asbeste alternatif malzeme olan cam elyafın üretiminde, ısıl dayanım kazandırmak için borcam üretiminde ve aşınmaya karşı sert yüzey oluşturmak için seramik endüstrisinde kullanılmaktadır. Bu amaçla borik asit ve boraks fren balatası komponenti içerisine katılmıştır. Borakslı, borik asitli ve borik asitsiz üretilen deney numunelerinin teste tabi tutulması sonucu alınan değerler irdelenerek sürtünme katsayısı, aşınma direnci ve belirli yük değerleri altında ısınma özellikleri incelenerek kıyaslama yapılmıştır. Borik asit ve boraksın fren balatası komponenti içerisine katılması durumunda asbestin özelliklerini karşılayan alternatif malzeme olabileceği anlaşılmıştır. Otomotiv fren balatalarında bor türevlerinin kullanılmasının, yeni balataların gelişiminde aşınmaya karşı direnç oluşturduğu, ayrıca bakır tozu ile birlikte borik asit ve boraksın kullanılması durumunda sürtünme katsayısının düzgünleştiği ortaya konmuştur. Borik asit katkılı numunelerin deneylerinden sonra disk üzerinde yapılan zımparalama işlemi sırasında disk üzerinde fenolik reçine ve borik asit reaksiyonlarından kaynaklandığı düşünülen yapışkansı maddenin kaldığı görülmüş, bu durumun disk yüzeyinin camlaşma eğilimini artırdığı tespit edilmiştir [11]. Aydoğan (2006) yapmış olduğu çalışmada, elektronik endüstrisinde entegre devre altlık malzemesi olarak kullanılan anortit seramik malzeme, termik santral uçucu külü ve borik asit kullanılarak toz metalurjisi yöntemleri ile üretilmeye çalışılmıştır. Borik asit katkısının anortit oluşumunu hızlandırdığı, ancak yüksek bor oranının anortit oluşumunu çok fazla etkilemediği tespit edilmiştir. SEM incelemeleri,

56 37 genelde bor katkılı numunelerin katkısıza göre daha uniform bir yapıya sahip olduğunu, ancak borik asit katkısının artmasıyla yapıda kısmi ergimelerin arttığını 1200 o C de hem katkılı hem de katkısız numunelerde ergimenin meydana geldiği ve yapının yüksek oranda camsı faz içerdiğini göstermiştir. Borik asit katkılı ve katkısız numunelerin yoğunluk ölçümleri, yoğunluk ile sıcaklık ve borik asit katkısı arasında kararlı bir değişimin olmadığını göstermiştir [34]. Abalı ve ark. (2009) yapmış oldukları çalışmada, seramik massesine belirli oranlarda borik asit katılarak seramik üretiminde atığa ayrılan vitrifiye kırığının üretimde tekrar değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Kırık ilaveli vitrifiye çamuruna borik asit ilavesinin, sinterleşme sıcaklığını düşürme özelliği ve bağlayıcı özelliği gibi fiziksel etkileri incelenmiştir. Ayrıca borik asitli çamurda vitrifiye kırığı kullanılarak çamurun fiziksel ve kimyasal özellikleri tayin edilmiştir. Referans numuneye % 0,1, % 0,2, % 0,3 ve % 0,4 borik asit ilave edilerek en uygun borik asit miktarının % 0,1 olduğu tespit edilmiştir. % 0,1 Borik asit katkılı masseye, % 2 6 oranlarında toz halinde vitrifiye kırığı ilave edilmiş olup elde edilen numunelerde litre ağırlığı tayini, viskozite tayini, kalınlık alma, kuru küçülme, pişme küçülmesi, toplam küçülme, deformasyon, su emme ve pişme mukavemeti deneyleri yapılmıştır. % 6 vitrifiye kırığı ilaveli numunenin referans değerlerine daha yakın olduğu görülmüştür. Borik asit sinterleşme sıcaklığını düşürür. Fakat borik asit ilavesinin çamuru kestiği gözlemlenmiştir. Ayrıca borik asitli çamurda döküm ve şekillendirmede sorunlar yaşanmakta, bu da deformasyona da sebep olmaktadır. Kırık ilaveli çamurla yapılan işlemlerde üretime zarar verdiği gözlemlenmiş, bu yüzden böyle çalışan seramik işletmelerinde borik asit pek tercih edilmemektedir [35].

57 38 5. MATERYAL VE METOT 5.1. Deneysel Çalışmalar Akış Şeması Geniş bir kullanım alanına sahip seramik grubuna ait olan izolatöre, borun bir türevi olan borik asidin bu çalışmadaki deneysel aşamaları Şekil 5.1 de verilmiştir. Masse, üretimde kullanılacak hammaddelerin belirli oranlarda karışımından oluşan süspansiyondur. Masse + Borik Asit Karışımının Mikser Karıştırıcıda Karıştırılması (4 Saat Karıştırma) Karışım Sonunda Elek Bakiye Kontrolü, Yoğunluk Kontrolü İstenilen Elek Bakiye Değerine Gelen Massenin Karıştırıcıdan Filtre Prese Boşaltılması Filtre Preste Bünyedeki Suyun Uzaklaştırılması Şineke Pres (Kaba şekil verilir) Vakum Pres (Çamurun homojenleşmesi sağlanır) Test İçin Numunelerin Şekillendirilmesi (Mukavemet Çubukları, Küçülme Testi Plakası) Şekillendirilen Ürünlerin Kurutulması Kuruyan Ürünlerin Nem Kontrolü, Kuru Küçülme Ölçülerinin Alınması Numunelerin Sırlanması ve İşletmenin Üretimde Kullandığı Fırınlarda Pişirilmesi (1255 o C de) Teste Giren Ürünler Çıkan Sonuçların Değerlendirilmesi Şekil 5.1. Deneysel çalışmalar akış şeması

58 Deneysel Çalışmalarda Kullanılan Malzemeler Bu çalışmada, massedeki hammaddeler kaolen, kil, kuvars ve potasyum feldspattır. Bu ana masseye Çizelge 5.1 de verilen oranlarda borik asit ilavesi yapılmıştır Deney Numunelerinin Hazırlanmasında Kullanılan Cihazlar Manyetik Karıştırıcı: Borik asidi su ile açmak için Dragon Lab MS-H-S marka manyetik karıştırıcı kullanılmıştır. Fordcup Viskozimetre: Metal huni 100 cm 3 alt tarafı konik üst tarafı silindirik, tabanında 3 mm çapında deliği olan metal kaptır. Akışkanlık kontrolü için kullanılmıştır Rutubet (Nem) Cihazı: Libratest AND MF-50, 0,05 % max 51g, MOISTURE ANALYZER marka nem cihazı kullanılmıştır Tane Boyut Analiz Cihazı: Tane boyut tespiti için Malvern Instruments, Hydro 2000MV, Master Sizer 2000 marka cihaz kullanılmıştır. Mukavemet Cihazı: Kuru ve pişmiş malzemelerin mukavemet testi için Zwick/Roell Z020 marka cihaz kullanılmıştır. Laboratuvar Vakumu: Özcan Makine markalı vakum pres cihazı kullanılmıştır. Etüv: Şekillendirilmiş ürünleri kurutmak için Elektro Mag 6040 P marka cihaz kullanılmıştır.

59 40 Hassas Terazi: Sartorius BL310 marka terazi. Laboratuvar Terazisi: Densi Ufo Tech marka terazi Reçete Hazırlama Kullanılan massenin karışım oranları Çizelge 5.1 de, deneylerde kullanılan reçeteler ise Çizelge 5.2 de verilmiştir. Çizelge 5.1. Kullanılan massenin karışım oranları Hammadde Adı % Oranı K-feldspat + Kuvars 59 Kaolen 16 Kil 25 Çizelge 5.2. Deneylerde kullanılan reçeteler Kullanılan Malzeme Masse (%) Masse + % 0,1 Borik Asit 99,9 Masse + % 0,3 Borik Asit 99,7 Masse + % 1 Borik Asit Numunelerin Hazırlanması Deneysel çalışmalarda standart işletme massesine borik asit ilave edilerek üç farklı reçete denenmiştir (Çizelge 5.2). Elde edilen karışım masseler testlere tabi tutulmuşlardır. Deneysel çalışmalarda kullanılan hammaddeler Ankara Seramik A.Ş. den temin edilmiştir. Testlerin bir kısmı Ankara Seramik A.Ş. Ar-Ge

60 41 Laboratuarında, diğer kısımları ise Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü laboratuarında yapılmıştır Massenin hazırlanması Masse, üretimde kullanılacak hammaddelerin belirli oranlarda karıştırılarak oluşturulan süspansiyona denir. Bu çalışmada, kullanılan üç farklı reçetenin oluşturulması için standart işletme massesine reçetedeki oranlarda hesaplanarak tartım yapılmıştır (Çizelge 5.2). Daha sonra tartılan masse karıştırıcıya doldurulmuştur. Karıştırıcıdaki masseye reçetedeki oranlarda borik asit ilave edilerek homojen bir karışım elde etmek için 4 saat karıştırma işlemine tabi tutulmuştur. Karıştırma işleminden sonra massenin elek bakiye ve yoğunluk testleri yapılmıştır Massenin suyunun uzaklaştırılması Şekillendirme yöntemlerinden plastik şekillendirme yöntemi izolatör üretmek için en uygun şekillendirme yöntemidir. Bu nedenle hazırlanan massenin fazla suyunun atılması ve plastik kıvama getirilebilmesi için filtre presten geçirilmesi gerekir (Resim 5.1). Filtre presten çıkan masse kekleri şineke preslere gönderilir. Şineke presin kullanım amacı ise filtre presten çıkan masse kalıplarını homojen bir şekilde karıştırarak kaba şeklini vermektir. Şineke presten sonra vakum prese gönderilir. Burada massenin havası giderilir ve homojen bir karışım sağlanmış olur [16]. Bu çalışmada laboratuardaki vakum pres aynı zamanda şineke pres görevi de gördüğü için masse numuneleri aynı makineden geçirilmiştir (Resim 5.2). Vakum presten geçirilen masseden kuru küçülme tespiti için eni 5 cm, boyu ise 10 cm olacak şekilde malzeme kesilmiştir.

61 42 Resim 5.1. Massenin suyunu uzaklaştırmak için kullanılan filtre pres Numunelerin şekillendirilmesi Vakum presten çıkan massenin daha homojen olması için 24 saat bekletilmiştir. Uygun bir nem düzeyine ulaşan masse, tekrar laboratuardaki vakum presten geçirilerek belli uzunlukta şekillendirilmiştir (Resim 5.3). Resim 5.2. Şekillendirme için kullanılan vakum pres

62 43 Resim 5.3. Şekillendirme sonrası malzemeler Numunelerin kurutulması Kurutma işlemi sonrasında elde edilen deney numuneleri Resim 5.4 de verilmiştir. Şekillendirilen numuneler mukavemet kazanması ve kuru küçülme tespiti için bir gün etüvde bekletilmiştir. Kuru küçülme tespiti için ayrılan numune, etüvde 15 dk aralıklarla ölçülerek kuru küçülme tespiti yapılmıştır. Resim 5.4. Kurutulmuş malzemeler

63 Numunelerin sinterlenmesi Kurutulmuş numuneler sırlandıktan sonra laboratuar fırınında C sıcaklıkta pişirilmiştir (Resim 5.5). Daha sonra pişirilen numunelere aşağıdaki test ve analizler uygulanmıştır. Resim 5.5. Pişmiş numuneler 5.6. İzolatör Massesine Uygulanan Deneyler 1. Akışkanlık Kontrolü 2. Elek Analizi 3. Litre Ağırlığı Kontrolü ve Katı Madde Miktarı Tespiti 4. Tane Boyut Dağılımı Tespiti 5. Kuru Küçülme Testi 6. Fuksin Deneyi 7. Üç Nokta Eğme Testleri 8. XRD Analizi 9. SEM Analizi

64 Akışkanlık kontrolü Klasik seramik mamul üretiminde ve sır hazırlamada sulu öğütme yapılmaktadır. Verimli bir öğütme için massenin (süspansiyonun) akışkanlığının iyi olması gerekmektedir. Öğütülen massenin bir sonraki prosese taşınabilmesi değişik yöntemlerle olabilir. Akışkanlık deneyi için fordcup adı verilen düzenek kullanılmıştır (Resim 5.6). Katkı yapılmış karışım süspansiyon, hacmi belli olan ve alt çıkış deliği kapatılmış fordcup viskozimetresi içerisine tamamen doldurulur. Daha sonra delik açılır ve kronometre çalıştırılır. Zamana bağlı olarak akış süresi tespiti yapılmış olur. Resim 5.6. Fordcup viskozimetresi Elek analizi Seramik mamülleri üretiminde kullanılan masselerin ürüne göre belirli tane boyutlarına öğütülmesi gerekmektedir. Elektro porselen üretiminde kullanılan

65 46 hammaddelerden feldspatın 45 µm, kuvartzın 63 µm kullanılma gerekliliği bu elek boyutlarında yaş elek analizinin yapılmasını gerektirmektedir. Bu çalışmada elek analizi 45 ve 63 mikronluk eleklerle yapılmıştır (Resim 5.7, Resim 5.8). Karışımdan 5 g alınır ve etüvde kurutulur. Elde edilen değer kuru madde miktarıdır. 100 g karışım her iki elekten de tamamen temiz su akışı görülünceye kadar yıkanmıştır. Daha sonra elek üstünde kalanlar pipet yardımı ile krozeye aktarılır. 100 C lik etüvde numuneler kurutulduktan sonra her eleğin üstünde kalan kuru madde miktarı ayrı ayrı tartılarak bulunur. Sonrasında bu değer 100 ile çarpılıp daha önce tespit edilmiş kuru madde miktarına bölünür. Elek bakiye = 100 (5.1) formülü ile gram cinsinden hesaplanır. Resim 5.7. Numunenin elekten geçirilmesi [36]

66 47 Resim 5.8. Elek üstündeki miktarın alınması [36] Litre ağırlığı kontrolü ve katı madde miktarı tespiti Kil ve kaolenlerden sulu çamur hazırlarken kullanılan su miktarının en anlaşılır şekilde belirlenmesi ve standartlara uygunluğunun kontrolü çamurun litre ağırlığının ölçülmesi ile yapılır [16]. Litre ağırlığı kontrolü, süspansiyondaki katı sıvı oranının indirekt olarak tespit edilmesidir. Bu kontrol için piknometre denilen cihaz kullanılmıştır. Masse, darası alınmış (M 1 ) ve hacmi bilinen (V p ) piknometre cihazının ağzına kadar tamamen doldurulur. Piknometrenin kapağı kapatılarak dışarı taşan kısım temizlenir. Masse ile doldurulmuş piknometrenin ağırlığı tartılır (M 2 ). Daha sonra M 2 - M 1 farkından massenin kendi ağırlığı bulunur. Litre Ağırlığı - (5.2)

67 48 Katı madde miktarı tayini için: % Katı Madde = (M 2 / M 1 ) x 100 (5.3) Formülü ile hesaplanır. Yukarıdaki formülde M 2 : Süspansiyonun kuru ağırlığı; M 1 ise süspansiyondan alınan belirli bir miktarı belirtmektedir Tane boyut dağılımı tespiti Tane boyut dağılımı izolatör hammaddelerinin, sır hammaddelerinin ve bunların süspansiyon halindeki karışımlarının tane boyutlarının dağılımını belirlemek için lazer ışını saçılmasıyla yapılan analizdir. Kullanılan cihaz, Mastersizer 2000 tip cihaz, µm tane büyüklükleri arasında ölçüm yeteneğine sahiptir. Lazer boyut analizi cihazının çalışma teorisi Şekil 5.2 de verilmiştir. Şekil 5.2. Lazer saçınım boyut analiz cihazının çalışma teorisi

68 49 Tane büyüklüğü, katı faz reaksiyonlarında etkili olduğu bilinmekte, ince taneli olunca daha büyük yüzey alanı ile reaksiyon daha hızlı olmakta ve buna benzer katı sıvı reaksiyonlarında etkisi vardır. Tane büyüklüğü aynı zamanda yoğunluğu, mekanik mukavemeti ve poroziteyi etkilemektedir [3]. Bu tespit için Master Sizer 2000 marka cihaz kullanılmıştır. Cihazın su dolu haznesine 1 gram hazırlanan karışımdan damlatılmış daha sonra cihaz otomatik olarak ölçüm yapmıştır. Ayrıca cihaz çıkan sonuçları bilgisayardan rapor halinde sunmaktadır Kuru küçülme testi Kuru küçülme testi, kurutma sırasında kritik rutubet ve büzülme miktarını gösterir. Farklı rutubetlerde büzülme değerlerinin ölçülüp grafiğe geçirilmesiyle elde edilen kuru küçülme eğrisi, küçülmenin durduğu kritik rutubet miktarını verir. Ayrıca kurutmada çatlak, etek dökülmesi oluşturabilecek bölgeleri de belirler. Kuru küçülme testi için eni 5 cm, boyu ise 10 cm olacak şekilde numuneler hazırlanmıştır. Daha sonra hazırlanan bu numunelere etüvde 100 o C sıcaklıkta, 15 dakika aralıklarla eni, boyu ve ağırlığındaki değişimler belirlenmiştir. Daha sonra bu veriler tablo halinde sunulmuştur Fuksin deneyi Fuksin, kimyasal formülü C 20 H 19 N 3 -HCI olan morumsu renkli bir kimyasal bileşiktir. Bu rengi suda çözündüğünde verir. Katı halde iken koyu yeşil renktedir. Bu deneyin amacı malzemenin gözeneklerinin veya mikro çatlaklarının olup olmadığının tespitidir. Deney cihazı en az 30 MPa basınca dayanabilecek bir basınç

69 50 kabı olmalıdır. Deney parçaları olarak, numune kırıkları olmalıdır. Numunelerin sırlı alanı toplam alanının % 25 inden fazla olmamalıdır. Deney parçaları, ya doğrudan basınç kabına ya da metal bir kaba konularak boya çözeltisinin olduğu basınç kabına yerleştirilir. Sisteme MPa cinsinden basınç değeri ile saat (h) cinsinden süre değerinin çarpımı 180 den küçük olmayacak şekilde formüle edilen süreyle en az 15 MPa basınç uygulanmalıdır. Uygun bir süre sonra parçalar cihazdan çıkarılmalı ve su ile yıkandıktan sonra kırılmalıdır. Kırılan bu yüzeylerde boya nüfuzunun olup olmadığı gözle muayene edilmelidir. Bu yüzeylerde hiçbir boya nüfuzu olmamalıdır [4]. Resim 5.9 da deneysel çalışmada kullanılan laboratuardaki fuksin cihazı gözükmektedir. Şekil 5.3 de ise fuksin cihazının çalışma prensibi verilmiştir. Resim 5.9. Fuksin testinin yapıldığı cihaz

70 51 Şekil 5.3. Fuksin cihazının çalışma prensibi [37] Üç nokta eğme testleri İzolatör çamurunun kuru (pişmemiş) ve pişmiş mukavemetlerinin mekanik mukavemet test cihazıyla ölçülmesidir. Mukavemet cihazıyla 3 nokta bükülme mukavemeti (kırılma modülü) ölçülür (Şekil 5.4). Burada L silindir boyu, D silindir çapıdır. Resim 5.10 da deneylerin yapıldığı üç nokta eğme test cihazı görülmektedir.

71 52 L: Mesnetler arası Şekil 5.4. Üç nokta eğme testinin şematik görünümü Kırılma Mukavemeti (σ) 8FL / ΠD 3 (5.4) Resim Testlerde kullanılan üç nokta eğme cihazı

72 XRD analizi Yöntemde prensip olarak numune yüzeyine düşük enerjili X ışınları gönderilerek kristal fazların atom düzlemlerinde geri yansıttıkları ışınların açıları dedektörle tespit edilmektedir. Difraksiyonun oluşması için ışınların aynı fazda olması gerekmektedir. Dalgaboyu λ olan bir X-ışını paralel örgü düzlemleri üzerine düşürüldüğünde düzlemler bu elektromanyetik ışınlar için birbirine çok yakın iki nokta ışık kaynağı gibi hareket ederek girişim olayına neden olurlar. Işınların düzlem üzerine düştüğü θ açısına ve düzlemler arası d uzaklığına göre, düşen ışınlar ya birbirine yok eder ya da kuvvetlendirir. Dalga boyu, uzaklık ve açı arasındaki bağıntı Bragg Kanunu olarak anılır ve aşağıdaki şekilde formüle edilir [38]. λ = 2.d.Sin θ (5.4) Elde edilen en yüksek verimli numunelerin kristal yapısı hakkında bilgi edinmek için X-ışını kırınım desenleri alınır. Cihaz, numunelerin X-ışını desenlerinden okunan 2 θ değerlerine karşılık gelen düzlemler arası mesafeyi Bragg Yasası yardımıyla hesaplamaktadır. Hesaplanan değerler literatürde yer alan değerler ile karşılaştırılıp numunenin kristal yapısı hakkında bilgi edinilir [38]. XRD (X-ışınları kırınımı) analizleri, Bruker marka D8 ADVANCE model XRD cihazı ile yapılmıştır SEM analizi Taramalı Elektron Mikroskobunda (SEM) görüntü, yüksek voltaj ile hızlandırılmış elektronların numune üzerine odaklanması, bu elektron demetinin numune yüzeyinde taratılması sırasında elektron ve numune atomları arasında oluşan çeşitli girişimler sonucunda meydana gelen etkilerin uygun algılayıcılarda toplanması ve sinyal güçlendiricilerinden geçirildikten sonra bir katot ışınları tüpünün ekrana aktarılması

73 54 ile elde edilir. Modern sistemlerde bu algılayıcılardan gelen sinyaller dijital sinyallere çevrilip bilgisayar monitörüne verilmektedir [16]. Bir taramalı elektron mikroskobunda görüntü oluşumu temel olarak; elektron demetinin incelenen örneğin yüzeyi ile yaptığı fiziksel etkileşmelerin (elastik, elastik olmayan çarpışmalar ve diğerleri) sonucunda ortaya çıkan sinyallerin toplanması ve incelenmesi prensibine dayanır. SEM analizi, Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği bölümü laboratuarında yapılmıştır. Numuneler SEM cihazına bağlı EDS de (Enerji dağılımlı x-ışınları analizi) morfolojik ve elementel olarak incelenmiştir (Resim 5.11). Deney numunelerinin SEM incelemelerinin gerçekleştirilebilmeleri için kaplama yapılarak iletkenlik kazandırılmıştır. Bu işlem için Resim 5.12 de görülen Polaron SC7620 Sputter Coater marka cihaz ile numune yüzeylerine kaplama yapılmıştır. Cihazdaki kabin basıncı ~ 10-2 bardır. Numunelerin yüzeyine ~ 15 ma de 90 saniye Au-Pt kaplama yapılmıştır. Resim JOEL JSM-6060LV Taramalı elektron mikroskobu (SEM)

74 Resim Polaron SC7620 sputter coater 55

75 56 6. DENEYSEL SONUÇLAR 6.1. Akışkanlık Kontrolü Katkı yapılmış massenin oranlarına göre akışkanlık kontrol sonuçları aşağıda verilmiştir. Öğütülen massenin homojen bir şekilde dağılması için belirli bir akıcılık göstermesi gerekir. Çizelge 6.1 de görülen tabloda artan katkı oranlarına bağlı akışkanlık sonuçlarında % 0,1 katkı oranındaki numunede elde edilen akış süresi işletme massesiyle yakın olduğu, % 0,3 katkılının akış süresini artırdığı, % 1 katkılının ise işletme massesine çok daha yakın olduğu tespit edilmiştir. Çizelge 6.1. Akışkanlık kontrol sonuçları Borik Asit Katkı (%) Viskozite (s) İşletme masse ,1 31,29 0,3 37, , Elek Analizi Seramik hammaddelerin tane boyut dağılım oranlarını tespit için yapılan bir işlemdir. Plastik olmayan hammaddelerin tane iriliğinin belirlenmesinde kuru elek analizi, plastik olan hammaddelerin tane iriliklerinin belirlenmesinde ise yaş elek analizi yapılır. Bu çalışmada, yaş elek analizi yapılmıştır. Karışım 45 µm ve 63 µm luk eleklerden geçirilerek çıkan sonuçlar Çizelge 6.2 de verilmiştir. Çizelge 6.2 de görüldüğü gibi katkı oranları arttıkça 63 µm luk elek yüzdesi azalmakta, 45 µm luk elek yüzdesi artmaktadır. İşletme massesinde 63 µm luk elek yüzdesi 1 den küçük, 45 µm luk elek yüzdesi ise 2-4 arasındadır. Bu sonuçlar işletme değerleriyle örtüşmektedir.

76 57 Çizelge 6.2. Elek analizi sonuçları Borik Asit Katkı (%) 45 µm (%) 63 µm (%) İşletme masse 2-4 0,3-1 0,1 2,10 0,65 0,3 2,52 0,40 1 2,78 0, Litre Ağırlığı Kontrolü ve Katı Madde Miktarı Tespiti Elektro porselen sanayinde litre ağırlığı değeri g/lt aralığında olması istenir (Çizelge 6.3). Masseye katkı yapılan borik asidin litre ağırlığı ve katı madde miktarı sonuçları verilmiştir (Çizelge 6.4). Burada katkı oranı arttıkça litre ağırlığının düştüğü ve katı madde miktarı da bu değerlere paralel olarak azaldığı görülmektedir. Çizelge 6.3. Litre ağırlığı sonuçları Borik Asit Katkı (%) Yoğunluk (g/lt) İşletme masse , , Çizelge 6.4. Katı madde miktarı sonuçları Borik Asit Katkı (%) Katı Madde Miktarı (%) İşletme masse ,1 46 0,3 44, ,65

77 Tane Boyut Dağılımı Tespiti Şekil 6.1., Şekil 6.2., Şekil 6.3. ve Şekil 6.4 de katkı oranına göre değişen tane boyut dağılımı grafikleri verilmiştir. Çizelge 6.5. de görüldüğü gibi katkı oranı arttıkça tane boyutu dağılımı düşmekte fakat % 0,3 oranında katılan borik asitten sonra tane boyut dağılımı tekrar yükselmektedir. Yapıda düşük tane boyutu istenildiğinden % 0,3 oranındaki katkı oranı idealdir. Katkı oranının artması ile birlikte tane boyutunda artışın olduğu gözlemlenmiştir. Şekil 6.1. % 0,1 Borik asit katkılı massenin tane boyut dağılım sonuçları

78 59 Şekil 6.2. % 0,3 Borik asit katkılı massenin tane boyut dağılımı eğrisi Şekil 6.3. % 1 Borik asit katkılı massenin tane boyut dağılımı eğrisi

79 60 Şekil 6.4. İşletme massenin tane boyut dağılımı eğrisi Çizelge 6.5. Katkılı masse tane boyut dağılım değerleri % 0,1 Borik Asit Katkılı Masse % 0,3 Borik Asit Katkılı Masse % 1 Borik Asit Katkılı Masse İşletme Masse (µm) (µm) (µm) d(0,5) 10,854 9,434 9,804 9,841 d(0,9) 44,377 37,553 39,380 38, Kuru Küçülme Testi Üretimi gerçekleştirilecek numunelerde öncelikli etkilerden birisi numunelerin ilk suyunu kaybetme ve pişme (sinterleme) süresine değin geçen zamanla ilişkilidir. Şekil 6.5. de, yapılan katkı oranına bağlı olarak boyutça kuru küçülme grafikleri verilmiştir. Şekilde de görüldüğü gibi katkı oranı arttıkça kuru küçülme oranında artma gözlemlenmiştir. % 0,1 borik asit katkılı numune 90 dakikada, % 0,3 borik asit

80 61 katkılı numune 105 dakikada, % 1 borik asit katkılı numune 60 dakikada, işletme masse ise 135 dakikada küçülme değerleri sabitlenmiştir. Dikkat çekici nokta, küçülmesi en erken sabitlenen numune % 1 borik asit katkılı numunedir. Ayrıca, işletme kuru küçülme ile katkılı numuneler karşılaştırıldığında ise işletme kuru küçülmesinde kritik rutubet noktaları görülmediği fakat katkılı numunelerde dk aralıklarında kritik rutubet noktaları görülmektedir. Bu kritik noktalarda bünyedeki suyun uzaklaşması hızlı olduğundan numunelerde çatlak, etek dökülmesi gibi hatalar görülebilir. Üretim sürecini doğrudan etkileyen ilk kurutma işlem zamanı birim numune noktasında değerlendirildiğinde hem enerji hem de zaman açısından önemli kazanımlar sağlayacaktır. Ancak tüm bu etkileri pişme öncesi numune mukavemeti açısından değerlendirmek daha doğru olacaktır. Şekil 6.6 da ise borik asit katkılı massenin rutubet eğrisi verilmiştir. Burada da görüldüğü gibi borik asit katkılı numunelerde ilk su kaybı hızlı ve hemen hemen aynı oranlarda gerçekleşmiştir. Şekil 6.5. Borik asit katkılı massenin boyutça küçülme eğrisi

81 62 Şekil 6.6. Borik asit katkılı massenin rutubet eğrisi Borik asit katkılı numunelerde su kaybı tamamlanırken işletme massesinde ise 5 (beş) saat sonra bile kayıp devam etmektedir (Resim 6.6). İşletme massesinde ise 8 saat sonra bile kayıp devam etmektedir Fuksin Deneyi Bu testte fuksin çözeltisi içersine atılan numuneler, 400 bar basınçta 4 saat bekletilmiştir. Bu süre sonunda çıkan numuneler çekiçle kırılarak bünyenin içerisine morumsu boyanın girip girmediğine bakılmıştır (Resim 6.1). Bu teste tabi tutulan numunelerin hiçbirinde sıvının bünyeye girdiği görülmemiştir. Dolayısıyla gözenekliliğin veya herhangi bir mikro çatlağın olmadığı söylenebilir. Kurutma ve pişirme işlemleri sırasında meydana gelebilecek gözeneklilik ve mikro çatlakların oluşumu oldukça önemlidir. İşletme masseyle yapılan fuksin testlerinde de bünye içerisine herhangi bir sızmanın olmadığı bilinmektedir. Borik asit katkılı numunelerde de Resim 6.1 de görüldüğü gibi herhangi bir nüfuziyet olmamıştır.

82 63 Resim 6.1. Fuksin deneyi sonrası numuneler 6.7. Üç Nokta Eğme Testleri Üretilen ürünlerin mukavemet değerinin belirlenmesi amacıyla yapılan bu testte elde edilen kuru mukavemet sonuçlarına baktığımızda işletme masseye yapılan borik asit katkı miktarı arttıkça mukavemetin % 0,3 e kadar arttığı, % 0,3 den sonra mukavemetin azalma eğiliminde olduğu tespit edilmiştir (Çizelge 6.6). Ancak bu azalma işletme massesi baz alındığında ciddi bir artışın sonunda gelen bir azalmadır. Şekil 6.7 deki kuru mukavemet grafiği incelendiğinde işletme massesine oranla borik asit katkılı numunelerde eğilme mukavemeti değerlerinin arttığı görülmektedir. Kuru mukavemetin yüksek olması şekillendirilmiş ürünün taşınması esnasında maruz kalabileceği şekilsel deformasyonları en aza indirmede fayda sağlayacaktır.

83 64 Çizelge 6.6. Kuru mukavemet sonuçları Ölçüm İşletme Masse (kg/cm 2 ) % 0,1 Borik Asit Katkılı Masse (kg/cm 2 ) % 0,3 Borik Asit Katkılı Masse (kg/cm 2 ) % 1 Borik Asit Katkılı Masse (kg/cm 2 ) 1 25,87 31,38 44,26 40, ,88 33,96 38,15 34, ,89 31,6 41,96 42, ,9 36,41 38,23 44, ,91 37,26 43,24 43,47 Ortalama 26,28 34,12 41,17 40,97 Eğilme Mukavemeti kg/cm Numune sayısı İşletme %0,1 Borik + İşletme % 0,3 Borik + İşletme % 1 Borik Asit + İşletme Şekil 6.7. Kuru mukavemet grafikleri

84 65 Çizelge 6.7. Pişme mukavemet sonuçları Ölçüm İşletme Masse (kg/cm 2 ) % 0,1 Borik Asit Katkılı Masse (kg/cm 2 ) % 0,3 Borik Asit Katkılı Masse (kg/cm 2 ) % 1 Borik Asit Katkılı Masse (kg/cm 2 ) 1 904,48 906,76 962,96 983, , ,79 975,83 959, ,25 985,67 918, , , , , , ,42 974, , ,68 867,54 885,3 1033, ,18 956,88 987, , ,96 920,64 936,84 986,98 Ortalama 941,39 953,41 956, ,09 Çizelge 6.7 de ise pişme mukavemet sonuçlarına baktığımızda işletme masseye yapılan katkı miktarı arttıkça mukavemet değerinin de arttığı görülmüştür. Bu artışın sebebini, pişme sonrası massenin içerisindeki alümina ve kuvarsın bir bağ oluşturarak müllite dönüşmesi ve müllitin mukavemete etki etmesiyle açıklayabiliriz. Aynı zamanda literatürde borik asit katkısına bağlı olarak sinterleşme sıcaklığındaki düşüşün etkilerinden bahsedilmektedir [20]. Bu durum göstermektedir ki borik asit gibi sinterleşme sıcaklığında düşüşe neden olan katkı maddeleri bu düşüşle birlikte sinterleşmenin etkisini arttırmakta ve mukavemeti olumlu yönde etkileyici bir rol oynamaktadır.

85 Eğilme Mukavemeti kg/cm işletme 0,1 Borik + İşletme 0.3 Borik + İşletme 1 Borik + İşletme Numune sayısı Şekil 6.8. Pişme mukavemet grafikleri Şekil 6.8 incelendiğinde pişmiş numunelerin mukavemet sonuçlarının ortalaması baz alındığında mukavemet oranının artmakta olduğu, işletme masse ile % 1 katkı oranı karşılaştırıldığında mukavemet değerinde % 7 lik bir artışın olduğu dikkat çekmektedir XRD Analizi Çoklu bileşenlerin pişme süresince olan değişimleri büyük çapta kompozisyona ve pişme koşullarına bağlıdır. Aşağıdaki şekillerde katkı oranlarına göre kuru ve pişmiş masselerin XRD grafikleri verilmiştir. Şekil 6.9 da kuru haldeki katkılı ve katkısız masselerin XRD grafiklerinde kuvars ve mikroklin minerallerinin olduğu görülmekte, Şekil 6.10 da kuvars, müllit ve potasyum bor silikat fazlarının olduğu tespit edilmiştir. Bu fazlardan potasyum bor silikatın reçetedeki K-feldspat ın ve borik asit katkısıyla bir bağ oluşturarak bünyede oluştuğu şeklinde açıklayabiliriz.

86 67 Şekil 6.9. % 0,1 borik asit katkılı masse, % 0,3 borik asit katkılı masse, % 1 borik asit katkılı masse ve işletme massenin kuru XRD grafikleri Şekil % 0,1 borik asit katkılı masse, % 0,3 borik asit katkılı masse, % 1 borik asit katkılı masse ve işletme massenin pişmiş XRD grafikleri. Piştikten sonra borik asit katkısının etkisiyle kuvarsın çözünerek müllit faz miktarında artışa sebep olduğu söylenebilir (Şekil 6.10).

87 68 Şekil % 0,1 borik asit katkılı massenin pişmiş ve kuru XRD grafikleri. Şekil % 0,3 borik asit katkılı massenin pişmiş ve kuru XRD grafikleri. Mikroklin ve sanidin fazlarının K-feldspatın formları olduğu bilinmektedir. Şekil 6.9, Şekil 6.12, Şekil 6.13 ve Şekil 6.14 deki mikroklin ve sanidin fazlarının görülmesinin sebebi bu şekilde ilişkilendirilebilir.

88 69 Şekil % 1 borik asit katkılı massenin pişmiş ve kuru XRD grafikleri Faz değişimlerinin temelini teşkil eden sıcaklık ilişkisi müllite ve diğer fazlara dönüşüm sırasında oluşan yeni fazları belirler. Sıcaklık artışına bağlı olarak oluşan denge fazlarını etkileyen borik asit ilavesinin normal pişme şartlarını düşürdüğü tespit edilmiştir. Şekil İşletme massenin pişmiş ve kuru XRD grafikleri

89 SEM Analizi ve EDS Sonuçları SEM analizi Resim 6.2 de kuru numunelere ait kırık yüzey SEM görüntüleri verilmiştir. İşletme massesi, % 0,1, % 0,3 ve % 1 borik asit katkılı numunelerin kırık yüzeyleri incelendiğinde kurularda beklenilen genel bulk numune ayrılma yüzeyi tavrı belirgin olarak gözükmektedir. Kopma tavrı olarak parçacıkların ham yoğunluktaki genel ayrılma karakteristiği sergilediği gözlemlenirken, Resim 6.3 de görüldüğü gibi bölgesel olarak sinterleme öncesi tam birleşmenin gerçekleşmediği ya da kırılma sırasında ham mukavemetin yetersizliğinden dolayı ayrılan yüzeylerinde olduğu gözlemlenmiştir. Bu genel bir tavır olmamakla birlikte sinterlenmenin ileri safhalarında bu tür problemlerin ortadan kalkması beklenilir.

90 71 Resim 6.2. Kuru numunelerin kırık yüzey SEM görüntüleri; a) İşletme masse c) % 0,3 borik asit katkılı masse b) % 0,1 borik asit katkılı masse d) % 1 borik asit katkılı masse

91 72 Resim 6.3. Kuru numunelerin kırık yüzey SEM görüntüleri; a) İşletme masse c) % 0,3 borik asit katkılı masse b) % 0,1 borik asit katkılı masse d) % 1 borik asit katkılı masse

92 73 Resim 6.4. Pişmiş numunelerin kırık yüzey SEM görüntüleri; a) İşletme masse c) % 0,3 borik asit katkılı masse b) % 0,1 borik asit katkılı masse d) % 1 borik asit katkılı masse

93 74 Resim 6.5. Pişmiş numunelerin kırık yüzey SEM görüntüleri; a) İşletme masse c) % 0,3 borik asit katkılı masse b) % 0,1 borik asit katkılı masse d) % 1 borik asit katkılı masse Aynı numunelere ait 1255 o C de 25 saat (13 saat pişme, 12 saat soğuma) sinterlenmiş numunelerin SEM görüntüleri incelendiğinde seramiklerde beklenilen kırılma şeklinde meydana gelen ayrılmanın belirgin olduğu gözlemlenmiştir. Resim 6.5 incelendiğinde yapıda oluşan SiO 2 birincil ve ikincil müllit fazlarının oluşumunu tamamladığı gözlemlenmiştir. Ayrıca gözenek morfolojisi incelendiğinde tamamen izole gözeneklerin oluşumu sinterlemenin tamamlandığını göstermektedir (Resim 6.6).

94 75 Resim 6.6. % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü Resim 6.7. % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü Resim 6.7 de görüldüğü gibi oluşan müllit (M) fazı matrisin tamamını kaplamıştır. Matris içerisinde keskin köşeli, belirgin fazların SiO 2 (S) olduğu, parçacık şeklinde müllit içerisinde dağılmış olarak görülen daha küçük parçacıkların Al 2 O 3 (A) olduğu tespit edilmiştir.

95 EDS analiz sonuçları Resim 6.9 de, % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsü üzerindeki 1. noktanın EDS analiz sonucuna göre Si ve O ca zengin olan noktasal analiz sonucunda bu fazın SiO 2 olduğu anlaşılmaktadır. Aynı zamanda kaplamadan gelen Au nun pikleri de görülmektedir. SEM üzerindeki 2. noktanın EDS sonuçlarında ise yüksek miktarda Si, Al ve O pikleri tespit edilmiştir. (Resim 6.10). 3. noktanın EDS sonuçlarına bakıldığında, çizgisel metotla yapılan analizde de Resim 6.10 a benzer sonuçlar elde edilmiştir. Pik şiddetlerinin farklılaşması tesadüfî bölgesel farklılaşmaların meydana getirdiği bir sonuçtur (Resim 6.11). Resim 6.8. % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü

96 77 Resim 6.9. % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 1. noktanın EDS analizi Resim % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 2.noktanın EDS analizi

97 78 Resim % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 3.noktanın EDS analizi Resim % 0,1 borik asit katkılı pişmiş massenin element dağılım haritası

98 79 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü EDS analiz sonucunda her ne kadar B elementinin % skalada herhangi bir değeri olmasa da Resim 6.14 incelendiğinde B a ait pikler görülmektedir. EDS analizinde genel problem olan atom numarası küçük elementlere ait pik şiddetlerinin düşüklüğü buradaki borun tespitindeki güçlüğün temel sebebidir. Aynı zamanda ilave edilen miktarın azlığı da buna etki etmektedir. Yapılan tüm noktasal ve alansal EDS analizleri sonuçlarında borun varlığı net bir şekilde tespit edilememiştir. Borun tespiti amacı ile yapılan % 0,1 borik asit katkılı pişmiş masseden alınan element dağılım haritasında borun homojen bir şekilde yapı içerisinde dağıldığı tespit edilmiştir (Resim 6.12). Bu oranın % 1 borik asit katkılı numunelerde daha belirgin olduğu söylenebilir.

99 80 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki genel EDS analizi Resim 6.13 de, % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsünden alınan genel EDS analiz sonuçları Resim 6.14 de verilmiştir. Elde edilen pikler incelendiğinde massemizi oluşturan tüm elementlere ait pikler görülmekle birlikte kaplamadan gelen Au nun da varlığı tespit edilmiştir. Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin kırık yüzey SEM görüntüsü

100 81 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 1. noktanın EDS analizi Analiz sonuçları incelendiğinde SEM görüntüsünde 1. noktada EDS sonuçlarına göre Si ve O ca zengin olduğu anlaşılmaktadır. Bunun yanında az miktarda Al, K olduğu, Au nun da kaplamadan geldiği gözükmektedir (Resim 6.16). SEM üzerindeki 2. noktanın EDS sonuçları da yaklaşık aynıdır (Resim 6.17). Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 2. noktanın EDS analizi

101 82 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 3. noktanın EDS analizi Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 4. noktanın EDS analizi SEM üzerindeki 3. noktanın EDS sonuçlarına göre Si ve O ca zengin olup Al ve K içermektedir (Resim 6.18). SEM üzerindeki 4. noktanın EDS sonuçları 3. noktadaki sonuçlarla yaklaşık aynıdır (Resim 6.19).

102 83 Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 5. noktanın EDS analizi Resim % 1 borik asit katkılı pişmiş massenin SEM görüntüsündeki 6. noktanın EDS analizi SEM üzerindeki 5. noktanın EDS sonucu 6. noktaya göre Si, Al ve K oranları düşüktür (Resim 6.20, 6.21).

103 84 Resim Pişmiş işletme massenin kırık yüzey SEM görüntüsü Resim Pişmiş işletme massenin SEM görüntüsündeki genel EDS analizi Resim 6.22 de, pişmiş işletme massenin SEM görüntüsü üzerindeki EDS analiz sonucuna göre de Si ca zengin olduğu anlaşılmaktadır. Bunun yanında sırasıyla Al, K, Au, Ar ve eser miktarda da Cr bulunduğu gözükmektedir (Resim 6.23). EDS incelemeleri B, Si, Al, Na, K elementleri seçilerek yapılmıştır. Si, ana matris elementidir. Borik asitin yüzdesi çok az miktarda olduğu için düşük bir pik vermiştir.