Türktaciri Sepiyolitinin Farklı Sıcaklıklarda Karbotermal Reaksiyonu ile Üretilen SiC Tozların Karakterizasyonu



Benzer belgeler
Kızılcahamam Diyatomitinin Karbotermal Ġndirgenmesi ile Üretilen SiC Tozların Reaksiyon Sıcaklığına Bağlı Mikroyapı Ġncelenmesi

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Farklı Karıştırma Teknikleri ve Başlangıç Maddelerinden Sentezlenmiş Hidroksiapatit Tozunun Özelliklerinin İncelenmesi

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Sol-jel Prosesleri Ders Notları

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Afyon Kocatepe Üniversitesi Özel Sayı Afyon Kocatepe University FEN BİLİMLERİ DERGİSİ JOURNAL OF SCIENCE

Bor Karbür Üretimi ve Karakterizasyonu

Magnezyum-Yitriyum-Florür Katkı Sistemiyle Silisyum Nitrür Tozlarının Sinterlenmesi

Halil Karakoç a, Hanifi Çinici b,ramazan Çıtak c

DOÇ. DR. FATİH ÇALIŞKAN

KATI HAL REAKSİYONLARI İLE DÜŞÜK SICAKLIKLARDA KORDİYERİT TOZ SENTEZİ. Remzi GÖREN, Cahit AYDIN, Hülya HEPCANLI

NANO KURġUN ÜRETĠMĠ VE KARAKTERĠZASYONU

MİKRODALGA YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

BOR KATKILI HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Yrd. Doç. Dr. Şeniz R. KUŞHAN AKIN EĞİTİM Doktora, Yüksek Lisans, Lisans, İŞ TECRÜBESİ Yrd. Doç. Dr., Bilimsel Programlar Başuzmanı,

Üçlü Sistemler - 1 Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

TERMOKİMYASAL YÜZEY KAPLAMA (BORLAMA)

1/26 KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ

Çorum Yöresi Tuğla Topraklarındaki Çözünebilir Alkali Tuzların Olumsuz Etkilerinin BaCO 3 ve SrCO 3 ile Giderilmesi

ASC (ANDALUZİT, SİLİSYUM KARBÜR) VE AZS (ANDALUZİT, ZİRKON, SİLİSYUM KARBÜR) MALZEMELERİN ALKALİ VE AŞINMA DİRENÇLERİNİN İNCELENMESİ

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MMM 3014

İNTERMETALİK MALZEMELER. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR (DERS NOTLARI-4)

HYDROTERMAL YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

KARBON AEROJEL ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

LDPE/EVOH Harmanlarının Hazırlanması, Karakterizasyonu ve Bazı Özellikleri

Seramik malzemelerin kristal yapıları

TiC-Co Esaslı Çizici Kalem Karakterizasyonu

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

Portland Çimentosu ve Kalsiyum Alüminat Çimentosu Mineral Fazlarının Yapı Kimyasalı Ürünlerinin Performansına Etkileri. Eylül,2017 İstanbul

TUĞLA MASSESİ ÖĞÜTME DURUMUNUN ÜRÜN TEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI

Çift Fazlı Paslanmaz Çeliklerde Yaşlandırma Koşullarının Mikroyapı Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

Monolitik Refrakter Malzemelerde Temel Özelliklerin Detaylandırılması

ANALİZ LİSTESİ. 150*150*150 ebatlarında 7 veya 28 Günlük Kürü Tamamlanmış Küp Beton Numune

ELEKTROLİTİK TOZ ÜRETİM TEKNİKLERİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

KAPLAMA TEKNİKLERİ DERS NOTLARI

ENDÜSTRİYEL HAMMADDELER 9.HAFTA

AYÇİÇEK YAĞI ÜRETİMİ YAN ÜRÜNLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Mineral Katkılar- Metakaolin. Çimento AraĢtırma ve Uygulama Merkezi

KOMPOZİTLER Sakarya Üniversitesi İnşaat Mühendisliği

MMM291 MALZEME BİLİMİ

MEKANOKİMYASAL YÖNTEMLE BOR KARBÜR SENTEZİ VE ALÜMİNYUM MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMEDE KULLANILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ

BARTIN ÜNİVERSİTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MALZEME LABORATUVARI-I DERSİ OKSİTLİ BAKIR CEVHERİNİN LİÇİ DENEYİ DENEYİN AMACI: Uygun

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Fen Bilimleri Dergisi. Geopolimerlerden Mekanokimyasal Aktivasyon ile Silisyum Karbür Tip Nano Parçacıkların Üretilebilirliğinin Araştırılması

CALLİSTER - SERAMİKLER

ORTAM SICAKLIĞI ALTI VEKRİYOJENİK UYGULAMALARI İÇİN ESNEK ENDÜSTRİYEL YALITIM

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/5) Akreditasyon Kapsamı

2/13/2018 MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI

BOR UN ROKET YAKITLARINDA KULLANIMI

Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR. Yanma. Prof.Dr. Abdurrahman BAYRAM

YMN59 YAKIT HÜCRELERİ İÇİN NANO BOYUTTA YİTRİYUM OKSİT STABİLİZE ZrO 2 (YSZ) ELEKTROLİT HAZIRLAMA YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PROGRAMI

3/20/2018. Puzolan malzemelerin sınıflandırılması:

SİLİSYUM ESASLI İNTERMETALİK BİLEŞİKLER

ÇIMENTO VE AGREGALAR KULLANILARAK MATEMATİKSEL MODELLENMESİ. Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

YAPI MALZEMESİ PUZOLANLAR

Türkiye Hazır Beton Birliği İktisadi İşletmesi Deney / Kalibrasyon Laboratuvarı. Deney Listesi

ÇEŞİTLİ METAL BORÜRLERİN MEKANOKİMYASAL SENTEZLEME VE MEKANİK ALAŞIMLAMA YÖNTEMLERİ İLE ÜRETİMİ

Pik (Ham) Demir Üretimi

İki boyutlu (2D) Bal peteği şeklinde kristal kafes. Grafitik malzemelerin temel yapıtaşıdır.

KROM KATKILI ALUMİNANIN ENJEKSİYON KALIPLAMA İLE ŞEKİLLENDİRİLMESİ

DÜŞÜK SICAKLIKTA BERRAK ÇÖZELTİLERDEN MFI TİPİ TOZ ZEOLİT SENTEZİ

MMM 2011 Malzeme Bilgisi

Yrd. Doç. Dr. Şeniz R. KUŞHAN AKIN EĞİTİM Doktora, Yüksek Lisans, Lisans, İŞ TECRÜBESİ Yrd. Doç. Dr., Bilimsel Programlar Başuzmanı,

POLİÜRETAN NANO-KOMPOZİT SENTEZİNDE KULLANILMAK ÜZERE NANO-BÖHMİT ÜRETİMİ VE İŞLEVSELLEŞTİRİLMESİ

TÜRK FİZİK DERNEĞİ 29. ULUSLARARASI FİZİK KONGRESİ

ÇAM KOZALAĞININ PİROLİZİ İLE ELDE EDİLEN KATI ÜRÜNÜN AKTİF KARBON OLARAK DEĞERLENDİRİLMESİ

Kalsiyum Aluminat Çimentosu Esaslı Reaktif Pudra Harçlar (RPM) Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

Bor Nitrür Üretimi Production of Boron Nitride

Karbonmonoksit (CO) Oluşumu

YAPI MALZEMESİ. Romalılar devrinde ise su kireci bulunmuş ve su içi inşaatlarında kullanılmıştır.

Döküm kumu bileşeni olarak kullanılan silis kumunda tane büyüklüklerinin tespiti.

MMM291 MALZEME BİLİMİ

2. MİKRO İNCELEME ( PETROGRAFİK-POLARİZAN MİKROSKOP İNCELEMESİ)

Malzeme Bilimi ve Malzemelerin Sınıflandırılması

BETON* Sıkıştırılabilme Sınıfları

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

PLAZMA TRANSFER ARK YÖNTEMİYLE FeCr/FeCr+C TOZUNUN DÜŞÜK KARBONLU ÇELİK YÜZEYİNE ALAŞIMLANMASI. Serkan ÖZEL, Bülent KURT, İlyas SOMUNKIRAN

NANO MALZEMELER: BETONDA KULLANIMI VE ÖZELLİKLERİ 10/24/2016 1

YAPI MALZEMESİ OLARAK BETON

İngilizce YDS:81,25 (2013) Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl. Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl

Paslanmaz Çelik Sac 310

NANO MALZEMELER: BETONDA KULLANIMI VE ÖZELLİKLERİ

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

CEPHE KAPLAMA MALZEMESİ OLARAK AHŞAPTA ORTAM NEMİNİN ETKİSİ

ÖZGEÇMİŞ. Derece Bölüm/Program Üniversite Ortalama Yıl

Kumaş ve Ferrokrom Elektrofiltre Tozlarından Forsterit-Diopsit Kompoziti Üretimi

ZnS (zincblende) NaCl (sodium chloride) CsCl (cesium chloride)

KİMYASAL BİLEŞİKLER İÇERİK

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Company LOGO. Yüksek neşreden kaplama

ZİRKONYUM TUNGSTAT (ZrW 2 O 8 ) ÖNCÜLLERİNİN ÇÖZ-PEL YÖNTEMİ İLE DÜŞÜK SICAKLIK VE YAŞLANDIRMA SÜRELERİNDE ELDE EDİLMESİ

Main Industrial Production Methods for Hexagonal Boron Nitride Ceramic Powders.

ÇELİK LİFLERİN TAZE BETON ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ EFFECT OF STEEL FIBERS ON FRESH CONCRETE PROPERTIES

KAYNAK KĐTAPLARK. 3.) Yapı Malzemesi (Bekir POSTACIOĞLU) 4.) Yapı Malzemesi Problemleri (Bekir POSTACIOĞLU)

FARKLI İNCELİKLERDEKİ TRAS VE UÇUCU KÜLÜN ÇİMENTO DAYANIMLARINA ETKİSİ

Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ - I

Kil Nedir? Kristal yapıları birbirinden farklı birkaç mineralin oluşturduğu bir karışımın genel ismidir

T.C. AKSARAY ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL VE TEKNOLOJİK UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ (ASÜBTAM)

2015 ÜRÜN KATALOĞU DAHA İYİ KUMLAMA VE YÜZEY İŞLEMLERİ İÇİN.

Transkript:

6th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey Türktaciri Sepiyolitinin Farklı Sıcaklıklarda Karbotermal Reaksiyonu ile Üretilen SiC Tozların Karakterizasyonu C. Bağcı 1, H. Arık 2 1 Bozok Üniversitesi, Yozgat/Türkiye, cengiz.bagci@bozok.edu.tr 2 Gazi Üniversitesi, Ankara/Türkiye, harik@gazi.edu.tr Characterization of SiC Powders Produced by Carbothermal Reduction Reaction at Different Temperature of Türktaciri Sepiolite Abstract In the present study, the brown sepiolite from Türktaciri area, which is west of Ankara-Polatlı was used as a source of silica (SiO 2 ) precursor in the synthesis of silicon carbide (SiC) powders. Enriched brown sepiolite was mixed with carbon black, which is reducing agent, constant C/SiO 2 molar ratio of 4. Mixed powders were subjected to carbothermal-reduction reaction (CRR) process at temperatures of 1450, 1500 and 1550 o C for 1 h. The CRR processes were conducted in atmospherecontrolled tube furnace under argon flow of 5cm 3 /min. Transformation in the powder products after CRR was observed as a function of the reaction temperature. After CRR resultant powder products have been characterized by XRD and SEM to determine the transformation and morphology. The results show that the best SiC transformation occurred at 1550 o C for 1 h, and that the brown sepiolite can be used as an effective mineral precursor for synthesizing of SiC powders. Keywords Carbothermal Reduction, Sepiolite, Silicon Carbide I. GİRİŞ Silisyum karbür kovalent bağlı tipik bir oksit olmayan seramiktir ve iki kristal yapısından biri olan mükemmel özelliklerinden dolayı birçok araştırmacının ilgisini çekmiştir [1,2]. SiC mükemmel refrakterlik, ısıl denge, düşük ve yüksek sıcaklıklarda yüksek mekanik dayanım, iyi oksidasyon ve korozyon dayanımı, yüksek ısıl şok dayanımı, ısıl iletkenlik, düşük termal genleşme katsayısı gibi kullanışlı özellikleri ile uzun süredir tanınmaktadır [3]. Bu özelliklerinin bileşimi silisyum karbürü önemli bir yapısal seramik ve yüksek sıcaklık uygulamalarında potansiyel bir malzeme haline getirmiştir [4-6]. SiC tozlar, silisyum esaslı bileşenlerin ısıl işlemi, silisyum metalinin doğrudan karbonizasyonu, SiO 2 in karbotermal indirgenmesi olmak üzere üç yöntem ile üretilebilmektedirler. [7]. Bu yöntemlerden doğrudan karbonizasyonla yapıda ciddi miktarda dönüşmemiş silika ve safsızlıklar kalabilmektedir. Karbotermal indirgeme reaksiyonu başlangıç malzemelerinin düşük maliyeti ve güvenli uygulama şartları nedeni ile SiC malzemelerin sentezlenmesinde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir [8,9]. SiC ün karbotermal indirgenme reaksiyonu aşağıdaki gibi tanımlanabilir [10]: SiO 2 (k) + 3C (k) SiC (k) + 2CO (g) (1) SiC ün oluşumu aşağıdaki gibi bir dizi reaksiyon sonucu gerçekleşir, [11,12] ; SiO 2 (k) + C (k) SiO (g) + CO (g) (2) 2C (k) + SiO (g) SiC(k) + CO (g) (3) SiO 2 (k) + CO (g) SiO (g) + CO 2 (g) (4) C (k) + CO 2 (g) 2CO (g) (5) Bu reaksiyonlar SiO 2 içeren hammaddelerin kullanımına olanak sağlamasından dolayı birçok araştırmacı silika içeren farklı başlangıç malzemelerini kullanarak SiC üretimini çalışmıştır [7,8,10,11,12]. Bu çalışmada silika kaynağı olarak kullanılan sepiyolit magnezyum hidrosilikatlardan oluşan bir kil minerali olup yarım birim hücre için kimyasal formülü Mg 8 Si 12 O 30 (OH) 4 (OH 2 ) 4 8H 2 O şeklindedir [13]. Sepiyolit ortorombik bir kristal yapıya sahip olup ve olmak üzere iki farklı formda bulunabilmektedir [14]. Sepiyolit yaklaşık 550-700 m 2 /g gibi büyük bir yüzey alanına sahiptir. Renk durumuna göre beyaz, bej ve kahverengi olarak adlandırılan sepiyolitler içerisinde kahverengi sepiyolitin endüstriyel değeri daha fazladır [15,16]. Bu çalışmada yüksek miktarda silika içeren kahverengi sepiyolit kullanılmıştır. Sepiyolit büyük yüzey alanı ve yüksek miktarda silika içeriği nedeniyle indirgeyici bir malzeme ile SiC tozların sentezlenmesinde silika kaynağı olarak kullanılabilir. Bu çalışma ile doğrudan ilgili olarak literatürde çok az çalışma yapılmıştır [17]. Bu çalışmanın amacı araziden doğrudan alınan sepiyolitin zenginleştirilmek suretiyle silika oranını artırmak ve karbon karası ile birlikte farklı sıcaklıklarda karbotermal indirgeyerek 372

Şiddet 12.1 33 Türktaciri Sepiyolitinin Farklı Sıcaklıklarda Karbotermal Reaksiyonu ile Üretilen SiC Tozların Karakterizasyonu SiC tozlar üretmek, sıcaklığa bağlı olarak dönüşümün derecesini ve mikroyapıları incelemektir. Böylece ekonomik başlangıç malzemesi ve sentezleme yöntemi kullanarak da sonuç toz ürünün düşük maliyette üretilmesi hedeflenmiştir. II. DENEYSEL ÇALIŞMALAR sepiyolit, Ankara-Polatlı güneyinde Türktaciri bölgesinden alınmıştır. Araziden doğrudan alınan kahverengi sepiyolitin kimyasal analizi yapıldıktan sonra silika içeriğini artırmak amacıyla hidroklorikasit (HCl) çözeltisi kullanırak zenginleştirilmiştir ve analiz sonuçları Tablo 1 de verilmiştir A. Malzeme Bu çalışmada silika kaynağı olarak kullanılan kahverengi Tablo 1. Sepiyolitin zenginleştirme öncesi ve sonrası kimyasal analizi (% ağıırlık) Sepiyolit SiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 CaO MgO Na 2O K 2O TiO 2 Ateş kaybı Araziden alınan 50.05 1.17 0.49 6.00 25.5 0.05 0.17 0.12 16.86 Zenginleştirilmiş 55.90 1.19 0.66 1.73 24.00 0.04 0.39 0.25 1.52 Zenginleştirme işleminden sonra kahverengi sepiyolitin XRD analizi yapılmıştır. Şekil 1 de verilen araziden alınan sepiyolitin XRD analizi çıktısından sepiyolitin tamamen amorf yapıda ve dolomit içerdiği görülmektedir. Tetrahedral ve oktahedral oksit tabakaların oluşturduğu lif boyunda devam eden kanal boşluklarına sahiptir (Şekil 2a). Şekil 2b deki SEM görüntüsünden ise araziden alınan S sepiyolitin yapısının elyaf benzeri ve yüksek aspekt oranına sahip lifli bir morfolojide olduğu görülmektedir. İndirgeyici olarak kullanılan % 99 saflıkta karbon karası ise Yarımca Petro-Kimya Sanayi A.Ş den temin edilmiştir. Karbon karasının özellikleri Tablo 2 de verilmektedir. Karbotermal indirgeme sırasında koruyucu atmosfer olarak % 99.99 oranında yüksek saflığa sahip olan argon gazı kullanılmıştır. 2.00K S: Sepiyolit D: Dolomit 1.00 2.50 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 2 70.00 Şekil 1. Araziden alınan sepiyolitin XRD analiz çıktısı 373

C.Bağcı, H.Arık a Si-OH grupları b Yapısal blok Tüneller Tetrahedral tabaka Oktahedral tabaka 5µm Şekil 2. Kahverengi sepiyolitin; a-) kristal yapısının şematik görünümü, b-) yüksek büyütmeli SEM görüntüsü (x5000) Tablo 2. Karbon karasının özellikleri Yansıma (%, tolüene ile) Min. 80 Max. - 325 Meş elek üstü (%) Min. - Max. 0.1 Nem (%) Min. - Max. 2.5 Yoğunluk (g/l) Min. 320 Max. 380 Sülfür (%) Min. - Max. 1 B. Deneysel İşlemler Kahverengi sepiyolit zenginleştirilip kimyasal analiz, XRD ve SEM analizleri ile karakterize edildikten sonra Şekil 3 te şematik olarak verilen mekanik alaşımlama atritöründe sepiyoilit/bilye oranı 1/10 olacak şekilde öğütüldü. Gaz girişi Kapak 5µm Şaft Gaz çıkışı Döner mil Kayış Motor Döner tambur Seramik bilyeler Sepiyolit tozu Karbon karası Atritör Su girişi Su çıkışı Öğütücü bilyeler + sepiyolit Şekil.4. Sepiyolit-karbon karasının homojenizasyonu Şekil 3. Mekanik alaşımlama atritörünün şematik görünümü Sepiyolit atritörde öğütüldükten sonra, karbon karası ile beraber Tablo 1 den zenginleştirilmiş sepiyolitin içerdiği SiO 2 yüzdesi dikkate alınarak C/SiO 2 molar oranı 4 olacak şekilde her iki bileşenin ağırlıkları belirlenmiş ve toplam 25 g toz karışım oluşturulmuştur. Karışımın 17.28 gramı sepiyolit, 7.72 gramı ise karbon karası olarak belirlenmiştir. Daha sonra bu karışım iki bileşenin birbiri içerisinde homojenizasyonu amacıyla 200 g seramik bilye ile birlikte döner bir plastik kap içerisinde 5 saat süreyle karıştırılmıştır (Şekil 4). 374 Sepiyolit ve karbon karası bu şekilde homojonize edildikten sonra bu karışımdan 0.5 g toz numune tartılarak (10x20x30) mm boyutlarında grafit bir kayık içerisine konulmuştur. Karbotermal indirgeme reaksiyonunun daha kolay gerçekleşebilmesi için numune ince bir film halinde kayık içerisine yayılarak reaksiyon için hazır hale getirilmiştir. Karbotermal indirgenme reaksiyonları atmosfer kontrollü (ALSER) tüp fırında gerçekleştirilmiştir. Karışım toz numune ile yüklenen kayık tüp fırının merkezine yerleştirilmiştir. Bu şekilde karbotermal indirgeme reaksiyonları 1450 C, 1500 C ve 1550 C sıcaklık parametrelerinde sabit 1 saat süreyle tekrarlanarak toz ürünler elde edilmiştir. Uygulanan bu sıcaklıklarda sentezlenen toz ürünlerin reaksiyon sonrası ağırlıkları hassas bir şekilde alınmıştır. Böylece reaksiyon ağırlık kayıpları belirlenmiştir. Reaksiyon

Şiddet Türktaciri Sepiyolitinin Farklı Sıcaklıklarda Karbotermal Reaksiyonu ile Üretilen SiC Tozların Karakterizasyonu sonrası toz ürünlerdeki olası kalıntı karbonu uzaklaştırmak için numuneler laboratuar tipi bir fırında 800 o C de 2 saat süreyle tutulmuştur. Böylece toz ürünlerdeki kalıntı karbon yakılarak ortamdan uzaklaştırılmıştır. Karbotermal indirgeme reaksiyonları ve karbon yakma sonrası elde edilen tüm ürünlerin XRD ve SEM analizleri yapılarak karakterize edilmiştir. Böylece sonuç malzemesinde sıcaklığa bağlı dönüşüm ve morfoloji belirlenmiştir. III. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Sonuç toz numunelerin öncelikle XRD analizleri yapılarak farklı sıcaklıklarda karbotermal indirgeme reaksiyonları sonrasında ürünlerde reaksiyon sıcaklığına bağlı olarak beklenen dönüşüm ve dönüşümün şiddeti belirlenmiştir. Uygulanan en düşük sıcaklıkta (1450 C) sentezlenen ürünün XRD analiz çıktısı (Şekil 5) araziden doğrudan alınan sepiyolitin XRD analiz çıktısı (Şekil 1) ile karşılaştırıldığında öncelikle dönüşüm piklerinin tamamen farklı olduğu açıkça görülmektedir. Araziden alınan sepiyolitin XRD analiz çıktısında yalnızca amorf yapıya sahip silika (SiO 2 ) ve yaklaşık %10 oranında dolomit mineral fazlar olarak görülmektedir. İndirgenen tozun XRD pikleri kristal yapıya dönüşümü göstermektedir. Bu sonuçlar başlangıç malzemesi olarak kullanılan sepiyolitin amorf yapısının karbotermal indirgeme reaksiyonu sonrasında kristalize olduğunu göstermektedir. XRD çıktısı üzerindeki piklerin tanımlamaları yapıldığında 2 açısının 36º, 60º, ve 72º olduğu durumlardaki şiddetli piklerin ün karakteristik pikleri olduğu görülmektedir [3,4]. K 2 O, Na 2 O ve MgO büyük ölçüde karbotermal indirgeme sırasında ortamdan uzaklaşmaktadır [13]. Diğer taraftan Tablo 1 de zenginleştirilmiş sepiyolitin kimyasal analizinde görülen % 0.66 oranındaki Fe 2 O 3 reaksiyon sırasında elementel Fe haline indirgenerek reksiyon sıcaklığını düşürdüğü de daha önceki çalışmalardan bilinmektedir [8]. Aynı zamanda Fe, SiO (g) oluşumunu teşvik ederek SiC ün sentezlenmesine pozitif katkıda bulunmuştur [11,12]. Sepiyolitin atritör içerisinde öğütülmesi ve sonrasında karbon karası ile beraber plastik bir kap içerisinde karıştırılmasıyla tane boyutu düşürülerek temas yüzey alanları artırılmıştır (Şekil 3 ve Şekil 4). Böylece reaksiyona giren bileşenlere yüksek reaktiflik kazandırılarak reaksiyonun verimi artırılmıştır. Teorik olarak (1) numaralı denklemde C/SiO 2 molar oranı 3 olmasına rağmen deneysel olarak yüksek oranda karbon karası kullanımı reaktantlar arasındaki teması artırarak reaksiyonun hızını artırmaktadır [12]. Bu nedenle bu çalışmada C/SiO 2 molar oranı 4 olarak uygulanmasıyla reaksiyon oranı artırılmış böylece daha fazla ürünün elde edilmesi sağlanmıştır. Tablo 3 de numunelerdeki kalıntı karbon miktarları hesaplandığında teorik kalıntı karbon miktarından düşük olduğu görülmektedir. Tablo 3. Toz numunelerdeki kalıntı karbon miktarının teorik değerlerle karşılaştırılması Karbotermal Karbotermal Teorik kalıntı Gerçek kalıntı reaksiyon süresi (saat) reaksiyon sıcaklığı ( C) karbon (% ağırlık olarak) karbon (% ağırlık olarak) 1 1450 23.2 8.9 1 1500 23.2 22 1 1550 23.2 20 1450 C de sentezlenen toz numunede gerçek kalıntı karbon miktarı düşük görülmektedir. Buradan C/SiO 2 molar oranı yüksek tutulması nedeniyle reaksiyon için gereken karbonun fazlası toz numunelerde karbon yakma işlemi sonrasında bile var olduğu ve alt sıcaklıktaki bu farkın yakma işleminden kaynaklanabileceği düşünülmektedir. 1500 o C ve 1550 o C sıcaklıklarda numunelerdeki kalıntı karbon miktarının teorik değerlere yaklaşmakta olduğu görülmekte ve bu da reaksiyonu verimini ve elde edilen tozun saflığını göstermektedir. Bu sonuçlar XRD analiz sonuçları ile paralellik göstermekte ve XRD çıktıları üzerindeki şiddetli piklerin SiC e dönüşümünü göstermektedir. Aynı zamanda başlangıç malzemesi sepiyolitin yüksek silika içeriği bu dönüşüme olumlu katkıda bulunmuş ve düşük sıcaklıkta (1450 o C) ve sürede bile ün karakteristik pikleri gözlenmiştir (Şekil 5). Üç farklı sıcaklıkta sentezlenen numunelerin XRD çıktıları değerlendirildiğinde reaksiyon sıcaklığındaki artışa paralel olarak pik şiddetleri de artmaktadır. 1500 o C de sentezlenen numunenin XRD çıktısı üzerindeki piklerin tamamı da alt sıcaklık olarak uygulanan 1450 o C de sentezlenen numunenin pikleri ile örtüşmekte, şiddetli piklerin tamamı aynı 2 açılarında (36º, 60º, ve 72º) görülmektedir (Şekil 6). Bu da aynı düzlemlerden yansımaların olduğunu göstermektedir. Üst sıcaklık 1550 o C deki pikler yine aynı düzlemlerden yansımakta ve şiddetlerinin diğer iki sıcaklığa göre en yüksek olduğu görülmektedir (Şekil 7). 2 açısı Şekil 5. 1450 o C de 1 saat karbotermal indirgenen toz numunenin XRD analiz çıktısı 375

Şiddet Şiddet 2 açısı C.Bağcı, H.Arık Şekil 6. 1500 o C de 1 saat karbotermal indirgenen toz numunenin XRD 2 analiz açısı çıktısı eşeksenli mikronaltı boyutlarda partiküller görülmektedir (Şekil 10). SiC reaksiyon sıcaklığı ve süresi, partikül boyutu ve yüzey alanı, başlangıç malzemesindeki impruteler ve yine başlangıç karışımındaki C/SiO 2 molar oranı gibi parametrelere bağlı olarak üretilebilmektedir [1]. Bu çalışmayla ilgili Devecerski ve arkadaşlarının çalışmalarında [17] 1400 o C de farklı C/SiO 2 molar oranı ve karbon kaynakları kullanarak sepiyolitten SiC üretimi gerçekleştirilmiştir. Başlangıç malzemesindeki impruteler ve karbotermal reaksiyon sıcaklığı bu çalışmada β- SiC ün sentezlenmesinde parametre olarak uygulanmıştır. Yüksek karbon oranı aynı zamanda boyun büyümesini önleyerek mikronaltı boyutta partiküllerin üretilmesini sağlamıştır [1]. Sıcaklığın etkisi ise yukarıda açıklanmıştır. İmprutelere gelince Lin ve Chuang ın çalışmalarında olduğu gibi başlangıç malzemesindeki düşük miktarda Fe reaksiyon esnasında kristobalit oluşumunu önleyerek yüksek saflıkta SiC üretimini sağlamaktadır. 2 açısı Şekil 7. 1550 o C de 1 saat karbotermal indirgenen toz numunenin XRD analiz çıktısı XRD analiz sonuçları değerlendirilerek en şiddetli dönüşümün gerçekleştiği 1550 o C de toz ürünün farklı büyütmelerdeki SEM sonuçlarına bakıldığında toz ürünlerin görüntülerinden kahverengi sepiyolitin orjinal lif benzeri yapısının karbotermal reaksiyon sonucu tamamen dönüşüme uğradığı görülmektedir (Şekil 8, 9 ve 10). Şekil 2 deki sepiyolitin orjinal morfolojisinden farklı olarak ün iki farklı morfolojisi görülmektedir. Genelde toz numunenin görüntülerinde eşeksenli partiküller görülmesine rağmen aynı zamanda kısmen fiber yapı da görülmektedir (Şekil 8). Bu fiberler birkaç mikron uzunluğunda ve 0,1-0,2 μm mikron arası çapındadır. Toz numunenin morfolojisi genelde kısa fiberlerden oluşmakta ve geri kalanı ise mikronaltı boyutta eşeksenli partiküllerden oluşmaktadır (Şekil 9). Karbotermal reaksiyon sıcaklığındaki artışla beraber ortalama partikül boyutunun azaldığı bilinmekte ve morfolojide kısa fiberlerden aglomere olmuş eşeksenli partiküllere doğru değişmektedir (Şekil 10). Bu farklılık Li ve arkadaşları tarafından atomların yüksek sıcaklıklarda düzenli bir kristal yapı oluşturabilmek için yeterli enerji bulmalarına bağlanmaktadır [9]. 1550 o C de sentezlenen toz numunelerin yüksek büyütmeli görünümlerinde kısmi aglemerasyonlar görülmesine rağmen genelde aglomeresyonların kırıldığı ve bağımsız, düzenli ve IV. SONUÇ Yüksek saflıkta tozlar ucuz başlangıç malzemesi ve sentezleme metodu kullanılarak mikronaltı boyutlarda üretilebilmişlerdir. Sepiyolitin zenginleştirilerek silika içeriğinin artırılması sentezlenmesine olumlu katkıda bulunmuştur. Silisyum karbür bu çalışmada daha düşük sıcaklıkta ve daha kısa sürede sentezlenmiştir. XRD çıktıları üzerindeki pik şiddetleri sıcaklık artışına paralel olarak artmakta ve 1550 o C de sentezlenen toz numunede en yüksek değerde olduğu görülmektedir. SEM görüntülerindeki partikül morfolojileriden genelde yapının eşeksenli ve mikronaltı partiküllerden oluştuğu görülmektedir. Devecerski ve arkadaşlarının [17] çalışmalarından farklı olarak bu çalışmada reaksiyon sıcaklığı parametre olarak uygulanmıştır. Şekil 8. 1550 o C de 1 saat süreyle karbotermal reaksiyon ile indirgenen toz numunenin SEM görüntüsü (x1000) 376

Türktaciri Sepiyolitinin Farklı Sıcaklıklarda Karbotermal Reaksiyonu ile Üretilen SiC Tozların Karakterizasyonu Şekil 9. 1550 o C de 1 saat süreyle karbotermal reaksiyon ile indirgenen toz numunenin SEM görüntüsü (x2000) 7. Galvagno S., Portofino S., Casciaro G., Casu S., d Aquino L., Martino M., Russo A., Bezzi G., Synthesis of beta silicon carbide powders from biomass gasification residue, J. Mater. Sci. 42: 6878-6886, 2007. 8. Lin Y-J., Chuang C-M., The effects of transition metals on carbothermal synthesis of powder, Ceramic Int. 33: 779-784, 2007. 9. Li K., Wei J., Li H., Wang C., and Jiao G., Silicon assistant carbothermal reduction for SiC powders, J. of Univ. of Sci. and Tech Beijing. 15: 484-488, 2008. 10. Lin Y-J., Tsang C-P., The effects of starting precursors on the carbothermal synthesis of SiC powders, Ceramic Int. 29: 69-75, 2003. 11. Devecerski A., Posarac M., Egelja A., Radosavljevic-Mihajlovic A., Boskovic S., Logar M., Matovic B. J., Fabrication of SiC by carbothermal-reduction reactions of mountain leather asbestos, Alloys and Comp. 464: 270-276, 2008. 12. Matovic B., Sponjic A., Devecerski A., Miljkovic M., Fabrication of SiC by carbothermal-reduction reactions of diatomaceous earth, J. Mater. Sci. 42: 5448-5451, 2007. 13. Arık H., Synthesis of Si3N4 by the carbo-thermal reduction and nitridation of diatomite, J. Euro. Ceram. Soc. 23: 2005-2014, 2003. 14. Aruntaş H. Y., Albayrak M., Saka., H. A. Tokyay, M., Investigation of Diatomite Properties from Ankara-Kızılcahamam and Çankırı- Çerkeş region, Tr. J. of Engeenering & Environmental Sci. 22: 337-343, 1998. 15. Arık H., Kadir S., Aruntaş H.Y., Determination of characteristic properties and temperature dependant phase transformations Ankara- Kızılcahamam Diatomites, J. of the Institute of Science and Technology of Gazi University. 15: 103-114, 2002. 16. Arık H., Sarıtaş S., Gündüz M., Production of Si 3N 4 by carbothermal reduction and nitridation of sepiolite J. Mater. Sci. 34: 835-842 1999. 17. Devecerski A., Radosavljevic-Mihajlovic A., Egelja A., Posarac M. and Matovic B., Fabrication of SiC by carbothermal-reduction reactions of sepiolite Materials Science Forum, 555, 261-265 (2007). Şekil 10. 1550 o C de 1 saat süreyle karbotermal reaksiyon ile indirgenen toz numunenin SEM görüntüsü (x3000) Ayrıca zenginleştirilmiş sepiyolitteki demir oksit reaksiyon sırasında element haline indirgenerek ve kristobalit oluşumunu engellemiş yüksek saflıkta SiC oluşumunu teşvik etmiştir. KAYNAKLAR 1. Ebadzadeh T., Marzban-Rad E., Microwave hybrid synthesis of silicon carbide nanopowders, Materials Charac. 60: 69-72, 2009. 2. Liu Y-g., Zhang L-f., Yan Q-z., Mao X-d., Freng Q., Ge C-c., Preparation of by combistion synthesis in a large-scale reactor, J. of Univ. of Sci. and Tech Beijing. 16: 322-326, 2009. 3. Shen X-N., Zheng Y., Zhan Y-Y., Cai G-H., Xiao Y-H., Synthesis of porous SiC and application in the CO oxidation reaction, Mater.Lett. 61: 4766-4768, 2007. 4. Yang Y., Lin Z-M.. Li J-T., Synthesis of SiC by silicon and carbon combustion in air, J. Euro. Ceram. Soc. 29: 175-180, 2009. 5. Dhage S., Lee H-G., Hassan M.S., Akhtar M.S., Kim C-Y., Shon J.M., Kim K-J., Shin H-S., Yang O-B., Fabrication of SiC nanowhiskers by carbothermic reduction of silica with activated carbon, Mater.Lett. 63: 174-176, 2009. 6. Zhu S., Ding S., Xi H., Wang R., Low-temperature fabrication of porous SiC ceramics by preceramic polymer reaction bonding, Mater.Lett. 59: 595-597, 2005. 377