MİKRO-GÖZENEKLİ SİLİKA SERAMİKLERİN FARKLI POLİMORFİK YAPILARDA ÜRETİMİ VE ISIL ŞOK DİRENÇLERİNİN ARAŞTIRILMASI Osman ŞAN 1, Muhterem KOÇ ÖZ



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

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

HYDROTERMAL YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

METAL MATRİSLİ KOMPOZİT ÜRETİMİ İÇİN SiC İÇERİKLİ ÖN ŞEKİL ÜRETİMİ

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

Alümina, Zirkonya ve Alümina-Zirkonya Kompozit Malzeme Üretimi, Karakterizasyonu ve Etkin Difüzyon Sabitinin Bulunması

GRANÜL BOYUT DAĞILIMININ GRANİT KARO ÜRÜN ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ. Z.Bayer 1,3, N.Ay 1, N.Erginel 2

MİKRODALGA YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

Farklı Karıştırma Teknikleri ve Başlangıç Maddelerinden Sentezlenmiş Hidroksiapatit Tozunun Özelliklerinin İncelenmesi

T.C. ADANA BİLİM VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ NUMUNE HAZIRLAMA LABORATUVARI

Bor Karbür Üretimi ve Karakterizasyonu

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

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

Danışman: Yard. Doç. Dr. Metin Özgül

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

Mert KILINÇ, Göknur BAYRAM. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 06531, ANKARA ÖZET

Kompozit Malzemeler Metal Matrisli Kompozitler

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

ÖZGEÇMİŞ. Derece Bölüm/Program Üniversite Ortalama Yıl

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PROGRAMI

SiC İÇEREN TUĞLALARA ALTERNATİF BİR ÜRÜN OLARAK YÜKSEK ALKALİ VE AŞINMA DİRENCİNE SAHİP HAZAL T2AR TUĞLASININ AR-GE SÜRECİ VE TEKNİK ÖZELLİKLERİ

2. KLİNKER HAMMADDELERİ

DÜŞÜK SICAKLIKTA BERRAK ÇÖZELTİLERDEN MFI TİPİ TOZ ZEOLİT SENTEZİ

FARKLI BAĞLAYICILARIN KALSİYUM ALÜMİNAT ÇİMENTOSU ESASLI HARÇLAR ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ. Prof. Dr. İsmail Özgür YAMAN

KROM KATKILI ALUMİNANIN ENJEKSİYON KALIPLAMA İLE ŞEKİLLENDİRİLMESİ

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Halil Karakoç a, Hanifi Çinici b,ramazan Çıtak c

BOR KATKILI HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ/MADEN MÜHENDİSLİĞİ (DR)Cevher Hazırlama

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Farin İlavesinin Çini Bünye Özelliklerine Etkisi

NiO / YSZ (YİTRİYA İLE KARARLI HALE GETİRİLMİŞ ZİRKONYA) SERAMİKLERİN KIRILMA TOKLUĞUNA MİKRO YAPININ ETKİSİ

Sayı 31, Ağustos 2013 ISSN GELENEKSEL MULLİT/ZİRKONYA KOMPOZİT SENTEZİNE KOLEMANİT VE TİNKAL İN ETKİSİ

KÜKÜRT DİOKSİT GAZI İLE ÜLEKSİT TEN BORİK ASİT ÜRETİMİ

Alüminyum Köpük Üretiminde Ön Sinterleme ve Köpürtme Sıcaklığının Etkisi

ÖZET ABSTRACT. and SiO 2

MBM 304 Kristal Kimyası 10. Hafta Dr. Sedat ALKOY

FARKLI İNCELİKLERDEKİ TRAS VE UÇUCU KÜLÜN ÇİMENTO DAYANIMLARINA ETKİSİ

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

SOL-JEL YÖNTEMİYLE ALÜMİNA-ZİRKONYA-SİLİKA (AZS) KOMPOZİT MALZEME ÜRETİMİ

FARKLI MİNERAL YAPIYA SAHİP KALSİYUM FOSFAT TOZLARININ SİNTERLENME ÖZELLİKLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

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

Kumaş ve Ferrokrom Elektrofiltre Tozlarından Forsterit-Diopsit Kompoziti Üretimi

Cam Tozunun Tuğla Yapımında Kullanılabilme Olanaklarının Đncelenmesi. Investigation of the Possibilities of the Glass Powder Used In Brick Production

GENLEŞTİRİLMİŞ KİL AGREGASI ÜRETİMİ EXPANDED CLAY AGGREGATE PRODUCTION

ADANA BİLİM VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ MADEN VE CEVHER HAZIRLAMA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ CEVHER VE KÖMÜR HAZIRLAMA LABORATUVARI CİHAZ KATALOĞU

Magnezyum-Yitriyum-Florür Katkı Sistemiyle Silisyum Nitrür Tozlarının Sinterlenmesi

Kağıt Atıklarından Gözenekli Malzemelerin Üretimi

3. HAFTA DERS NOTLARI

MMM291 MALZEME BİLİMİ

TUĞLA MASSESİ ÖĞÜTME DURUMUNUN ÜRÜN TEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI

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

Fe-Cr SİYAH SERAMİK PİGMENT ÜRETİMİNDE FERROKROM KULLANIMI

7 10 Deney No. Yrd. Doç. Dr. Ayşe KALEMTAŞ

Çimento Klinker Fazları ve Öğütme Parametreleri Arasındaki İlişkiler

Kalsiyum Aluminat Çimentolu Sistemlerin Mikroyapısı

TiO 2 KATKILI ALUMİNA ÜRETİMİ-ENJEKSİYON KALIPLAMA

Etrenjit Oluşum Koşullarının Üçlü Sistem Performansına Etkisi

EAG 04. KCl ÇÖZELTİSİNİN METASTABİL BÖLGE GENİŞLİĞİNİN KNO 3 KATKISI VARLIĞINDA ULTRASONİK SENSÖRLE ÖLÇÜLEBİLİRLİLİĞİNİN İNCELENMESİ

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

Çimento Bağlayıcılı Kompozitlerde Nano Mineral Katkı Kullanımının Fiziksel ve Kimyasal Etkileri

ALUMİNA DESTEKLİ MFI TİPİ ZEOLİT MEMBRANLARIN TEK GAZ GEÇİRGENLİK ÖLÇÜMÜYLE KARAKTERİZASYONU

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

Camlaşma Kabiliyeti; 2. HAFTA

OPTİK MALZEMELER ARAŞTIRMA GRUBU. Metal Oksit Nano Parçacıkların 3. dereceden Doğrusal Olmayan Optik Özellikleri. Tuğçe YİĞİT

KOLEMANİT FLOTASYON KONSANTRELERİNİN BRİKETLEME YOLUYLE AGLOMERASYONU. M.Hayri ERTEN. Orta Doğu Teknik Üniversitesi

NANO KURġUN ÜRETĠMĠ VE KARAKTERĠZASYONU

THE PRODUCTION OF THE MICRO SILICA MONOLITHIC MATERIAL. Bahri ÖTEYAKA*, Bülent YILMAZ**, Ali UÇAR*, İskender IŞIK**, Ahmet AYDIN *

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY.

KARBON AEROJEL ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

TOZ MALZEME TEKNOLOJİSİ-10. Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu

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

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. The Effect of PbO Additive to Grain Growth Kinetics of TiO 2 -BaO Based Ceramics

Silisyum Karbür Esaslı Seramik Köpük Filtre Üretimi

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

İÇME SUYU ARITMA TESİSİ ALÜM ÇAMURUNUN PUZOLANİK MALZEME OLARAK KULLANIMI ÜZERİNE BİR ARAŞTIRMA

TANE İNCELİĞİNİN TRASLI ÇİMENTO ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ

Çimento Fazları ve Etkileri

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Characterization of Green Epoxy Matrix Composites Filled with Ceramic Wastes

UFALANMA FARKLILIĞINDAN YARARLANILARAK YOZGAT AYRIDAM LİNYİTİNİN ZENGİNLEŞTİRİLEBİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 6 Sayı: 2 s Mayıs 2004

GÖZENEKLİ ZİRKON ÜRETİMİ (SLİP DÖKÜM)

ELEKTROLİTİK TOZ ÜRETİM TEKNİKLERİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

Tuğla Kırıklarının Tuğla Üretiminde Kullanımı

Yüksek Performanslı betonlar

Termal analiz esasları;

Bor Nitrür Üretimi Production of Boron Nitride

TiC-Co Esaslı Çizici Kalem Karakterizasyonu

1. YARIYIL / SEMESTER 1

ÖZGEÇMİŞ ve ESERLER LİSTESİ

4 Deney. Yrd. Doç. Dr. Ayşe KALEMTAŞ Araş. Gör. Taha Yasin EKEN

Toz Metalurjik Malzemeler. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

ÖZGEÇMİŞ. Derece Alan Üniversite Yıl. Yüksek Lisans-Tezli İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ/MAKİNE FAKÜLTESİ 1969

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

El Freni Spiral Bağlantı Sacının Bükme Kalıbınında Üretilmesinin Teorik ve Uygulamalı İncelenmes (Hand Brake Spiral Mounting Plate)

Tane Boyutunun Sinterlenmiş Kil Esaslı Geopolimer Malzeme Özelliklerine Etkisi

Demirci (Manisa) Kyanit Cevherinin Zenginleştirilmesi ve Seramik Üretiminde Kullanımı

Mikroemülsiyon Sistem Parametrelerinin Nano Boyutta TiO 2 Üretimine Etkileri

Diatomit Katkılı Çini Karo Bünye Üretimi

Transkript:

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ BİLİM VE TEKNOLOJİ DERGİSİ A ANADOLU UNIVERSITY JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY A Applied Sciences and Engineering Cilt/Vol.:12-Sayı/No: 1 : 57-64 (2011) MİKRO-GÖZENEKLİ SİLİKA SERAMİKLERİN FARKLI POLİMORFİK YAPILARDA ÜRETİMİ VE ISIL ŞOK DİRENÇLERİNİN ARAŞTIRILMASI Osman ŞAN 1, Muhterem KOÇ ÖZ Bu çalışmada, α-kuvars, α-kristobalit ve β-kristobalit fazlarında mikro-gözenekli silika seramikler üretilmiş ve her birinin ısıl şok testleri yapılarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Seramik malzemelerin üretimlerinde α-kuvars doğal kuvars tozundan, α-kristobalit Stöber yöntemiyle hazırlanan saf silika tozundan ve β-kristobalit sol-jel yöntemiyle hazırlanmış jel yapıdan üretilmişlerdir. β-kristobalit stokiometrik kompozisyonu Si1 xalxca x/2o2 (x = 0.05) olarak uygulanmış ve jel yapı 850 C de 1 saat süre ile kalsine edilmiştir. α-kuvars tozu ve kalsine β-kristobalit tozu planetery değirmende öğütülmüş, Stöber yöntemiyle üretilen tozlar ise doğrudan şekillendirilmiştir. Tozlar tek eksenli pres ile 50 bar basınç altında silindirik olarak şekillendirilmiştir. α-kuvars ve β-kristobalitten üretilen numuneler 1150 C, Stöber yöntemiyle hazırlanan α-kristobalit ise 1400 C sıcaklıkta sinterlenmiştir. İstenen polimorfik yapıda mikro-gözenekli (gözenek boyutları 0.1-5 µm) malzemeler üretilmiş ve bu ürünlerin ısıl şok testleri yapılmıştır. Şok testi yalnızca β-kristobalit kompozisyonundaki malzemede tekrarlanabilmiş, diğer malzemeler deney sırasında çatlamıştır. Sonuçta, β-kristobalit kaynaklı malzemenin membran filtre olarak ısıl ortamlarda kullanılacak bir ürün olabileceği belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler : α-kuvars, α-kristobalit, β-kristobalit, Sol-jel, Gözenekli malzeme, Isıl kararlılık. FABRICATION OF MICROPOROUS SILICA CERAMICS WITH VARIED POLYMORPHIC FORMS AND INVESTIGATION OF THEIR THERMAL SHOCK BEHAVIOUR ABSTRACT In this study; the SiO 2 micro-porous ceramics in the phase α-quartz, α-cristobalite and β- cristobalite were produced and thermal shock resistance of products were compared. In the production of ceramic materials; α-quartz obtained from natural quartz powder, α-cristobalite from pure silica powder which prepared by Stöber technique and β-cristobalite from sol-gel approach. The β- composition was designed as Si1 xalxca x/2o2 where x = 0.05and obtained gel was calcined at 850 C. Before shaping, α-quartz powder and calcined β-cristobalite powder were grind in the planetary mill and the powder produced by Stöber technique was shaped directly without any milling process. The prepared powders were shaped by uniaxally press at 50 bars. The samples produced from α-quartz and β-cristobalite powders were sintered at 1150 C and α-cristobalite obtained by Stöber technique was sintered at 1400 C. In the defined polymorphic structure, micro-porous materials with pore size ~0.1-5 µm were produced and thermal shock tests were applied. Irrespective of β-cristobalite material, the samples were cracked and the tests could only repeat on the samples with β-cristobalite material. In the result, the β-cristobalite sample is believed to be great potential to use as a membrane filters for harsh thermal environments. Keywords: α-quartz, α-cristobalite, β-cristobalite, Sol-gel, Porous ceramics, Thermal stability. 1, Osman Şan, Dumlupınar Universitesi, Seramik Mühendisliği Bölümü, Kütahya, 43100, Türkiye. Tel: +90 274 265 20 31/4302, Fax: +90 274 265 20 66, E-mail: osmansan@dumlupinar.edu.tr. Geliş: 28 Mayıs 2010; Düzeltme: 6 Mart 2011; Kabul: 14 Nisan 2011

58 1. GİRİŞ Kuvars doğada bol miktarda bulunması ve yüksek ergime sıcaklığı nedeniyle seramik malzeme üretimlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu hammaddeden üretilen seramik yapıların ani soğutma sırasında çatlaması bu tür şartlarda kullanılmalarını kısıtlamaktadır. Çatlak oluşumunun sebebi kuvarsın 573 C de α-β faz dönüşümüne uğraması ve hacminde % 3-5 oranda bir değişme meydana gelmesidir. Silikanın diğer polimorflarında da (tridimit ve kristobalit) benzer faz dönüşümleri nedeniyle bu tür ortamlarda kullanılması kısıtlıdır. Buna karşın oda sıcaklığında stabilize edilmiş β- kristobalitin ısınma ve soğuma sırasındaki faz dönüşümleri önlenebilmektedir, dolayısıyla bu yapıda üretilen malzemeler termal ortamlarda çatlamadan kalabilmektedir (Bors vd., Patent No: 91117856.4; Anthony vd., 1989; Maria vd., 1996; Özgür ve Şan, 2009). Diğer yandan, sol-jel yöntemi son zamanlarda seramik malzeme üretimlerinde tercih edilen bir yöntemdir. Bunun önemli iki sebebi vardır: (i) Düşük sıcaklıklarda malzeme üretilebilmektedir, (ii) Üretilen malzemelerin kimyasal homojenliğinin yüksek olması nedeniyle çok bileşenli faz sistemlerinde de homojen faz dağılımı sağlanmaktadır (Tong vd., 2007; Zolotar, 1999). Sol-jel yöntemi oda sıcaklığında kararlı β-kristobalit tozu hazırlanmasında da başarı ile uygulanan bir yöntemdir. Yapıdaki faz kararlılığı farklı iyonlar (Al, Ca, Na, Sr ve Cu) ile sağlanmaktadır. Perrotta vd., (1989) koloidal silika ve nitratlaran oluşturduğu kompozisyonlar: (i) Na 2 O:Al 2 O 3 :13.9SiO 2 ve (ii) CaO:Al 2 O 3 :40SiO 2 ile β-kristobalit tozları üretmiştir. Burada ilk kompozisyon 800 C ve diğer kompozisyon 1000 C sıcaklıkta 24 saat süre ile sinterlenmiştir. Ayrıca Thomas vd., de (1994) benzer olarak koloidal silika ve nitratlaran oluşturduğu kompozisyonlarından: (i) CaO:Al 2 O 3 :30SiO 2, (ii) CuO:Al 2 O 3 :30SiO 2, (iii) NaO:Al 2 O 3 :13.9SiO 2 ile β-kristobalit tozları üretmişlerdir. Burada ilk iki kompozisyon 1000 C ve diğer kompozisyon 1200 C sıcaklıkta 18 saat süre ile sinterlenmiştir. Chao vd., (2002) kolloidal silika, alüminyum sülfat ve sodyum karbonat kompozisyonundan (Al 2 O 3 Na 2 O:13.9SiO 2 ) hazırladığı jel yapıları şekillendirmiş ve 1100 C sıcaklıkta 48 saat süre ile sinterleyerek oda sıcaklığında kararlı β- kristobalit malzeme üretmiştir. Buradan görüldüğü gibi β-kristobalit malzeme üretmek büyük oranda stabilize edilen iyon çeşidi ve sinterleme sıcaklığı tarafından kontrol edilmektedir. Son zamanlarda β-kristobalit seramik tozun Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi - A 12 (1) sentezlenmesinde yaygın olarak Si1 xalxca x/2o2( x = 0.05) stokiometrik kompozisyonu kullanılmaktadır (Şan ve Özgür 2009). Burada silika kaynağı tetraetilortasilikat (TEOS), Al ve Ca ihtiyacı ise nitratlardan; Al(NO 3 ) 3 9H 2 O, Ca(NO 3 ) 2 4H 2 O karşılanmaktadır. Endüstriyel silika malzemelerin üretiminde daha çok α-kristobalit oluşumunun olumsuz etkileri üzerinde durulmaktadır. Bu fazın oluşumunu önlemeye yönelik katkıların, örneğin mika içerikli hammaddelerin kullanımı yaygındır. Kuvars dönüşümlerinde de düşük sinterleme hızı seçilmesi bir ölçüde çatlamaları önlemektedir. Ancak silika malzemeler yüksek sıcaklıklara ısıtılıp soğutulduklarında tekrar kullanılamazlar; her ısınma ve soğuma süreci malzemede çatlak gelişimine yol açar ve malzeme mekanik dayanımını kaybeder (Olasupo 2009; Rams, 2008). Bu çalışmada, ısıl ortamlarda özellikle silikanın kritik dönüşüm sıcaklığı olan 573 C sıcaklığın üzerinde, silika malzemelerin 600 700 C sıcaklıklardan oda sıcaklığına kadar ani sıcaklık değişimlerinin olabileceği süreçlerde kullanılmak üzere β-kristobalit faz yapısında mikro gözenekli malzeme üretilmesi amaçlanmıştır. Üretilen malzemenin termal kararlılığı, benzer gözenek yapısında ancak farklı fazlarda (α-kuvars ve α-kristobalit) olan silika malzemeler ile karşılaştırılmaktadır. 2. MALZEME VE YÖNTEM 2.1 β-kristobalit Tozlarının Hazırlanması β-kristobalit tozun sol-jel yöntemi ile sentezlenmesinde tetraetilortasilikat (TEOS), nitratlar; Al(NO 3 ) 3 9H 2 O, Ca(NO 3 ) 2 4H 2 O ve etil alkol karışımı kullanılmıştır. Burada β- kristobalit stokiyometrik kompozisyonu Si1 xalxca x/2o2 x = 0.05olarak uygulanmıştır. Toz hazırlama işlemine iki farklı çözelti ile başlanmaktadır. Oda sıcaklığında (20 C) olmak üzere TEOS etil alkol su karışımı bir yerde ve Ca-Al nitratlar su içersine ilave edilerek ayrı bir yerde hazırlanmakta ve bu karışımlar 30 dakika süre ile 400 devir/dakika hız ile karıştırılmışlardır. Burada TEOS ile hazırlanan karışımın üzerine nitrat katkılarıyla hazırlanan karışım ilave edilmekte ve meydana gelen yeni karışım 15 dakika süre ile 400 devir/dakika hızda karıştırılmaktadır. Daha sonra karışımın sıcaklığı 70 C ye çıkarılmakta ve bu sıcaklıkta jel yapı oluşana kadar karıştırma işlemine devam edilmektedir. Buradan elde edilen jel yapılar 120 C sıcaklıkta 24 saat süre ile etüvde kurutulmuş-

Anadolu University Journal of Science and Technology - A 12 (1) Applied Sciences and Engineering 59 tur. Kurutma işlemi sonrası jel yapılar agat havan (Fritsch Pulverisatte 0) yardımıyla 45 µm boyutu altına öğütülmüştür. Daha sonra jel yapıların kalsinasyonu yapılmış olup kalsinasyon sıcaklığı 850 C ve süresi 1 saat olarak uygulanmıştır. İnce boyutlarda toz elde etmek amacıyla kalsine jel planetary değirmende (Retsch-PM 200) 2 saat süre ile öğütülmüştür. 2.2 α-kristobalit Tozlarının Hazırlanması Saf silika tozların yüksek sıcaklıklarda sinterlenmesi ile malzeme α-kristobalit fazına dönüşmektedir, dolayısıyla öncelikli olarak saf silika parçalarının üretilmesi gerekmektedir. Bu amaçla Stöber yöntemi kullanılmış olup tozun hazırlanması Xiao-Dong, (2010) e göre şu şekilde yapılmıştır: Beher içersine yeteri kadar su konulmuş ve üzerine amonyak ilave edilmiştir. Solüsyonun karıştırma işlemi devam ederken ortama etil alkol ilavesi yapılmış ve solüsyon 15 dakika daha karıştırılmıştır. Sonrasında sisteme TEOS ilavesi yapılmış ve burada silika partikülleri oluşana kadar ( 1 saat) karıştırma işlemine devam edilmiştir. Buradan elde edilen partiküller santrifüj ile 10000 devir/dk da ayrılmış ve daha sonra partiküller 3 kez etil alkol ile yıkanmış ve etüvde 60 C de 24 saat süre ile kurutularak saf silika tozlar elde edilmiştir (Şekil 1). 2.3 Kuvars Tozlarının Hazırlanması Kuvars tozu yüksek saflıkta olup (SiO 2 oranı % 99.09) tane boyutu 63 µm altındadır. Bu malzeme planetery değirmende (Retsch-PM 200) 2 saat süre ile sulu ortamda öğütülmüş ve mikron altı partiküller elde edilmiştir. 2.4 Tozların Şekillendirilmesi ve Sinterlenmesi Hazırlanan tozlar tek eksenli hidrolik pres kullanılarak 50 bar basınç ile şekillendirilmişlerdir. Malzemeler 3 cm çapında ve 0.5 cm kalınlığında olacak şekilde silindirik şekilli olarak üretilmişlerdir. Şekillendirme sürecinde malzemenin nem oranı % 8 olarak alınmıştır. Tozların şekillendirilmesinde PVA (polyvinil alkol) kullanılmış olup, bağlayıcı miktarı ağırlıkça % 2,5 olarak uygulanmıştır. Bu çalışmada kuvars kullanılarak üretilen malzeme ile kalsine jel yapıdan üretilen malzeme 1150 C, Stöber yöntemiyle hazırlana saf silika malzeme ise 1400 C sıcaklıkta 4 saat süre ile sinterlenmiştir. Fırın ısıtma ve soğutma sıcaklığı 5 C/dakika olarak uygulanmıştır. 2.5 Karakterizasyon Çalışma kapsamında yapılan karakterizasyon çalışmaları aşağıda maddeler halinde verilmiştir. (i) Tozların tane boyutu ve dağılımının belirlenmesi (Malvern Zeta-Sizer Nano ZS), (ii) Kristal fazın belirlenmesi; XRD analizi (Rigaku Miniflex powder diffractometer uygulama CuKα radyosyonu 2θ=10 60 goniometre hızı 2θ=2 /min), (iii) Arşimet metodu ile malzemelerin açık gözenekliliğinin bulunması, (iv) Malzemelerin gözenek boyutunun belirlenmesi (Qunatachrome pore master), (v) Malzemelerin ısıl genleşme davranışları (Netzsch Dilatometre 402 PC) cihazları kullanılarak incelenmiştir. Bu amaçla 2.5 cm uzunluğunda hazırlanmış çubuk numuneler 10 C/dakika hız ile ısıtılmıştır. 3. BULGULAR VE SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ Mikro gözenekli malzeme üretiminde Stöber tekniği ile hazırlanan saf silika partikülleri doğrudan kullanılmıştır, kalsine jel ve kuvars tozları ise planetery değirmende öğütülmüştür. Bu çalışma kapsamında hazırlanan tozların birbirine yakın boyutlarda olmaları ve böylece üretilen malzemelerin de benzer gözenek çaplarında oluşturulmaları hedeflenmiştir. Bu şekilde bir planlama ile malzemelerin termal şok testleri sonuçları daha sağlıklı olarak değerlendirilecektir. Üretilecek malzemelerin tek bir silika polimorfu şeklinde oluşturulması yapılan çalışmanın temel hedefidir. Burada özellikle β-kristobalit kompozisyonunda ki yapının α-kristobalit fazını bulundurması büyük önem taşımaktadır. Özgür ve Şan (2009) yaptıkları çalışmada β-kristobalit yapının XRD çalışması ile belirlenemeyen ve ancak IR analizi ile ortaya çıkan α-kristobalit kristallenmesi gösterebileceğini ortaya koymuşlardır. Şimdiki çalışmada IR analizi yapılmamış, malzemeye doğrudan termal şok testleri yapılarak bu tür bir kristallenme olup olmadığı sorgulanmıştır. Burada malzemede β-kristobalit yapı dışında bir kristallenme olduğunda termal şok testinde malzemede çatlak oluşumu beklenmektedir. Şekil 2 de hazırlanan tozların tane boyut dağılımları görülmektedir. Burada partiküllerin tamamı 1.5 µm altında boyuta sahiptirler. Üç farklı malzemenin hemen hemen aynı boyut aralığında olduğu (en küçük tane boyutu 0.2 µm) ve tane boyut dağılımlarının da β-kristobalit malzeme hariç birbirine çok benzer olduğu görülmektedir. Bundan dolayı hazırlanan tozların benzer gözenek yapısına sahip seramik malzemelerin üretimlerine imkan sağlayacağı düşünülmektedir.

60 Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi - A 12 (1) Şekil 1. Stöber yöntemi ile hazırlanmış silika tozların SEM görüntüsü. Şekil 2. Planetary değirmende öğütülen tozların tane boyut dağılımları. Şekil 2 de boyut ve dağılımı görülen tozlar 50 bar basınç altında tek eksenli pres ile şekillendirilmiş ve farklı sıcaklıklarda fakat aynı fırın rejimlerinde sinterlenmişlerdir. Kuvars kullanılarak üretilen malzeme ile kalsine jel yapıdan üretilen malzeme 1150 C, Stöber yöntemiyle hazırlana saf silika malzeme ise 1400 C sıcaklıkta sinterlenmiştir. Malzemelerin istenilen faz yapılarında üretilmeleri için gerekli sinterleme sıcaklıkları daha önceki çalışmada belirlenmiştir (Koç, 2009). Buradan elde edilen malzemelerin XRD sonuçları Şekil 3 de görülmektedir. Daha önce planlandığı gibi bu çalışma ile α-kuvars, α- kristobalit ve β-kristobalit fazlarında gözenekli silika malzemeler üretilmiştir. Üretilen seramik malzemelerin gözenek boyutu ve dağılımı Hg-porozimetresi ile araştırılmış olup sonuçlar Şekil 4 de görülmektedir. Her üç malzeme için gözenek boyut aralığının yaklaşık olarak 0.1 ile 5 µm aralığında olduğu görülmektedir.

Anadolu University Journal of Science and Technology - A 12 (1) Applied Sciences and Engineering 61 Şekil 3. Üretilen gözenekli malzemelerin faz kompozisyonları: Sol-jel tekniği ile hazırlanan tozdan üretilen β-kristobalit malzeme (a), Stöber tekniği ile üretilen saf silika ile hazırlanan malzeme (b) ve doğal kuvars ile hazırlanan malzeme (c). Şekil 4. Üretilen gözenekli malzemelerin gözenek boyut dağılımları.

62 Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi - A 12 (1) Burada β-kristobalit malzemenin ortalama gözenek boyutu bir miktar yüksek olmuştur. Bunun sebebi kalsine jel tozun öğütme işlemi sonrası tane boyutunun bir miktar iri kalmasından kaynaklanmaktadır (Şekil 2). Burada görülen gözenek boyutu farkının termal şok deneylerinde etken bir parametre olmayacağı düşünülmektedir. Ayrıca bu malzemelerin gözeneklilik değerleri de % 30-38 arasında olup aralarında önemli bir fark görülmemektedir. Şekil 5 de üretilen malzemelerin termal şok deneyi sonrasındaki yapısal bütünlükleri görülmektedir. Burada β-kristobalit yapı hariç diğer malzemelerin çatladığı görülmektedir. Malzemelerin 700 C sıcaklıktaki fırına konulması, burada 1 saat bekletilmesi ve daha sonra buradan alınarak 1 dakika içersinde oda sıcaklığına soğutulması şeklindeki deney β-kristobalit malzemeye 5 defa uygulanmıştır. Bu işlem sonrasında da malzemede yapısal bütünlüğün korunduğu görülmektedir. α-kuvars malzemeye 2 defa ve α-kristobalit malzemeye de 3 defa uygulandığında yapısal bütünlüğünü korumadığı görülmüştür. Bu çalışmada β-kristobalit malzemenin termal şok testinde gösterdiği başarı, malzemenin doğrusal termal genleşme gösterdiğini ve aynı zamanda termal genleşme katsayısının da düşük olduğunu ortaya koymaktadır. Üretilen β-kristobalit malzemede α-kristobalit kristallenmesi gibi ikinci fazların bulunmadığı ve malzemenin yalnızca β-kristobalit yapıda olduğu düşünülmektedir. Şekil 6 da üretilen β- kristobalit malzemesinin termal genleşme davranışı görülmektedir. Şekil 6 aynı zamanda daha önce çalışılmış ve termal genleşmeleri bulunmuş iki farklı malzemenin de sonuçlarını göstermektedir. Şekil 6(b) α-kuvars (Agenor, 2008), Şekil 6(c) α-kristobalit (Perrota, 1989) için bulunan termal davranışlardır. Buradan görüldüğü gibi üretilen β-kristobalit malzeme Şekil 6(a) diğer silika polimorflarından düşük ve aynı zamanda doğrusal termal genleşme göstermektedir. 4. SONUÇLAR Bu çalışma ani ısı değişikliğinin olabileceği ortamlarda kullanılacak silika malzemelerin, oda sıcaklığında kararlı hale getirilmiş β-kristobalit yapılar ile sağlanabileceğini göstermektedir. Sol-jel yöntemi ile hazırlanmış tozlardan mikro gözenekli (0.1-5 µm) olarak üretilmiş β- kristobalit malzeme düşük ve lineer ısıl genleşme katsayısı ( 8.33x10 6 C 1 ) göstermektedir. Bu yüzden ısıl ortamlarda malzemenin kararlılığını bozacak genleşme farkı oluşmamaktadır ve α-kristobalit ve α-kuvarsa oranla çok daha iyi performans göstermektedir. Bu çalışma ile β-kristobalit malzemenin ısıl şok uygulamalarında göstermiş olduğu mekanik kararlılık, bu malzemenin ısıl ortamlarda ayırma sağlayacak membran filtrelerin üretilmesinde potansiyel ürün olduğunu ortaya koymuştur. Şekil 5. Üretilen malzemelerin termal şok testi sonundaki görüntüleri: (a) kuvars malzeme, (b) α- kristobalit malzeme, (c) β-kristobalit.

Anadolu University Journal of Science and Technology - A 12 (1) Applied Sciences and Engineering 63 Şekil 6a-c. Dilatometre ile ölçülen termal genleşmeler: (a) β-kristobalit malzemesinin termal genleşmesi, (b) α-kuvars malzeme için ve (c) α-kristobalit malzeme için. KAYNAKLAR Agenor, D.N.J., Dachamir, H., Vicente, C.S. and Enrique, S.V. (2008). Analysis of the development of microscopic residual stresses on quartz particles in porcelain tile, Journal of the European Ceramic Society 28, 2629 2637. Anthony, J.P., Donald, K.G., Edward, S.M. and Neal, R.D. (1989). Chemically stabilization of β-cristobalite, J.Am.Ceram.Soc. 72(3), 441-447. Bors, S.L., Winchester, S.C., Saltzberg, M.A. and Bergna, H.E. Process for making chemically stabilized β-cristobalite, European patent, Application number: 91117856.4. Chao, C.H. and Lu, H.Y. (2002). β cristobalite stabilization in (Na 2 O + Al 2 O 3 ) added silica, Metallurgical and Materials Transactions A. 33 A, 2703 2711. Koç, M. (2009). Kristobalit Membran Filtre Üretimi, Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi. Maria, D.A., Concha, R. and Jose, M.C. (1996). A new Incipient-Wetness method for the synthesis of chemically stabilized β- cristobalite, J.Am.Ceram.Soc. 79(6), 1681-1684. Olasupo, O.A. and Omotoyinbo, J.A. (2009). Moulding properties of a Nigerian silica clay mixture for foundry use, Applied Clay Science 45, 244 247. Özgür, C. and Şan, O. (2009). Investigation of a high stable β cristobalite ceramic powder from CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 system, Journal of the European Ceramic Society 29, 2945-2949. Perrotta, A.J., Grubbs, D.K., Martin, E.S., Dando, H.R., McKinstry, H.A. and Huang, C. (1989). Chemical Stabilization β cristobalite, Journal of American Ceramic Society 72, 441-447. Rams, J., Urena, A. and Lopez, A.J. (2008). Hardness recovery of ceramic coated luminium matrix composites using thermalshock resistant sol gel silica coatings, Materials Letters 62, 4315 4318. Şan, O. and Özgür, C. (2009). Preparation of a stabilized β cristobalite ceramic from diatomite, Journal of Alloys and Compounds 484, 920 923. Thomas, E.S., Thompson, J.G., Withers, R.L., Stern, M., Xiano, Y. and Kirkpatrick, R.J. (1994). Further investigation of the stabilization of β cristobalite, J. Am. Ceram. Soc. 77(1) 49 56.

64 Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi - A 12 (1) Tong, Q., Wang, J., Li, Z. and Zhou, Y. (2008). Preparation and Properties of Si 2 N 2 O/βcristobalite Composites, Journal of the European Ceramic Society 28(6), 1227-1234. Xiao-Dong, W., Zheng-Xiang, S., Tian, S., Xin- Bin, C., Ming-Fang, L., Ling-Yan, C. and Zhan-Shan, W. (2010). Preparation of spherical silica particles by Stöber process with high concentration of tetra-ethylorthosilicate, Journal of Colloid and Interface Science 341, 23 29. Zolotar, M.S. and Zavaglia, C.A.C. (1999). Study of the Sol-gel Processing of Glass- Ceramic Powders in the SiO 2 -Al 2 O 3 -CaO- CaF 2 System. I. Effect of Powder Composition on Gel Time and Temperature, Journal of Non-Crystalline Solids 247, 50-57.