3. HAFTA 30.09.2013 DERS NOTLARI Tuğla pişirim sıcaklığı; 800-900 C Porselen pişirim sıcaklığı; 1360 Geleneksel Seramikler pişirim sıcaklığı; 800-1360 C Yer Karosu pişirim sıcaklığı; 1200 C Granit Seramik pişirim sıcaklığı; 1350-1360 C Granit Seramikler; 50-60 µm, daha yüksek sıcaklık ve daha yüksek basınç. Granit Seramiğin feldspat oranı daha yüksektir. Feldspat daha sert, daha dayanıklı yapar. Küçük toz, daha ufak mikron, daha yüksek gözeneksizlik. Granit Seramiklerde gözenek sıfır olmalıdır. Eskişehir Granits, Manisa Graniser, Kütahya Porselen Granit Seramik üreticileridir.
İleri teknoloji seramiklerinde pişirim sıcaklığı; 1500-2200 C Oksit seramiklerde pişirim sıcaklığı; 1500-1600 C Borkarbür pişirim sıcaklığı; 2200 C ve yüksek basınç Oksit seramikler normal atmosferde pişerler. Non-Oksit seramikler ya lineert gaz (argon gibi) ortamında yada havasız (vakum) ortamında pişerler. (Bunlar oksijene karşı hassastırlar. Non-Oksitlerin numuneyle reaksiyona girmesine de korozyon denir. Hotpress = Sinterleme Tuğla, kiremit, porselen = Geleneksel Seramikler Otomotiv, optik, manyetik = İleri teknoloji seramikleri Normal mikroskop = x1000 ama x500 den sonra bulanıklaşır. İleri teknoloji seramiklerinde taneler çok ufaktır. (1µm, 0.1µm)
İleri teknoloji malzemeleri olarak metaller ve alaşımlar tablosu önemli (Tablo1)[!!!] Samasyum değil samaryumlu mıknatıs. Membran; Seçici geçirgen. (Yapay damarlar) Polimer ve seramik membranlar vardır. İsrail membran yardımı ile deniz suyunu içme suyuna çeviriyor. Seramiklerin tablosu (Tablo2) önemli [!!!] Porselen camı 900 C de yumuşar, ergimesi 500 C değildir. Powder preparation ile başlayan üretim akışının türkçesi önemli [!!!]
Toz Üretim Teknikleri Çelik bilyalar, seramik bilyalara göre hem ucuz, hem etkili, hem tepkimeye girmezler. Ama seramik ve cam sektöründe de çelik bilyalar kullanılmaz. (Renklerinden dolayı) 4 ile 12.5 cm ler arası bilyalar => Büyük değirmenler
İleri Teknoloji Değirmenleri 3 ile 4 mm lik bilyalar kullanılır. Öğüttüğümüz malzemeyle aynı (alüminaya, alümina gibi) bilya seçilmeli. Öğütmelerde katı/sıvı oranı çok önemli. Kuru öğütme olmaz. Saf su kullanılır. Döküm yapılacaksa sorun yok. Ama kuru şekillendirme yapılacaksa sorun olur. Kurutulunca tozlar birbirine yapışır. 2.Sıvı çeşidi izoprofilalkol kullanılır. Çabuk buharlaşır ve taneler birbirine yapışmaz. Öğütme oranı, değirmende kalış süresine bağlıdır. Hızlı çıkmasını isterseniz pompanın debisini arttırmalısınız. Öğütme oranına, malzeme (besleme) boyutu etki eder. Maksimum 50-60µm Zor kırılan malzeme zor öğütülür. (Zirkonya)
%100 ün geçtiği boyut Al 2 O 3 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
D 90 = %90 ının geçtiği elek boyutu D 90 = 30µm D 50 = 16µm D 50 = Ortalama tane boyutunu verir. Tozun yüzey alanı (m 2 /g) büyüdükçe tane boyutu inceliyor demektir. İleri teknoloji malzemelerinde alfa alümina değil gama alümina istenir. D 10 = 2.5 mm -> %30 u geçmiş. Eğri dikleştikçe taneler boyutları birbirine yakın demektir. Bu aynı zamanda, toz dar aralıkta toplanmış toz demektir. 2 numara; Ortalama tane boyutu 0.4 µm -> D 50 D 10 = 0.2µm
SiO 2 Grafiği D 90 = 20µm D 50 = 8µm D 10 = 1.2µm Yukarıdaki Al 2 O 3 daha ince yapılıdır.
ZrO 2 Grafiği 1 nolu çizgi = Değirmene giren demek D 50 = 10 2 nolu çizgi = Değirmenden çıkan demek ZrO 2 daha zor öğütülür demiştik. Çünkü daha tok ve serttir.
Değirmenler Continiue değirmen; Devamlı besleme ve devamlı çıkış olan değirmenlerdir. Ortam; Öğütücü ortam (bilyalar) + öğünen ortam (malzemenin kendisi) + yardımcı olarak kullanılan sıvı (su, alkol). Ortam Elek
Sol-Gel Yöntemi Alümina Tozlarının Üretimi (Al 2 O 3 ) (Mikron Altı) Al Metali tozu + Isopropanol + HgCl 2 (Isı Çıkaran bir reaksiyondur) (24 Saat) Reflection Destilasyon H 2 Isopropanol Yarı kararlı Al - Isopropoxide sıvı Hidroliz (1 mol isopropanole 99 mol saf su)
Peptitleşme Alümina jel üretimi Jelin 90 C de kurutulması Kurutulmuş jelin öğütülmesi Eleme 120 C de kalsinasyon Böhmit üretimi (Al 2 O 3.H 2 O) 1200 C de kalsinasyon H 2 O Alfa Alümina (Saf Al 2 O 3 )
4.HAFTA 07.10.2013DERS NOTLARI HİDROLİZ Al[OC 3 H 7 ] 3 + H 2 O 90 C Al[OC 4 H 9 ] 3 (OH) + C 2 H 8 OH Alüminyum alkoksit olarak Al[OC 3 H 7 ] 3 veya Al[OC 4 H 9 ] 3 olarak kullanılmıştır. Hidroliz alkoksitin kuvvetli olarak karıştırılması sırasında çok fazla miktarda suyun ilavesi ile olur. Suyun alkoksite oranı 100 dür. Su olarak 75 C de iki kez damlatılmış deionize su kullanılmıştır. Karışım 15-20 dakika süre ile sıcakta, asit ilavesinden önce karıştırılır. 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL
#Şu an piyasada bulunan asit (HCl)=%37.5 saf PEPTİTLEŞME Bu aşamada karışıma belirli bir miktar asit ilave edilir ve yeterli bir süre 80 C üzerinde bekletilir. Asit miktarı ph değerine göre ayarlanır. Ancak incelemeler asidin, cinsinin miktarından (ph dan) daha önemli olduğunu göstermiştir. Örneğin; H 2 SO 4 ve HF istenen etkiyi sağlamamıştır. Deneyin tekrarlanabilir olması için ph dan daha hassas bir tanımlamaya asit ilavesi gerekmektedir. Bu nedenle asit-alkoksit oranı önem kazanmaktadır. Asit ilavesinden sonra şu tepkime oluşur; OH OH 2 Al[OC 4 H 9 ] 3 (OH) + H 2 O + HCl C 4 H 9 O Al O Al OC 4 H 9 + 2C 4 H 9 OH (Polimer) 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL
Al-Isopropoksit 1mol (Yavaş-15dk) Karıştırma var İki defa Di-H 2 O (80 C) Sıcakta Karıştırma var 20dk Peptitleşme Karıştırma var 80-85 C Konsantre HCl ColCHCl ph 3.5 Berraklaştırma Karıştırma var 2 Saat 80-85 C 85-90 C Karıştırarak su ve isopropanol buharlaştırılır. (Jel oluşana kadar. Isopropanol + Su 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL
Kuru jel -53 mikron inceliğe kadar agat (elle) havanda öğütülür. Toz jel kalsinasyona verilir. Kalsinasyon rejimi= 20-120 C 30 dk 120 C 120 dk 120-500 C 120 dk 500 C 120 dk 500-850 C 90 dk 850 C 120 dk 850-1250 C 90 dk 1250 C 120 dk #İleri teknoloji malzemelerinde kullanılan alümina alfa alüminadır. Elde edilen tozun XRD analizi; %00 alfa alümina Elde edilen tozun tane iriliği; %10 u mikron altı %90 ı mikrondan kaba Bu toz elde agat havanda öğütüldü. 10 dk öğütme sonrası %15 bir mikron altı. 60 dk öğütme sonrası %33 bir mikron altı. 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL
Sol-Gel Yöteminin Üstünlükleri Yöntemin kimyasal yönü kontrol altındadır. Hammaddelere kıyasla daha iyi homojenlik sağlanır. Toz boyutu mikronun altında elde edilebilir. Üretim için düşük sıcaklıklar yeterlidir. Bu da; Enerji tasarrufu sağlar Uçma kayıpları en aza iner Bulunduğu kapla reaksiyonu önler (Korozyon) Yeni malzemeler ve özellikler elde etmek mümkündür İnce filmler gibi özel mamüllere müsaittir Hava kirliliğine neden olmaz #Piroliz; Isısal parçalanma #Taneler ne kadar küçükse ham yoğunlukta o kadar düşüktür. 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL
Sol-Gel Yönteminin Sakıncaları Bu yöntemle üretilen tozların maliyeti yüksektir. Proses esnasında büzülme miktarı yüksektir. İnce gözenekler yapıda yer alabilir. Yapıda kalıntı hidroksil yer alabilir. Yapıda kalıntı karbon yer alabilir. Organik çözeltiler sağlığa zararlıdır. İşlem süresi uzundur. #Sinterlemede kullanılan tozların boyutları ne kadar küçükse, sinterleşmede o kadar düşük sıcaklıkta gerçekleşir. 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL
Aerosol Reaktör Yardımı ile Süperiletken Tozların Üretilmesi 88K kritik noktası Bakıroksit = Süperiletken Lityum Baryum Direnç birden sıfırlanıyor. Hidroliz ile üretilen süperiletkenlerin (Aerosol reaktör) üstünlükleri Bu tozlar çok incedir. 90K Kritik Sıcaklık Tanelerin çap dağılımı eşittir ve kolayca kontrol edilebilir olması. Çok kısa sürede buhar fazında yüksek saflıkta oksitler sentezlenebilir. 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL
Sulu Çözeltinin Hazırlanışı (İyonik Çözelti) Uygun metal-nitratların saf suda uygun oranlarda çözünmesi ile hazırlanmıştır. Yitriyum Nitrat (6molekül su halinde katı formda bulunur) Baryum Nitrar (6molekül su halinde katı formda bulunur) Bakır Nitrat (2molekül su halinde katı formda bulunur) Çözeltinin konsantrasyonu 0.0072 den 0.36 mol e yükselmiştir. Ultrasonik membraizer =Atomize eder Oluşan damlalar 30mm çaplı fırınlarda taşıyıcı gaz ile püskürülür. Farklı sıcaklıklarda ısısal parçalanmaya bırakılmıştır. 800-900-1000-1100 C denenmiştir. Gaz sıcaklığı 0.7 den 0.6 ya değiştirilmiştir. 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL
Üretilen tozlar elektrostatik tutucu ile toplanır. Tane şekli taramalı elektron mikroskobu ile incelenir. Fazlarda X-Işınları ile incelenir. Sonuçlar; Y-Ba-Cu-O 2 (YitriyumBaryumBakırOksit) 800 C İki tane faz var (İstenen olmamış (YCu 3 O 7, BaCO 3 ) BaCO 3 ortaya çıkmış (Taşıyıcı gaz olarak hava kullanıldığı için) Hava kullanılmamamlı (O 2 veya N kullanılmalı) 900 C Tek faz var (istenen olmuş) (YBa 2 Cu 3 O 7 ) 1000 C Tek faz var (istenen olmuş) 1100 C Üç faz var (İstenen olmamış) (BaCuO 2, Y 2 BaCuO 2, CuO) 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL
Çözeltinin Konsantrasyonu 1; 0.33 0.36 mol/lt Taneler birbirine çok benze büyüklükte 2; 0.036 mol/lt 3; 0.0072 mol/lt Maximum tane boyutu; %95 i bir mikron altı En iyi toz üretimi 1000 C de gerçekleşmiştir. 07.10.2013 / TOLGA KARANFİL