SERAMİK MALZEMELERİN ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ: Seramik parçaların şekillendirilmesinde kullanılan yöntemleri temel olarak: 1-Döküm 2-Plastik şekillendirme 3-Presleme GELENEKSEL SERAMİKLERİN ŞEKİLLENDİRİLMESİ ( KİL –SU SİSTEMİ) Kil içeren seramik ürünlerin şekillendirilmesinde kil- su sisteminin plastiklik özelliğinden geniş ölçüde yararlanılır. Sistemde su oranı ne kadar yüksekse , şekillendirme basıncı o kadar düşüktür. Karışımdaki su oranı çamurun bileşimine, elde edilecek ürünün özelliklerine, ve şekillendirme yöntemine göre değişir. Şekillendirme yöntemlerine göre şekillendirme basıncı ve % su oranı: Şekillendirme Yöntemi Kullanılan Basınç kg/cm2 % su oranı DÖKÜM 25-30 PLASTİK ŞEKİLLENDİRME 0.4-4 12-25 PLASTİK EXSTRÜZYON 5-750 15-20 PRESLEME 70-1100 5-10 İZOSTATİK PRESLEME 400-7500 0-15
1-DÖKÜM YÖNTEMİYLE ŞEKİLLENDİRME ( SLİP DÖKÜM YÖNTEMİ) Karmaşık şekilli ve büyük hacimli ürünlerin eldesin de tercih edilir. Bu yöntem, simetrik olmayan tabakalar, bazı özel ateş tuğlaları, sofra takımları ve lavabo klozet, küvet gibi sağlık gereçlerinin şekillendirilmesinde ve ileri teknoloji seramiklerinin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır
DÖKÜM YÖNTEMİYLE SERAMİK ÜRÜN ÜRETİMİ
ALÇI KALIP: Dökümde kullanılan kalıplar gözenekli yapıda ve su emme yeteneğine sahip alçı kalıplardır. Genellikle alçı kalıplar % 40-50 porozite içerir ve por boyutu 1-5 m arasında değişir. Alçı kalıbın içine doldurulan döküm çamurunun suyu, oluşan kapiler kuvvetle kalıp tarafından emilir. Emilen su ile birlikte hammadde tanecikleri kalıbın yüzeyine doğru hareket eder. Suyun çekilmesiyle birlikte partiküller yüzey gerilimi kuvvetleriyle sımsıkı bir şekilde yüzeye yapışır. Alçı doğada Gips adı ile bol miktarda bulunan kalsiyum sülfattır..( CaSO4.2H2O) Gips doğada bünyesinde 2 mol kristal su ile bulunur. Ocaklardan çıkarılan gips alçı fabrikasında 120-140 0C ye kadar ısıtılır. Bu sırada kristal suyunun %75 ini kaybederek yarı hidrat haline gelir CaSO4.2H2O CaSO4.1/2H2O Yarı hidrat alçı su ile karıştırılıp kalıplara dökülerek iş kalıbı üretilir. CaSO4.1/2H2O +1+1/2 H2O CaSO4.2H2O Su ile karıştırılma sırasında suyun bir kısmı alçının donması sırasında kristal su haline dönüşürken bir kısmı da serbest su halinde kalıbın bünyesinde kalır. Kalıpların istenilen şekilde su emmesini sağlayabilmek için serbest suyun kalıptan uzaklaştırılması gereklidir. Bu amaçla 50 0C yi geçmeyen ve hava sirkülasyonu olan bir alanda kurutulur.
DÖKÜM ÇAMURU Döküm çamuru, plastik olan kil, kaolen, plastik olmayan kuvars, feldspat gibi hammaddelerden oluşur. Bu çamurlar katı madde yüzdesi yüksek, düşük vizkoziteli kararlı hale getirilmiş karışımlardır. Döküm çamurları, kalıp içerisinde kolaylıkla yayılabilmelidir. Dökme işleminden sonra üründe çok hızlı bir et kalınlığına ulaşma, kuru çekmenin az olması ve mukavemetin yüksek olması istenir. Döküm çamurlarında istenilen akışkanlığı fazla su kullanılmaksızın elde etmek gerekir. Fazla su kalıpları ıslatır. Kalıptan çıkma süresini artırır ve ürünün kalıp içerisinde çatlamasına neden olabilir. Elektrolitler, döküm çamurunun su oranını azaltarak istenilen akışkanlığı sağlamak amacıyla kullanılırlar. Elektrolitler, taneciklerin yüklerini değiştirerek etkin bir şekilde su içinde dağılmasını sağlarlar. Yaygın olarak kullanılan elektrolitler sodyum karbonat (Na2CO3) ve sodyum silikattır(Na2SiO3). Bunların dışında sodyum polifosfatlar, sodyum akrilat gibi elektrolitlerde kullanılmaktadır.
Kil tanelerinin istiflenmesi Saf kaolinin kısa kenarlan (+) geniş yüzeyleri (-) yüklüdür. Bu kil taneleri ile döküm yaptığımız zaman (+) kenarlan (-) yüzeylere yapışır ve Şekil b’deki gibi topaklanma olur. İstifleyici madde katılırsa tüm yüzeyin negatifyüklenmesini sağlar. İstifleyiciye bağlı olarak pH değişir. Her tarafı negatif yüklü taneler birbirine yapışmak istemezler. Fakat, presleme, döküm suyun yapıdan uzaklaşması gibi yöntemler ile kil taneleri birbiri üzerine yapışmaya zorlanır. Bu durumda iki kil tanesi birbirine yaklaştığında önce taneler birbirine tam paralel hale gelir, dış etkiler nedeni ile birbirine yapışır. Bu olaya istiflenme denir
İstiflenmiş yapı, topaklanmış yapıya göre daha yoğundur. İstiflenmiş yapıda tanelerin temas yüzeyi daha fazla olduğu için, yaş halde mukavamet daha fazladır. İstiflenmiş sistem’in kuruma küçülmesi, toplanmış sistemden daha azdır. TOPAKLANMIŞ İSTİFLENMİŞ Süspansiyon hızlı çökelir Süspansiyon yavaş çökelir Yoğunluk düşük Yoğunluk daha yüksek Viskozite yüksek Viskozite düşük Kuruma küçülmesi fazla Kuruma küçülmesi az Düşük yaş mukavemet Yüksek yaş mukavemet
Buna bağlı olarak viskozite azalır, akıcılık artar. İstifleyici madde oranı artınca pH artar ve kil taneleri (-) ile yüklenir. Bu durumda sudaki süspansiyon halindeki taneler biribirinden uzaklaşma eğilimi gösterir. Buna bağlı olarak viskozite azalır, akıcılık artar. İstifleyici oranına bağlı olarak bu eğilim artar. Belirli bir kritik değerde viskozite en az, akıcılık en fazladır. Viskozite( sn) % elektrolit Bu kritik değerden sonra istifleyici oranının arttırılması bu özellikleri olumsuz yönde etkiler. Elektrolit katılan bir döküm çamuru karıştırıldığı an akışkan ve hareketlidir. Çamurun bileşimine göre bu akışkanlık çamur karıştırılmadan hareketsiz bırakıldığında yavaş yavaş ortadan kalkar ve sonuçta çamur donmuş gibi bir görünüm alır. Akışkan çamurların hareketsiz durdukları zaman akışkanlıklarını kaybedip pıhtılaşmasına ve karıştırıldıklarında eski haline dönmesine tikstropi denir. Döküm çamurlarının belli miktarda tiksotropi özelliğine sahip olması istenir.
Viskozite ve tiksotropinin döküm üzerindeki etkisi Çamur Özelliği Genel Düşünceler Çok düşük viskozite Uzun döküm süresi Düzgün olmayan döküm yüzeyi Çatlaklar Çok yüksek viskozite İğne deliği seklinde yüzey hataları Çamurun boşaltılmasında zorluk Çok düşük tiksotropi Kırılgan yapı Zayıf bünye Çok yüksek tiksotropi Yumuşak döküm Uzun kuruma süresi
Et kalınlığında tam olarak yönlenme olduğu halde döküm hamurunda hiçbir yönlenme belirtisi görülmemektedir Dökümde Yönlenme : Su gradyanı, dış yüzeyden merkeze doğru gidildikçe artmaktadır. Et kalınlığındaki su oranı, gözenekli alçı kalıba göre ani artış göstermektedir.
Dökümde genellikle parçalı kalıp kullanılır. Yönlenmenin ani değişme gösterdiği köşelerde darbelere dayanıksız olduğu için köşeler yuvarlatılır. Dökümde genellikle parçalı kalıp kullanılır. Kalıbın ek yerlerinde, parça ek yerlerin de bir çıkıntı meydana getirir. Kil taneleri bu çıkıntıya doğru yönlenirler. Fakat seramik, kalıptan çıkarıldıktan sonra bu çıkıntı tıraşlanır. Ancak, pişme sırasında, yönlenmiş olduğu doğrultuda pişme küçülmesi az, diğer doğrultuda fazla olduğu için çıkıntı oluşur
SLİP DÖKÜM ÇEŞİTLERİ 1-BOŞALTMALI SLİP DÖKÜM En yaygın kullanılan slip döküm çeşididir. Bu döküm çeşidinde döküm çamurunun istenilen döküm et kalınlığına ulaşması için gerekli zamanda döküm kalınlığının elde edilmesi gerekir. Dökümden sonra döküm çamurunun fazlası tekrar geri boşaltılır. 2-KÜTLE (DOLU)SLİP DÖKÜM Boşaltmalı slip döküm çeşidine çok benzer. Bu dökümün tek farkı; kütle halinde döküm elde edilene kadar kalıp tarafından emilen su miktarını tamamlamak üzere döküm kalıbına sürekli olarak hazırlanan döküm çamuru ilave edilir. 3-BASINÇLI SLİP DÖKÜM Bu slip döküm çeşidinde gözenekli plastik( epoksi , poliüretan) veya alçı kalıp kullanılır. Hazırlanan döküm çamuru döküm hızını artırmak için basınçla sıkıştırılır. Basınç 70-80 kg/ cm2 kadardır.Bu durumda döküm zamanı kısalır. 1 cm kalınlığa erişmek için 1 dakika süre yeterli olmaktadır. Klasik yöntemde kalıplar 60-150 kere kullanılırken bu yöntemde kalıplar 40.000 kere kullanılabilir.
4-VAKUMLU SLİP DÖKÜM Çok az kullanılan slip döküm çeşididir. Döküm hızını artırmak için kalıbın dış kısmına vakum uygulanmıştır. 5-SAVURMALI (SANTRİFUJLU) SLİP DÖKÜM Slip dökümün geliştirilmiş bir çeşididir. Bu döküm çeşidinde kalıbın merkezinde hızlıca döndürülmesi ve bu sırada döküm kalınlığının artırılması yönünde etkili olan büyük kuvvetler oluşmasıdır. Bu döküm çeşidinde kullanılan kalıpların gözenekli olması gerekir. Kalıplar farklı metal ve plastik malzemelerden imal edilebilir.