1. Özlü Seramik Hammaddeleri

... konulu sunumlar: "1. Özlü Seramik Hammaddeleri"— Sunum transkripti:

1 1. Özlü Seramik Hammaddeleri
Saflık, Partikül boyutu ve dağılımı, Reaktiflik, Temin edilebilirlik, ve maliyet 1. Özlü Seramik Hammaddeleri Su ile yoğrulabilen, dağılmadan kolaylıkla şekillendirilebilen kurudukları zaman verilen şeklini koruyan hammaddeleri, 2. Özsüz Seramik Hammaddeleri Çok ince öğütülseler bile su ile kolayca şekil verilemeyen, şekil verilse bile de dış etken ile şeklini kaybedip dağılan maddeleri özsüz seramik hammaddeleri olarak tanımlayabiliriz.

2 Geleneksel seramiklerin Ana Hammaddeleri
Kil – Kaolen Alüminyum silikat esaslı toprakta bulunan malzeme. Öz sulanmış Alüminyum silikattır. (Al2O3.SiO2.2H2O) küçük miktarda TiO2, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O gibi diğer oksitlerde bileşim de bulunur. Üretimde parçanın şekillendirme yöntemi bileşimde yer alacak kil miktarını belirler. Kil içeriği ayrıca parçanın kuruduktan sonra dağılmamasını da sağlar. Kuvars Çakmaktaşı veya kuvars diye adlandırılan silika yüksek ergime sıcaklığına sahiptir ve geleneksel seramiklerde ateşe direnci sağlar. (SiO2) Feldspat Alüminyum silikat esaslı bünyenin Na2O, K2O’ca zengin olduğu hammaddedir. K2O.Al2O3.6SiO2 bileşiminde olan potasyum feldspat düşük ergime sıcaklığına sahiptir. Dolayısıyla seramik karışım pişirildiğinde camlaşarak refrakter bileşenlerini birbirine bağlar. Yüksek oranda feldspat kullanılması halinde parçalarda deformasyon oluşur.

3 Geleneksel bünyeler kaolen,kuvars ve feldspattan oluşan üçgen diyagramlarda ifade edilir.
1. Feldspatlı akçini bölgesi 2. Sert porselen bölgesi 3. Yumuşak porselen bölgesi 4. Dental seramik bölgesini göstermektedir : x bileşimi hangi köşenin daha yakınında yer alıyorsa, o köşede bulunan bileşence daha zengindir.

4 Örnek : a) % 50 feldspat, % 30 kaolen, %20 kuvars ve,
b) %30 feldspat, % 45 kaolen, %25 kuvars bileşimini diyagram üzerinde gösterelim. Diyagramdan görüldüğü gibi 1. bileşimimiz X1 ve ikinci bileşimimiz ise X2 ile gösterilmiştir.

5 S = %20 Feldspat + %70 Kaolen + %10 Kuvars
L = %40 Feldspat + %30 Kaolen + %30 Kuvars gibi iki tane bileşimimiz var. %25 S ile %75 L karıştırıldığında elde edilen yeni bileşimi hesaplayarak Gibbs üçgeninde gösterelim. Çözüm : 0,25 x 20 Feldspat+ 0,75 x 40 Feldspat = % 35 Feldspat 0,25 x 70 Kaolen + 0,75 x 30 Kaolen = % 40 Kaolen 0,25 x 10 Kuvars ,75 x 30 Kuvars = % 25 Kuvars Görüldüğü gibi yeni bileşimimiz % 35 Feldspat, % 40 Kaolen ve % 25 Kuvars’dan oluşmaktadır.

6 % S = (PL / SL) x 100 ve %L = (SP / SL) x 100 ‘dür.
İki tane üçlü bileşim karıştırıldığında, elde edilecek yeni bileşim bu iki bileşimin gösterildiği noktalar arasında çizilen doğru üzerindedir yeni bileşim kendini oluşturan SL doğrusu üzerindedir. Levier kaidesi, bu doğru üzerindeki P noktasına uygulanırsa; % S = (PL / SL) x 100 ve %L = (SP / SL) x 100 ‘dür.

7 Özlü Seramik Hammaddelerin Oluşumu
Kaolinin Minerolojik Oluşumu Granitlerin içerisinde veya serbest halde bulunan feldspatlar kimyasal ayrışarak (CO2, H2CO3 asidi veya organik çürümeler sonucu oluşan hümik asitlerinin etkisi ile) kaoliniti (kil cevheri)oluşturur. Potasyumlu Feldspatlarda (Ortoklas) K2O.Al2O3.6SiO2 + H2CO3 + 9 H2O K2CO3 + Al2O3.2SiO2. H2O + 4 H4SiO4 Kaolinit silikat asidi Sodyum Feldspatlarda (Albit) Na2O.Al2O3.6SiO2 + H2CO3 + 9 H2O Na 2CO3 + Al2O3.2SiO2. H2O + 4 H4SiO4 Kaolinit silikat asidi K2CO3 ve Na2CO3 suda çözünür. Silikat asidi su kaybederek aşağıdaki reaksiyona göre SiO2 halini alır. H4SiO SiO2 + 2 H2O Kil ve kaolenin içinde daima bozunmamış ve bozunma sonucu oluşan bir miktar kuvars bulunur

8 İdeal Kaolin Bileşimi: Al2O3.2SiO2.2H2O
kaolinitte; SiO2 (Silika) % 46.54 Al2O3 (Alüminyum Oksit) % 39.50 H2O (Su) % 13.96 % Kaolin içindeki Al2O3 haricindeki diğer bileşenlerin yüksek olması demek, Al2O3 oranının idealden (% 39.50'den) az olması demektir. Bu da kalitesinin daha düşük olması demektir. Doğal renkleri beyaza yakındır.Sinterlendikten sonra beyaz renkte olurlar.Ergime sıcaklıkları yüksektir. Safsızlık olarak Al2O3, SiO2, Fe2O3, TiO2,CaO,Na2O,K2O

9

10 KİL Kaolen ile aynı kimyasal yapıya sahip bir kaolinittir. Kaolen den ayrışan tanelerin su ile sürüklenip toplanması sırasında tanelerin incelmesi ile kil plastiklik kazanmış olur Yabancı maddeler (metal oksitleri, Ca, Mg karbonatları, sülfatları, kömür, humus kilin saflığını,kalitesini ve beyazlığını bozucu etki yapar. Metal oksitler karışma oranlarına göre killerin ham ve pişmiş renklerini bozarlar. Fe2O3 : Bej, sarı , kırmızı , kahverengi MnO : Mor , kahverengi , siyah SiO2 : Sarı , bej , gri , kirli mavi Madensel tuzlar kilin döküm özelliklerini bozarlar. Sülfatlar pişme sırasında özellikle sırda olumsuz etkisi ile bozunmalara sebep olur. Killer tane inceliği oranında plastiklik kazanırlar.(Plastik kil=yağlı kil)

11 Doğadaki killerin hepsi, değişik zaman ve yerlerde oluştuğundan birbirlerine göre çok farklılıkları vardır. Çeşitli yabancı maddeler ile birlikte çöktükleri için klasik kaolinit formülü olan Al2O3.2SiO2. 2H2O şeklinde kile rastlamak imkansızdır. Genellikle metal oksitleri,alkalileri ve serbest SiO2 içerdikleri görülür. Böylece ana yapıdaki Al2O3 ve SiO2 oranları da değişmiş olur. Kil özelliğinde olan fakat oluşumları nedeniyle yapıları değişik mineraller vardır.

12 Seramik İnce killer (Ball caly)
İnce taneli sinterlendikten sonra beyaza yakın renk alan kaolinit kil mineralidir. Plastikliği oldukça yüksektir.Porselen üretiminde bir miktar kullanılabilirler. Refrakter killer: Genellikle alümina oranı yüksektir. Esas olarak kaolinit mineralinden oluşmuştur. Refrakter üretiminde kullanılır. Ateş kilide denir. Ateş kili C pişirildikten sonra kırılır öğütülür sınıflandırılır. Buna Grog veya Şamot denir. (Tekrar şekillendirilip sinterlendiğinde boyut değişmesi fazla olmaz.) Refrakter killer özellikle kömür yatakları çevresinde oluşur. Çünkü kömür ortamından çıkan asitler alkalileri kilden uzaklaştırır. Bu killere şiferton da denir.

13 Yüksek Alüminalı killer:
Kaolinitten başka boksit mineralide içerirler. Refrakterlik yüksektir. Tuğla-Kiremit Killeri: Fe2O3, alkali oksitler , düşük sıcaklıkta ergirler. Pişme rengi kırmızıdır. CaCO3( kalker) tane boyutu ince kaba CaCO CaO +CO2 ( 850 0C) merkezde reak. girmeyen CaO düşük 0C vitrifikasyon CaO silika ile CaOSiO2 oluşur CaO+H2O Ca(OH)2 %20 genleşir

14 Kil de Alçı taşı (CaSO4 2 H2O) bulunabilir.
Problem: CaSO4 suda çözünür. Kurumada yüzeyde birikir.( çiçeklenme) CaSO CaO+ SO3 ( C) Çözüm: CaSO4 +BaCO CaCO3 +BaSO4 suda çözünmez organik madde içerebilir.( kömür ,ağaç,yaprak) ( killer yüzeyde oluştukları için) Sorun: Siyah merkezileşme: C+O2 CO2 Dış kısımda camlaşma var merkezde organik madde kalır Merkez karbon esaslı madde içerdiğinden gevrektir. ÇÖZÜM: Bol oksijen ortamında çok yavaş sinterleme

15 BENTONİT: (Na,Ca) (Al,Mg) 6(Si4O10) 3(OH)6 nH2O’
Çok küçük taneli, çok plastik bağlayıcılık oranı yüksek olan killerdir. a)Şişen tip: Suyla karıştırıldıklarında katı şişer.Bunlara sodyum bentonitide denir. Döküm kumlarında ve peletlemede kullanılır. b) Şişmeyen tip: Su ile şişme göstermezler. Ca bentonitide denir. Özelliği adsorbsiyon dur ( yüzeye bağlanma) . Bu özelliğinden dolayı yağların ve içkilerin berraklaştırılmasında kullanılır.

16 Kil ve Kaolenlerin Isıl Davranışı
Kaolinit C de bekletilirse rutubet suyunu kaybeder. Kurutma hızlı yapılırsa çatlama meydana gelir. C ‘de kimyasal formülündeki bağıl suyunu bırakarak metakaolinite dönüşür: Al2O3.2SiO2.2H2O Al2O3.2SiO H2O Metakaolinit C de Mullit ve silise ( kristobalit) dönüşür. 3(Al2O3.2SiO2.2H2O ) 3Al2O3.2SiO SiO2 + 6H2O Seramik yapılmasında C de oluşan mullit kristali , kaolinitin tabaka yapısından iğnemsi forma dönüşmesi halidir.

17 ( Wollastonit)( CaOSiO2) dönüşür.
3Al2O3 2SiO2 ( % 72 Al2O3, % 28 SiO2) yoğunluk; 3.2 gr/cm3 Mullit kimyasal etkilere dayanıklı , mekanik mukavemeti fazla elektriği iletmeyen özelliklere sahiptir. Kil ve kaolenlerin pişirilince sağlamlaşması; tabakalı olan kristallerin iğne şeklinde mullit kristallerine dönüşmesi ve bu iğne şekilli kristallerin birbirine tarak dişi gibi girerek kenetlenmesinden ileri gelir. Mullit oluşumundan açığa çıkan SiO2 ‘nin bir kısmı birleşerek başka minerallere ( Wollastonit)( CaOSiO2) dönüşür. Bir kısmıda orijinal bünyede silis olarak kalır.

18 Microstructure of an alumina porcelain, ground and etched, under a scanning electron microscope

19 İSTANBUL BÖLGESİ Şile 30,000 8,000 15,000 - Kemerburgaz 2,500 1,500
Türkiye'deki başlıca kil üretim bölgelerinin rezervleri (1000 ton) FAYANS KİLİ SERAMİK KİLİ DÖKÜM KİLİ KUMLU KİL İSTANBUL BÖLGESİ Şile 30,000 8,000 15,000 - Kemerburgaz 2,500 1,500 500 TOPLAM 32,500 9,500 2,000 SÖĞÜT BÖLGESİ Küre 250 150 1,000 Çaltı 200 10 Yakacık 350 30 İnhisar 5,000 3,500 3,050 7,400 5,250 GENEL TOPLAM 20,550 16,900 2,690