Gözenekli müllit seramiklerin üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışması kapsamında gözenek boyutu ve dağılımı kontrol edilebilen makro gözenekli, iğnemsi tane morfolojisine sahip müllit (3Al2O3.2SiO2) seramiklerin polimerik sünger yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Gözenekli müllit seramiklerin üretiminde ekonomikliği, müllit oluşumu için nispeten düşük oluşum sıcaklığı sağlaması ve oldukça iyi bir mikroyapı eldesine olanak tanıması gibi önemli avantajları nedeniyle CC31 kaolen kullanılmıştır. Kaolen seramik malzemelerin üretiminde yüzyıllardır kullanılmakta olan ve nispeten saf bir kil olup yüksek sıcaklıklarda sinterlendiğinde müllit fazını oluşturmaktadır. Bu çalışmada müllit esaslı gözenekli seramik malzemelerin üretiminde ekonomik oluşu ve kolay uygulanabilir olması dolayısıyla polimerik sünger yöntemi tercih edilmiştir. Hedeflenen uygulama alanına bağlı olarak gözenekli malzemeden beklenen gözenek miktarı, gözenek boyut ve dağılımı değişiklik göstermektedir. Bu tez çalışmasında tek tip gözenek boyutuna sahip müllit seramiklerinin üretimi yanısıra fonksiyonel aşamalı malzeme tasarımına sahip gözenekli müllit seramikleri de üretilmiştir. Çalışmada polimerik sünger yöntemi için tercih edilen sünger türü poliüretandır. Nispeten düşük sıcaklıklarda yapıdan kolayca uzaklaştırılabilmesi sebebiyle poliüretan sünger tercih edilmiştir. Sünger yapıların termal davranışları TG-DTA analizi yapılarak incelenmiştir. Kaolenden müllit üretim sürecinde özellikle sinterleme sıcaklığı, süresi ve hızının müllit morfoloji gelişimi üzerindeki etkileri gözenekli seramik numunelerin 1300-1600°C aralığında sinterlenmesi ile çalışılmıştır. Sinterlenmiş numunelerin faz bileşimleri XRD analizi yapılarak incelenmiştir. Müllit fazının oluştuğu gözlenen gözenekli seramik bünyelerin mikroyapı incelemeleri SEM analizi yapılarak incelenmiştir. Gözenekli müllit seramiklerin üretim koşullarına bağlı olarak küçülme davranışı, yoğunluk ve basma mukavemeti belirlenmiştir.

In this thesis study, production and characterization of müllite (3Al2O3.2SiO2) ceramics with macroporous, needle-like morphology capable of controlling pore size and distribution were carried out by polymeric sponge method. CC31 kaolin has been used because of its economic advantages in producing porous mullite ceramics, its relatively low formation temperature for mullite formation, and its significant advantages such as allowing a very good microstructure. Kaolen is a relatively pure clay that has been used for centuries in the production of ceramic materials and forms mullite phase when sintered at high temperatures. In this study, polymeric sponge method is preferred because it is economical to produce mullite based porous ceramic materials and easily applicable. Depending on the desired application area, the amount of pores, pore size and distribution expected from the porous material are changing. In this thesis, porous mullite ceramics with uniform pore size and porous mullite ceramics with functional graded material design were produced. A preferred type of sponge polyurethane foam for the polymeric sponge process. Polyurethane foam is preferred in the current study because it can be easily removed from the structure at relatively low temperatures. Thermal behaviors of polymeric sponge was investigated by TG-DTA analysis. The effect of sintering temperature, time and rate on the development of mullite morphology in kaolin mullite production process was studied by sintering porous ceramic samples at 1300-1600°C. The phase compositions of the sintered samples were analyzed by XRD analysis. Microstructure studies of mullite ceramics were carried out by SEM analysis. The shrinkage behavior, density and compressive strength of porous mullite ceramics were determined depending on the production conditions.