Development of porous ceramics for air diffuser applications

Abstract

Bu tezde 1 bar basınç altında hava kabarcığı oluşturabilen gözenekli seramiklerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda değişik kompozisyonlara sahip örnekler test edilmiştir. Çalışılmış olunan incetaneli alumina (superground alumina) başarılı olmamıştır. Bunun nedeni parçaçık büyüklüğünün ufak olması ve gözeneklerin kapalı olmasından dolayı seramikten hava geçişinin engellenmesidir. Mısır nişastasının organik gözenek oluşturucu olarak incetaneli aluminaya eklenmesi sisteme ciddi bir katkı sağlamamıştır. Bunun nedeni oluşan gözeneklerin kapalı olması ve hava transferini sağlamamasıdır. Kil, quartz ve mısır nişastası sisteminde küçük bir başarı elde edilmiştir ancak başta amaçlanan 1 bar da geçirgenlik sağlanamamış daha yüksek basınçlarda geçirgenlik sağlanabilmiştir. Bayer alumina agglomere olan yapısından dolayı gözenek miktarını arttırmaktadır. Bu nedenle ince taneli alumina Bayer alumina ile değiştirilmiştir. Mukavemeti arttırmak amacıyla sisteme kuvarz eklendi ve seramiğin kolay şekillenmesini sağlamak için sisteme kil eklendi. Bunlar sonucunda başarılı örneklere ulaşıldı. %50 Bayer alumina ve %50 kil içeren örnek, suyun oksijenlendirilmesinde çok başarılı oldu. Ancak mukavemeti %50 Bayer alumina, %20 kuvarz ve %30 kil içeren örneklerden daha az olarak ölçüldü. Bu son örnekler (Bayer alumina, kuvarz ve kil içeren) daha yüksek mukavemet değerine ve az miktarda düşük oksijenlendirme oranına sahiptir. Birçok farklı uygulamada suyun oksijenlendirilmesinde seramiklerin hava difüzörlerinin kullanımı yarar sağlayabilecektir.

Porous ceramic for bubbling air into water at 1 bar of pressure was successfully developed. Different compositions were tested. The use of superground alumina was not successful because the particle size was too small and the pores were closed thereby forbidding any air transport through the ceramic. Additions of corn starch to this material did not help much because any contribution of porosity was closed porosity and that was useless in air transport. Limited success was accomplished when clay, quartz and corn starch were used but this time the pressure needed to produce a reasonable amount of bubble in water was higher than 1 bar which was the initially set goal for this project. Bayer alumina was used as a replacement for superground Alcoa alumina to help with porosity because these powders are well known to be agglomerated and to offer high amount of porosity. Smaller fraction of quartz was added to help with strength and clay to assist in forming and very good results were obtained. Ceramics made from 50% Bayer alumina and 50% clay provided very good oxygenation of water. However, their strength was not as good as samples made from 50% Bayer alumina, 20% quartz and 30% clay. These latter samples had higher strength and slightly lower oxygenation. The use of these ceramics as air diffusers can help oxygenate water which is needed in a lot of different applications.