Al2 O3-BaO-CaO-SiO2 dörtlü sisteminde katı halde faz bağıntıları

Abstract

ÖZET Bu araştırmada Aİ2O3 - BaO - CaO - Si02 dörtlü sistemini oluşturan Aİ2O3 - CaO - SİO2; BaO - CaO - SİO2; AI2O3 - BaO - CaO ve Aİ2O3 - BaO - SİO2 üçlü sisteminin katı halde faz bağın tıları incelenmiş olup, deneysel çalışmalar iki grup içinde yürütülmüştür. Birinci grup deneysel çalışmalar içinde ikili denge diyagramları tek tek ele alınmış ve herbir sistemde varolan ara kimyasal bileşikler ayrı ayrı incelenmiştir. İkinci grup deneysel çalışmalar içerisinde ise, üçlü denge diyagramları tek tek ele alına rak Alkemade doğru ve üçgenlerinin durumu saptan mıştır. Araştırma konusu dörtlü sistemin Alkemade doğru ve üçgenlerinin saptanmasında Philips marka (PW 1140/90) X-ışınları difraktometresi kullanıl mıştır. X-ışınları difraktometre cihazı, bakır hedef maddeli X-ışınları tübü ile 40 Kv-30 mA de çalıştırılmıştır.II Kristal yapıdaki kimyasal bileşiklerin X- ışınları difraktometresi ile incelenmesinde ön görülen ana prensip, her kristalin maddenin bir diğerinden farklı karakteristik bir diyagram ver mesi esasına dayanır. İncelemesi yapılan numune nin birden fazla kimyasal bileşik içermesi ha linde elde edilen X-ışınları diyagramında, her- bir kimyasal bileşiği simgeleyen karakteristik çizgiler bulunacaktır. Alkemade doğrularının birbirini keseme- yeceği ve gerçek bir Alkemade doğrusunda Alkemade doğrusunun köşelerini oluşturan kimyasal bileşik lerin karakteristik X-ışınları verilerinin, söz konusu Alkemade doğrusu üzerinde alınan herhangi bir alaşımda var olması gerektiği hususları, araştırma boyunca göz önünde tutulmuştur. Gerçek olduğu varsayılan bir Alkemade üçgeninin içinde ise seçilen herhangi bir numunenin X-ışınları verilerinin, söz konusu Alkemade üçgeninin köşe lerini oluşturan kimyasal bileşiklerin X-ışınları verilerinden ibaret olması gerekmektedir. Numune de başlangıç maddelerinin veya iki (Alkemade doğ rusu) ve üçten (Alkemade üçgeni) fazla kimyasal bileşiğin X-ışınları verilerinin bulunması ha linde, denge koşulları yerine getirilememiş de mektir. Bu durumda numunenin yeniden öğütülerek farklı ısıl işlemlere tabi tutulması gerekir. Bu amaçla araştırma sırasında, 1200 C sıcaklığa kadar Heraeus marka KR-170 tipi, 1500 C sıcaklığa kadar Heraeus marka KS-120 tipi ve 1700°C sıcaklığa kadar Lindberg marka CP-IR tipi fırın kullanılmıştır. Alkemade doğru ve üçgenlerinin saptanması amaciyle hazırlanan 400 den fazla numunede tar tım hata oranı İ %0,01 mertebesinde tutulmuştur.Ill Aİ2Û3, BaO (BaC03), CaO (CaCC^) ve SİO2 oranları hesaplanan ve tartımları yapılan numuneler, agat havan içerisinde öğütülüp karıştırılarak platin krözelerde ve atmosfer basıncı altında ısıl iş leme tabi tutulmuştur. Pırından çıkartılarak soğutulan herbir numune tekrar öğütülmüş ve daha önce saptanan ergime sıcaklığının 50 ilâ 100°C altındaki bir sıcaklıkta yeniden bir ısıl işleme tabi tutulmuştur. Denge koşullarının sağlana bilmesi amaciyle farklı sıcaklıklarda ısıl iş leme tabi tutulan numuneler, değişik zaman ara lıklarında fırından çıkartılarak öğütülmüş ve yeniden fırına verilmiştir. Reaksiyon tamamla nıncâya kadar sürdürülen bu işlemlerden sonra, numune fırında soğutulmuş ve agat havan içeri sinde toz haline getirilerek X-ışınları difrak siyon diyagramları alınmıştır. Deneysel çalışmalar sonunda elde edilen sonuçlar 13 madde halinde özetlenmiştir.

SUMMARY In this study, the solid state relation ships of the ternary systems Aİ2O3 - CaO - SİO2? BaO - CaO - Si02; Aİ2O3 - BaO - CaO and Aİ2O3- BaO « SİO2 which form the quaternary system of AI2O3 *- BaO - CaO - Si O2 were investigated and the experimental procedures concerned were carried out in two stages. At the first stage, `binary phase diagrams were considered one by one and the intermediate chemical compounds of each system were discussed separately. At the second stage, ternary phase diagrams were also investigated separately in the purpose to determine the Alkemade lines and triangles of these systems. A Philips (PW 1140/90) X-ray diffract ometer with a copper target tube operated at 40 Kv-30 mA was used for the determination of Alkemade lines and Alkemade triangles of the quaternary system of this research.İl The investigation of crystalline chemical compounds by X-ray diffraction method is based on the principle that crystalline materials give characteristic X-ray diffraction lines different from eachother. In case the investigated sample contains more than one chemical compound, charac teristic lines defining each chemical compound will be seen on the X-ray diffraction diagram obtained. All along the present investigation, the facts that Alkemade lines cannot be intersected and that on a real Alkemade line, characteristic X-ray data of the chemical compounds which form the ends of the Alkemade line should also be found at any point of that Alkemade line were taken into consideration. The X-ray data of any sample chosen in an Alkemade triangle considered as real should be composed of the X-ray data of chemical compounds which form the corners of the said Alkemade triangle. The equilibrium conditions are not established when the X-ray diagram of a sample contains the X-ray data of the raw materials or the X-ray data of more than two (Alkemade line) and three (Alkemade triangle) chemical compounds. In such a case the sample must be reground and heat-treated again at different temperatures. In this purpose, for temperatures up to 1200 C a Heraeus KR-170 type furnace, for tempera tures up to 1500°C a Heraeus KS-120 type furnace, and for those up to 1700°0 a Lindberg CP-IR type furnace were used. More than 400 samples, prepar ed to determine the Alkemade lines and triangles were weighed at an accuracy of ± 0,01 $. These samples of which the ratios of Aİ203,BaO(BaC03), Ca0(CaC03) and SİO2 had been computed were ground in an agate mortar and heated in platinum crucibles under atmospheric pressure. Each sample, allowedIll to copX outsits the furnace, was regrpuııd,.9ffd Te^ f$^Jtö;^ie^ tei^r'jEt*^^ series which were1 'h^t J; #&^'iBd; ; ®b/ di f f er eniib, ^gniper^uree` Jiver e rlŞÖt%; İA. ^rl/puö^t ervai s ptrt of` tî^ş :.fumade f re- ^rpTİla! lid ;rf İfed; iiı`: order ` tp& 'get* Jt&e.; şojİjŞt, state 'e^uiB-lferîMı conditions'` established^ Aİ%er 'these experimental procedures carried out until compl etion^ pfo the.,reac;j$pnf... the.v^samp^ehwa.s,t^enchf d by ı»ta^^^oî^^^^'' f u'rnape^.^, w^, Tpfipçfaşjifc in an /agsrt «£ 'iioriar;'o.Ja^f inelf gr^n;cf ' )pw^rrp^'whi ch t he % £-rây j di f f ract i on,', di agr^ra^ was,. p pi&ai^ifc l`,1 The results, get at the şnd,,pfi;the,3 experiments : w i: fj.jt J. ö V' rj` 1. i_BiT£ V^ i,1 Q afce mentioned below - In the quaternary `'`system ``Aİ2Ö3 ~ BâÖ^ - öaÖ - SİO2 4 p/<ıre, ]j8 binary and 7 ternary chemical, pom- JÜ,i--nkö'''ar!9,s'preşeitr'J ',` '¦```.'``'* ;': ''`J `'?.`'` -*;7 &b&-ray' diffraction data^pf'^â^{4İpent from those mentioned actually `on ASTI cards) are.presented as an originality of this research work. - It is determinated that the binary compounds Ü4A, BşA, B7A, BsA and B10A (the presence of which was pretended by other investigators) do not exist in the binary system AI2O3 - BaO, «^ `It is also determinated that the binary inter mediate, compounds Ö3A5 and C5A3 proposed,by other investigators do npt exist in the binary system AI2O3 - CaO. - ^xi is proved in this research work that theIV binary intermediate compounds B3S5 and 355.3, which were pretended by other investigators to be existent in the intermediate ragion B2S3 - BS2 of the binary equilibrium diagram BaO - SİO2, are not present in the system and that the said area is a region of solid solu tion. It is proved that the ternary intermediate chemical compound B3CA proposed by other in vestigators is not existent in the ternary system Aİ2O3 - BaO - CaO. The solid state relationships of the ternary system AI2O3 - BaO - CaO are presented as an originality of this investigation. It is proved in this research work that the Alkemade triangle BS2 - BC2S3 ~ B2S3 °f tke ternary system BaO - CaO - SİO2 is a region of solid solution. It is proved in this investigation that the Alkemade triangle BS2 - B2S3 - BAS2 of the ternary system AI2O3 - BaO - SİO2 is a region of solid solution. New X-ray data, different from those mentioned actually on ASTM cards, of the ternary inter mediate compound BAS2 agreed by other invest igators to be existent in the ternary system Aİ2O3 - BaO - SİO2 are given as an originali ty of this research work. The solid state relationships of the ternary system Aİ2O3 - BaO - SİO2 are presented as an originality of this investigation.The existence of 81 Alkemade lines and 54 Alkemade triangles in the ternary systems A12°3 - Ca0 - si02» Ba0 *- °a0 - SİOgî AI2O3- BaO - CaO and AI2O3 - BaO - SİO2 which form the quaternary system Aİ2O3 - BaO - CaO - Si02 is proved in this study. The layout of the phase diagram (schematic) showing the solid state relationships of the quaternary system AI2O3 - BaO - CaO - Si02 is given as an originality in this research work.