Porselen üretiminde kuvars yerine zeolit ilavesi etkisinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, porselenlerin üretiminde kullanılan kaolen, feldspat ve kuvarstan oluşan reçetede, kuvarsın yerine kısmen veya tamamen doğal zeolit kullanımı denenmiş ve bunun malzemenin fiziksel ve mekaniksel özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir.Z0, Z5, Z15 ve Z25 olarak kodlanan dört bileşim üzerinde çalışılmıştır. Temel olarak %45 kaolen + %30 feldspat + %25 kuvarstan ibaret bir elektroporselen bileşimi seçilmiş ve Z0 olarak kodlanmıştır. Z5 bileşimi %45 kaolen + %30 feldspat + %20 kuvars + %5 zeolit, Z15 bileşimi %45 kaolen + %30 feldspat + %10 kuvars + %15 zeolit ve Z25 bileşimi ise %45 kaolen + %30 feldspat + %25 zeolit içermektedir. Kuru olarak preslenip şekillendirilen bileşimler kurutma sonrası 1150, 1200, 1250 ve 1300°C'de 30, 60 ve 90 dakikalık sürelerle sinterlenmiştir.Üretilmiş numunelerin karakterizasyon çalışmaları çerçevesinde ağırlık kaybı, pişme küçülmesi, bulk yoğunluk, görünür gözenek, su emme miktarı, mikroyapı, özdirenç gibi fiziksel özellikleri, sertlik, kırılma tokluğu, basma mukavemeti gibi mekaniksel özellikleri incelenmiş ve sinterleme kinetiği çalışılarak sinterleme için gerekli aktivasyon enerjisi ve XRD analizi ile sinterlenmiş ürünlerde oluşan fazlar tespit edilmiştir.Yapılan çalışmalar sonrasında, ürünlerin sinterlenmesi için 1150°C'nin yeterli gelmediği, 1300°C'nin ise bu ürünler için aşırı bir sinterleme sıcaklığı olduğu tespit edilmiştir. Zeolit ilavesi sinterleme sıcaklığı ve süresini düşürerek sinterleme işlemini kolaylaştırmakta, oluşan camsı faz ve müllit miktarını arttırmaktadır. En iyi sinterlemenin ise 1250°C'de 60 dakikalık sürede elde edildiği görülmüştür.

In this study, instead of quartz partially or fully natural zeolite was used in the porcelain composition which contains kaolin, feldspar and quartz. Then the effect of natural zeolit usage on mechanical and physical properties of final products was investigated.Four compositions marked as Z0, Z5, Z15 and Z25 were studied. Basically, an electro-porcelain composition consisting of 45 wt% kaolin, 30 wt% feldspar and 25 wt% quartz was selected and marked as Z0. Z5 composition contains 45 wt% kaolin, 30 wt% feldspar, 20 wt% quartz and 5 wt% natural zeolite. Z15 consists of 45 wt% kaolin, 30 wt% feldspar, 10 wt% quartz and 15 wt% natural zeolite. Z25 content is 45 wt% kaolin, 30 wt% feldspar and 25 wt% natural zeolite. The samples were shaped by pressing as dry. After drying in an oven, the samples were sintered at 1150, 1200, 1250 and 1300°C temperature for 30, 60, 90 minutes.In the characterization studies of sintered samples, physical properties such as weight loss, firing shrinkage, bulk density, open porosity, water absorption, microstructure, electrical resistivity and mechanical properties such as hardness, fracture toughness, compressive strength were tested. The sintering kinetic was studied to find activation energy which is necessary for starting of sintering. The phases formed during the firing process in the sintered samples were determined by XRD analysis. Microstructure investigation was carried out by optical microscopy, SEM and EDS techniques.The studies show that 1150°C temperature is not enough for sintering of samples and 1300°C is an extreme sintering temperature for these products. The addition of zeolite decreases sintering temperature and time leading to easy sintering process and increases the amount of glassy phase and mullite formation. The optimum sintering process was achieved at 1250°C temperature with a period of 60 minutes.