Porselen Üretiminde Kullanılan Hammaddeler

Porselen kelimesi, bir cins midyenin İtalyanca ismi olan “porcella” kelimesinden türetilmiştir ve bu porcella kelimesini Çin’den getirilen porselen ürünler için ilk olarak Marco Polo kullanmıştır. Porselenin kısaca bir tanımını yapacak olursak, üç eksenli seramik bir malzeme olarak kısaca tanımlayabiliriz. Üç eksenli seramik malzeme denmesinin nedeni ise genellikle silika, kaolen ve feldispatdan meydana gelmesidir. Genellikle  porselen yapı %25 kuvars, %50 kaolen ve %25 feldispatdan oluşmaktadır. Diğer bir şekilde ifade etmek gerekirse “bisküvi (gövde) ve sır olmak üzere iki kısımdan oluşan bir kitle” şeklindedir.

Porselenin Özellikleri Nelerdir?

• Porselenin sertliği yüksektir. Buna karşın darbe dayanımı ise düşüktür.

• Diğer seramik malzemeler gibi bünyesinde gözenek içermez. Gözeneksiz bir yapıya sahiptir.
• Isıl şoklara karşı dayanıklı bir malzemedir.
• Beyaz renge sahiptir.
• Elektrik ve ısıyı yalıtmaz bu özelliği de onu yalıtkan bir malzeme haline getirir.

Bileşimlerine göre porselen türleri aşağıda verildiği gibi sınıflandırılabilir:

• Sert porselen,
• Yumuşak porselen,
• Elektro porselen,
• Steatit porselen,
• Frit porselen,
• Kemik porselen,
• Sağlık gereçleri porseleni,
• Laboratuvar gereçleri porseleni,
• Diş porseleni.

Aşağıdaki çizelgede en iyi sert porselen bünyesine ait spesifikasyonlar verilmiştir.

Porselen Hammaddeleri Nelerdir?

Porselen hamuru üretiminde kullanılan temel hammaddeler kaolen, feldispat ve kuvarsdır. Porselen çok beyaz ve transparan bir malzeme olduğundan ötürü Fe₂O₃ oranı çok düşük tutulmalıdır. Çünkü bu bileşik porselenin rengini bozacaktır. Bunun için kaolinit oranı fazla olan plastik kaolenler kullanılmalıdır.

Kaolen

• Kaolen yapıdaki bulanan kristal suyunu yaklaşık 300°C- 450°C arasında kaybeder ve bu hammaddenin ergime sıcaklığı yaklaşık 1730°C- 1800°C ve sinterleşme sıcaklığı ise 1410°C’ dir.
• Bu bileşik miktarı madde de çoğaldığı oranda karışımın pişme derecesini yükseltir ve aynı zamanda ısı değişikliklerinden etkilenmez. Karışım maddenin gözenekliliğini iri taneli kaolen, yükseltir. Böylelikle kuru küçülme ve çekme azalır. Tane boyutu azaldığı durumda ise yani küçük taneli kaolende ise bunun tam tersi bir durum gerçekleşir.
• Alüminyum hidrosilikat bileşimli bir kil minerali(Al₂Si₂O₅(OH)₄) kaolen hammaddesini oluşturan en önemli mineraldir.

Feldispat

• Feldispatlar kil ve kaolenlerin ana kayasıdır ve kimyasal olarak alkali alümina silikatlardır. Ergime derecesi kil ve kaolenlere göre daha düşüktür. Bünyesindeki Na₂O, K₂O oranına bağlı olarak camlaşmayı yani sinterleşmeyi kolaylaştırırlar.
• 3 faklı feldispat türü vardır ve bunlar reaksiyonları ile birlikte aşağıda verilmiştir.
  • Kalifeldispat (Potasyum feldispat), ortoklaz : K₂O. Al2O₃.6SiO₂
  • Natronfeldspat (Sodyum feldispat), albit : Na₂O. Al₂O₃.6SiO₂
  • Kalkfeldispat (Kalsiyum feldispat), anortit : CaO. Al₂O₃.6SiO₂

• Feldispat ergimeye 1100°C’den sonra başlayarak sıvı fazı oluşturur ve camlaşma sonucunda kuvars ve kaolen taneciklerinin etrafını çevreler ve bunun sonucunda hem bunları ergitir hem de kendisi ergir. Feldispat oranının artması ürün bileşiminde sıvı faz ve cam faz miktarının artması demektir. Böylelikle porozite ve su emme değerleri de azalır. Ancak bu durum camlaşma yüke dayanımı olumsuz etkiler.

Kuvars

• Doğada bol miktarda bulunan SiO₂ veya diğer adı silis, kuvars halinde SiO₂ bileşimindedir. Kuvarsın içinde teorik %46,7 Si ve %53,3 O bulunur. Sertliği 7 mohs özgül ağırlığı 2,7 gr/cm³ ‘tür. Kuvarsın 4 allatropu vardır.
• Kuvars kristalleri tabiatta 3 şekilde bulunur. Bunlar: kuvars, kristobalit, tiridimittir. Bu üç farklı kuvars kristali sıcaklık değişimiyle ya da basınç ile birlikte birbirlerine veya daha farklı olan kristal yapılarına dönüşebilmektedir.

Aşağıda Kuvars, tridimit ve kristobalitin allatropik dönüşümleri verilmiştir.

Bu dönüşümlere baktığımızda üç kristalden yalnız kuvars doğada bulunmaktadır. Diğer 2 kristale ise yalnızca göktaşlarında rastlanmıştır. Tridimit ve kristobalit allatropik dönüşüm sonucunda oluşmaktadır. Bu dönüşüm ise sıcaklığın etkisi ile gerçekleşmektedir ve dönüşüm sırasında bir kristalin diğerine dönüşümü çok yavaştır. Teoriye göre dönüşümlerde Si-O₂ arasındaki bağlar kopar ve tetrahedralar bozularak farklı şekillerde bir araya gelmektedir.

Mühendislik kategorisindeki diğer makalelerimizi de okumanızı tavsiye ederiz!