Son yıllarda teknolojik gelişmeler doğrultusunda malzemelerden beklenen performans artmıştır. Bu sebepten dolayı yeni üretim metodları geliştirilmiştir. Sol-jel yöntemi 1800’lü yıllarda geliştirilen bir yöntem olup ileri teknoloji seramiklerinin üretiminde sıkça tercih edilmiştir. Fakat sol-jel yöntemi üzerine 1930’ların başlarından itibaren daha çok çalışmalar yapılmıştır.
Sol-jel yönteminde ilk olarak çözelti hazırlanır, daha sonra jelleştirilir ve çözücü sistemden uzaklaştırılarak cam-seramik, seramik, cam veya kompozit malzemeler üretilir. Sol-jel metodunda üretilmek istenen malzeme için temel bileşikleri içeren bir çözelti kullanılır. İlk aşama olarak ince koloidal tanecikler ve polimerlerin oluşmasıyla sol (çözelti) elde edilir, daha sonra oluşan reaksiyonlar sonucunda jel oluşur. Çözelti düşük sıcaklıklarda jele dönüştürüldükten sonra kalıba alma, fiber çekme ve kaplama yöntemleri ile malzeme şekillendirilir. Bu yöntemde ürün, şekillendirilen jelin yüksek sıcaklıklara ısıtılmasıyla oluşur.
SOL-JEL SİSTEMLERİ
Sol-jel yöntemi iki temel gruba ayrılmaktadır. Bu iki sistemi ayıran kullanılan başlangıç maddesidir.
a) KOLLOİDAL JELLERİN OLUŞTURDUĞU SİSTEMLER
Bu sistemler, sulu ya da susuz ortamda kolloidal boyutta kristal olmayan partikülleri kullanarak metal oksit çözeltilerinin hazırlanmasına dayanır. Bu partiküller 500 nm ve altındaki boyutlardadır ve optik mikroskopta gözlenemezler. Bu sistemde hedeflenen, sulu çözelti içerisine metal bileşikleri kolloidal olarak yaymaktır.
b) POLİMERİK JELLERİN OLUŞTURDUĞU SİSTEMLER
Sol-jel hazırlamada en yaygın kullanılan başlangıç maddeleri metal alkoksitlerdir. Metal alkoksitler, suyla kolayca reaksiyona girebilmeleri nedeniyle en çok tercih edilen başlangıç maddeleridir. Metal alkoksitlerin hidroliz ve polikondensasyon reaksiyonları, sol-jel üretiminde ana kimyasal mekanizmayı oluşturur. Jelleşme noktasında hidroliz ve kondenzasyon hızları farklı polimer yapılarına sebep olmaktadır. Hidroliz ve kondenzasyon hızları; su miktarı, katalizör türü, solüsyon konsantrasyonu ve sıcaklık gibi parametrelerden etkilenir. Metal alkoksitlerin hidrolitik polikondenzasyon reaksiyonları, kullanılan alkoksit bileşiklerin cinsine, bunların oranlarına, reaksiyon ortamında kullanılan katalizöre (ph), suya, reaksiyon süresine ve sıcaklığa bağlı olarak farklı dağılım gösterirler. Jelleşme olayı, hidroliz ve kondensasyon reaksiyonlarının oluşması ile yürümektedir. Çözeltideki polimerik yapı, kondensasyon reaksiyonlarıyla büyüdükçe, bir demet bütün solüsyonu kaplayana kadar geniş demetler halinde birbirlerine bağlanırlar. Reaksiyon parametrelerinin kontrolüyle cam ve seramikler, cam-seramik fiberler, kaplamalar, toz üretimi mümkün hale gelir.
SOL- JEL KAPLAMA YÖNTEMİ
Sol-jel metoduyla cam, seramik, metal ve polimerik yüzeylerin kaplanması yüzeylerin optik, elektronik gibi özelliklerini iyileştirmek için yapılır. Sol jel prosesinin kaplama alanındaki imkanlarını öngörebilmenin en iyi yolu ürün ve proses için ihtiyaçları net olarak ortaya koyabilmektir.
Kaplama işlemi için çözeltiler kullanılır. Kaplanacak yüzeye çözeltilerin uygulanmasında üç farklı yöntem vardır. Bunlar daldırma, döndürme ve menisküs tekniğidir. Daldırma tekniği, belirli sıcaklık ve atmosferik koşullar altında kaplanacak numunenin çözeltiye daldırılması ve belirli bir çekme hızıyla çekilmesi olarak tanımlanabilen bir yöntemdir. Döndürme tekniğinde bir miktar çözelti, dönen kaplanacak plaka üzerine damlatılır ve santrifüj gücüyle plaka kaplanır. Menisküs tekniği ise altlık ters pozisyonda kaplanmaktadır, yani alt yüzey kaplanır.
SOL- JEL YÖNTEMİNİN AVANTAJLARI
- Düşük ergime sıcaklıklarında ve ergime süresinde cam malzemeler üretilebilir.
- Düşük sıcaklıkta cam üretildiği için enerji sarfiyatı azdır.
- Düşük sıcaklıkta olduğu için buharlaşmayla oluşan kayıplar ve hava kirliliği azdır.Proses sırasında zehirli gazlar ve sonrasında atık maddesi bırakmadığı için zararsız yani çevreci bir yöntemdir.
- Yüksek saflıkta cam üretilebilir.
- Filmler gibi özel ürünler elde edilebilir.
SOL- JEL YÖNTEMİNİN DEZAVANTAJLARI
- Hammaddeler pahalıdır.
- Kurutma ve ısıya dayalı işlemler sırasında, elde edilen jelin bütünüyle büzülmesiyle kurumuş ve kalsinasyonlu yapıda mikro ve makro çatlaklar meydana gelebilir. Aynı zamanda eğer ısıya bağlı oluşum basamağı tam olarak tamamlanmazsa kalan solüsyon ve karbonlu tortular, şişme ve istenmeyen organik bileşikler gibi çeşitli bozukluklara yol açabilir.
- Zaman alıcı ve çok aşamalı bir yöntemdir.
Nedir? kategorisindeki diğer içerikleri de okumanızı tavsiye ederiz!
