T.C SAKARYA ÜNİVERSİTESİMETALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ

YALITIM SERAMİKLERİ

1250Y10065

BİLGEHAN GÜVEN

SERAMIKLERIN GENEL ÖZELLIKLERI

Çoğu seramikler metalik ve nonmetalik elementler

arasında oluşan bileşiklerdir.

Atomlar arası bağlar; tamamen iyonik veya iyonik +

kovalent olabilir.

Genellikle sert ve kırılgandır.

Genellikle elektrik ve ısı yalıtkanıdır.

Opak, yarı-saydam veya saydam olabilir.

Geleneksel seramikler- kil esaslıdır

(çini, tuğla, fayans, porselen), camlar ve yüksek

sıcaklık seramikleri.

SERAMIK YÜNÜ (CERAMİC FIBRE)

Seramik yünü çok yüksek sıcaklıklarda kullanılan

lifli bir malzemedir. Taşyününün kullanılamadığı

1.200- 1.400 oC sıcaklıklar için kullanılır.

Rulo, levha, dökme şekillerinde bulunur. Beyaz

renklidir. Yoğunluğu malzemenin şekline göre 100-

150 kg/m3 arasında değişir. Yumuşak bir malzeme

olup, levha tiplerinin dahi basınca dayanımı fazla

değildir.

En önemli özelliği yüksek sıcaklığa dayanabilmesidir.160 kg/m3 yoğunluktaki

rulo tiplerinin ısı iletkenlikleri Çizelge 2,2’de verilmiştir.

Seramik yünü yanmaz. Hidroflorik asit ve fosforik

asit dışında diğer asitlerden etkilenmez. Islanma ve

diğer özellikler bakımından diğer lifli malzemelere

benzer nitelikler taşır. Ülkemizde üretimi

olmayıp, ithal edilmektedir.

Fiyat yönünden tüm lifli malzemelere oranla en

pahalı olanıdır. Seramik yünü, diğer lifli

malzemelerde olduğu gibi rulo, levha, halat vs.

şeklinde bulunur. Prefabrik boru halinde üretilemez.

KALSIYUM SILIKAT (CALCIUM SILICATE)

Kalsiyum silikat, mineral esaslı bir yalıtım

malzemesi olup levha, boru, sprey veya form

verilmiş özel parçalar halinde kullanılmaktadır. Aynı

zamanda su ilavesiyle sertleşen toz halinde de

bulunmaktadır. 1100oC’ye kadar dayanan türleri

mevcut olduğundan genellikle yüksek sıcaklık

yalıtımlarında kullanılır. Yoğunlukları 190-200 kg/m3

arasındadır. Basınç dayanımı çok yüksektir: 8 -10

kg/cm2’dir. Isı iletkenlik katsayıları oldukça

düşüktür.

24 saat sonra:

Kalsiyum silikat malzemeler yangın yalıtımı için de elverişli bir malzemedir.

Sıcaklığa bağlı olarak rötre (büzülme) durumu şöyledir:

İZOLASYON TUĞLALARı VE HAFIF ATEŞ

TUĞLALARı

Fırınlarda ve ısının var olduğu her türlü

konstrüksiyonlarda ısı izolasyonu için yüksek

gözenekli (%40 ile %70) izolasyon tuğlalar

kullanılır, ancak bunlar ateşe dayanıklı değildir.

Bunların "üretiminde, ya içerdikleri yanıcı

maddelerle (odun talaşı, linyit kömürü, naftalin)

yüksek gözenekli hammadde, (kieselgur) kullanılır

ya da dikkatlice kurutulan stabilize edilmiş

köpüklerden yararlanılır, İzolâsyon tuğlalarının

büyük bir kısmı alüminyum silikat esaslıdır

Havanın kötü iletken olmasından yararlanılarak

üretilen bu malzemelerin ısı tutma etkisi, gözeneğin

dışında gözeneğin büyüklüğün ve gözenek

dağılımına da bağlıdır. Kieselgur tuğlaları, oldukça

düşük ısı iletme kabiliyetine sahiptirler. Bunlar, oda

sıcaklığından 1000 °C ye kadar yaklaşık 0,07 ile 0,1

W/m.K ısı iletme kabiliyeti gösterirler. Ancak

kieselgur tuğlalar, 900 °C ye kadar hacim

dayanımına sahiptirler.

Son yıllarda, ısı izolasyonu için seramik bağlantılar

ve bunlardan üretilen dokuma battaniye ya da plaka

türü malzemeler de kullanılmaktadır. Ergitilen ve

0,003 mm kalınlığa kadar lifli halde işlenebilen

kaolin ve benzeri maddeler, yaklaşık 1500 °C ye

kadar kullanılmaktadır. Seramik fiber adı verilen bu

izolasyon malzemeleri, ergiyik metal ya da sıvıların

temas etmediği fırın atmosferinde, klasik refrakter

malzemelere nazaran daha ince olarak, montajı ve

kolaylıkla yapılabilecek şekilde ülkemizde de yaygın

kullanılmaktadır.

Metalürjide, kimya endüstrisinde, enerji üretiminde ve seramik endüstrisinde fırın yapımında ateş betonunun kullanımı giderek artmaktadır. Dökülebilir refrakter adı da verilen ateş betonu, şamot, korund veya silika gibi ateşe dayanıklı granül maddelerden ve kimyasal ya da hidrolik sertleşebilen bağlama maddelerinden meydana gelir. Karışım, genellikle su ile hazırlanır ve beton teknolojisine uygun olarak doldurma, sarsma, dökme ile büyük bloklar halinde tuğla formuna getirilebilir ya da direkt olarak fırın içerisine tatbik edilir. Bu teknolojinin üstünlüğü, yapım ve tamirat sürelerini çok kısaltması ve pek az işletme maliyeti olmasıdır.

Ateş betonunun ateş dayanımı, yüksek sıcaklıklarda bağlantı malzemesinin, karakteristiklerine bağlıdır. Kimyasal bağlayıcı olarak, su camı ya da fosforik asit kullanılabilir. Örnek olarak, şamot grandi ateş betonunda %15 ile 25 su camı ve bağlantı hızlandırıcı olarak da %10 ile 15 Na2SiF6 ile yüksek alkalilere karşı 900 °C ye kadar kullanılabilir. Buna karşılık %15 ile 30 portland çimentosu ile bağlantılı şamot 1150 °C ye kadar kullanılabilir. Kuvarsit ve su camı bazlı olarak üretilebilen silika beton, alkalilere ve sülfirik asitle çok şiddetli reaksiyon yaptığından ve bunun sonucu sertleştiğinden dolayı, 1500 °C ye kadar kullanılabilir.

Genel olarak yüksek kullanım sıcaklıkları için/bağlama

maddesi olarak alüminyum oksit bağlama çimentosu

kullanılır. Bu çimento, alüminyumoksit ve

kalsiyumoksidin ark fırınında ergitilmesiyle elde edilir. Bu

esnada CaO. Al2O3, Ca0.2Al2O3 ve alfa- Al2O3

teşekkül eder. Kalsiyum alüminatın hidrolik özellikleri

betonun bağlantısını etkiler ve diğer iki faz ateşe

dayanımı sağlar. %40 Al2O3’lü alüminyum oksit ergitme

çimentosu yaklaşık 1300 °C ye ve, yüksek kaliteli şamot

ilavesiyle 1400 °C ye kadar kullanılabilir. Ayrıca, %65 ile

70 Al2O3'lü çimento ile yüksek kaliteli refrakter

alüminyum oksitlerle takviye edilerek, 1550 ile 1750 °C

ye kadar çıkılması mümkündür.

Hidrolik bağlantılı ateş betonunda biraz dikkatli

olunmalıdır. Isıtmada bağlantı maddesinin hidrat

fazında suyun alınmasından dolayı, tuğlanın ısıtılan

bölgesinde mekanik dayanım düşer.

Ancak, seramik bağlantılar katılmasıyla tekrar

iyileşme görülür. Tek yanlı ateşe maruz kalan ateş

betonu elemanlarında, bu koşulun etkisi yoktur. Bu

durum, su camı bağlantılı betonlarda görülmez.

Ateş betonu, sıcaklık değişimlerine karşı yüksek

dayanıma (15 ile 25 hızlı soğutma ve daha çok)

sahiptir. Cüruf tahribine karşı, %29 ile 30 kadar olan

yüksek gözeneğinden dolayı pek dayanıklı

değildirler. Keza, aşınma dayanımı da pekiyi

"değildir. Süngerimsi maddeler, hafif şamot ya da

pomza taşı ilavesiyle, 500 ile 1000 kg/m3 ham

özgül ağırlıklı afif ateş betonu da üretilebilir.

Ayrıca, sıkıştırma maddesi ya da plastik olarak

kullanım da olanaklıdır. Hamur haline getirildikten

sonra, tamir amacıyla kullanılabilir ya da plastik

olarak tatbik edilebilir. Kimyasal ya da hidrolik

bağlayıcı madde içermediklerinde, kullanım

sıcaklığı civarında dayanımda önemli ölçüde

yükselme meydana gelir.

zolasyon refrakterlerinin kullanılmasındaki

avantajlar şöyle sıralanabilir;

a) Isı kaybı düşük ve ısı depolama kapasitesi

yüksek olduğundan yakıt sarfiyatı azalır.

b) Sıcaklık yükselme zamanı kısaldığından kullanım

yerinde üretim artar.

c) Fırın sıcaklıklarının hızlı değişmemesi nedeniyle

operasyon kontrolunda kolaylık

sağlar.

d) İzolasyon refrakterlerinin hafif olmasından, fırın

hacmi ve ağırlığı düşer.

e) Yüksek izolasyon etkisi nedeniyle daha ince

duvarların yapılabilmesinden ekonomi

sağlanır.

İzolasyon harçlarından (castable) bir grubu hazır

karışım şeklinde olup, yalnız su

ilavesi ile tatbik edilebilir.

Diğer önemli fırın izolasyon malzemeleri

asbest, kalsine diatomit ve kaya yünüdür.

Çimento olarak dökme ve blok şeklinde temin

edilebilir. Büyük miktarlarda kullanılmasına

karşılık, izolasyon ateş tuğlalarına göre refrakterliği

düşük ve kırılgandır.

KALSIYUM SILIKAT MALZEMELER

1100 0C sıcaklıklara kadar dayanıklı, beyaz

renkli, 240 kg/m3 yoğunlukta, yanma gazlarına

dirençli, kolay işlenebilen yangın yalıtım

malzemeleridir. Refrakter tuğlaların arkasında

yüksek ısı ve mekanik dayanımlı olması sebebiyle

kullanılırlar. Ön yüzeyde kullanılması tavsiye

edilmez çünkü termal şoklara dayanıklı değildir.

Binaların yanı sıra endüstriyel fırınlarda da

kullanılır. Günümüzde asbestsiz olarak

üretilmektedirler.