Olivin mineraline nadir toprak elementlerinin etkisinin incelenmesi

Abstract

Olivin, son yıllarda gerek kimyasal gerek fiziksel özellikleri bakımından oldukça önemli bir mineral haline gelmiştir. Bu çalışma, ağırlıklı olarak döküm ve refrakter malzeme sektörü olmak üzere çeşitli alanlarda kullanılan olivin mineraline farklı oranlarda ilave edilen nadir toprak elementi grubuna ait birkaç katkı maddesinin olivin üzerindeki etkilerini incelemeyi amaçlamaktadır. Olivin kullanımına ilişkin artan yönelim nedeniyle bu çalışmada, bir tesisten temin edilen olivine ağırlıkça yüzde 1, 2.5, 5, 10 ve 20 oranlarında La₂O₃, CeO₂ ve Y₂O₃ ilave edilerek karışımlar hazırlanmış ve bu karışımlar 1100, 1200, 1300, 1400, 1450 ve 1500 °C sıcaklıklarda 3 saat süre ile kademeli olarak sinterlenmiştir. Ayrıca tek başına olivinin de karşılaştırma sağlamak için bu sıcaklıklarda sinterlemesi yapılmıştır. Sinterleme öncesinde yukarıda kimyasal kompozisyonları verilen karışımlar bilyalı değirmende 180 devir/ dakika hızda 2 saat süre ile homojenize edilmiş ve ardından tek eksenli presleme metoduyla peletlenmiştir. Sinterleme işlemi sonrasında farklı oranlardaki katkı maddelerinin ve sinterleme sıcaklıklarının olivinin yoğunluk, sertlik, basma ve mikroyapısal özelliklerine etkileri incelenmiştir. Mikroyapısal özelliklerin belirlenmesi için X ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizlerinden yararlanılmıştır. Elde edilen bulgularda, üç katkı maddesinin de olivinin mekanik özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür. Kompozit yapılarda mikroyapıda gözlemlenen ara fazların etkisi camsı fazı azaltarak mukavemeti arttırıcı yönde etki etmiş olup tane incelmesine sebep olmuştur. Çalışılan her grupta en iyi sonuçlar 1400 ºC sinterleme sıcaklığında gerçekleşmiş ve bunun üzerine çıkan sıcaklıklarda bu değerlerde düşüş gerçekleştiği görülmüştür. Bu azalmanın nedeninin ise artan ortalama tane boyutu ve mikroyapıda gerçekleşen çatlak oluşumlarından kaynaklandığı gözlemlenmiştir.

Olivine has become a very important mineral in recent years in terms of both its chemical and physical properties. This study aims to examine the effects of a few additives from the rare earth element group added at different rates to the olivine mineral, which is used in various fields, mainly in the casting and refractory material industry, on olivine. Due to the increasing trend in the use of olivine, in this study, mixtures were prepared by adding La₂O₃, CeO₂ and Y₂O₃ at the rates of 1, 2.5, 5, 10 and 20 percent by weight to olivine obtained from a facility and these mixtures were gradually sintered at temperatures of 1100, 1200, 1300, 1400, 1450 and 1500 °C for 3 hours. Additionally, olivine alone was sintered at these temperatures to provide comparison. Before sintering, the mixtures whose chemical compositions were given above were homogenized in a ball mill at 180 rpm for 2 hours and then pelletized by the uniaxial pressing method. After the sintering process, the effects of different amounts of additives and sintering temperatures on the density, hardness, compression and microstructural properties of olivine were examined. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analyzes were used to determine microstructural features. The findings showed that all three additives improved the mechanical properties of olivine. The effect of the interphase observed in the microstructure of composite structures increased the strength by reducing the glassy phase and caused grain thinning. The best results in each group studied were achieved at the sintering temperature of 1400 ºC, and it was observed that these values decreased at temperatures above this. It was observed that the reason for this decrease was due to increasing average grain size and crack formation in the microstructure.