Kristal Sırların Oluşumunda Yer Alan Önemli Hammaddeler ve Özellikleri

Bir kristal sırının bileşiminde en çok kullanılan yöntem, çinko silikatın oluşturulmasıdır. Bunun için sırın temel bileşimi şu şekilde düzenlenmelidir. Kristalleşmeyi kolaylaştırmak için çok az oranda alüminyum oksit kullanılmalıdır. 0.3 ile 0.7 mol arasında çinko oksit, silisyum (1.0 ile 2.0 mol arasında) ve kristalleşmeyi kolaylaştırmak için 0.3 mol civarında TiO2 katkısı gereklidir. Bu çeşit sırlar refrakter bir nitelik gösterme eğilimindedir. Bu nedenle daha 1200°C-1320°C sıcaklık aralığında hızlıca pişirilmeleri gerekir ve soğutmada mümkün olduğu kadar yavaş, kontrollü yapılmalıdır. Renklendirici oksitlerin katılması ile kristallerin farklı sırlar üstünde farklı kristaller oluşması sağlanarak, sır yüzeyinde derinlik etkisi yaratılabilir.

2.1.2.1. Çinko Oksit (ZnO)

Molekül ağırlığı 82.38 gr/mol’dür. Erime sıcaklığı 1975°C, kaynama noktası ise 2360°C’dir. Kristal şekli hexagonal ve di piramittir. Renksizdir ancak diğer hammaddelere renk etkisi vardır. Kendi başına ışığı yansıtma etkisi yoktur ancak Zinkat (Zn, MnO) yeşil sarı renktedir. Yoğunluğu 5,66 gr/cm³’tür. (Shimbo, Chemistry for Crystallieri, 2013, s. 81)

22 Kristaller villemit ya da çinko silikattan gelişir. Villemit kristalleri büyük ve geniş flamboyont çiçeği görünümündedir. Villemite doğada Zn2SiO4 olarak nadir bulunur. Florasan minerali olarak da bilinir. Bünyesinde mangan bulunmaktadır (Shimbo, 2013, s. 82).

Görsel 7. Çinko kristal yapısı

https://www.intechopen.com/media/chapter/54391/media/F1.png

Çinko oksit birçok sır bünyesinde kristal yapıyı arttırıcı ve ergitici olarak kullanılır. Sırı opaklaştırırken kristal yapıyı da meydana getirir. Çinko oksit silisyum dioksitle sır bileşimine girdiğinde silisyum dioksit ile birleşerek kristal nüveleri oluşturur. Pişirimden sonra soğumanın çok yavaş ve kontrollü yapılmasıyla kristallerin oluşumunu artırır. Sırın içine fazla katıldığında sırı opaklaştırır genellikle beyaz sofra eşyalarında parlaklık vermek amacı ile kullanılmaktadır. Sırın kaynamasına engel olması sebebiyle yüksek dereceli kristal sırlara olumlu katkısı vardır.

Çoğunlukla sır bünyesine kalsine edilerek katılır. Özellikle kristal sırlarda kesinlikle 800°C-1000°C’de kalsine edilerek sır reçetesine katılmalıdır. Sırın genleşme katsayısını düşürdüğü için çizilme dayanımını artırmak için de sırlara katılır. Özellikle Bristol sırlarının elde edilmesinde çinko oksit kullanılır. Çinko oksit sırlardaki çatlamayı önlediği gibi borlu sırlarda bor türlü oluşumuna neden olur.

Çinko silikat kristaller sır içinde Yelpaze horoz ibiği, iki başlı balta, yıldız gibi büyürken çok farklı yönlerde şekil alırlar. Büyük kristallerin oluşumunu etkileyen başlıca faktörler vardır bunlar;

23 - Sırın kalınlığı ve bünye ile uyumu. Aynı sır düz bir yüzeyde ve dik dış bükey formda farklı kristaller oluşturmaktadır.

- Sıklıkla farklı kristal şekilleri oluşur ve büyür - Oksit katkıları ile kristaller farklılaşır.

Çinko silikat bileşiğine bakıldığında Zn2SiO4 her zaman çinko oksit için 1 silisyum atomuna ihtiyaç vardır. Çinko oranının artışı veya düşüşü kristallerin büyümesine direk etki etmektedir. Bunun yanısıra oksitler, karbonatlar, titanyum, kalsiyum, kalay sırı opaklaştırırken, kristallerin şekline ve büyüklüğüne de etki ederler. Her sırın reçetesine göre en iyi kristal nüvelerin oluşum noktaları vardır. Sırın uygun sıcaklıkta ve doğru hammadde oranında hazırlanması ve renk veren oksitlerin rolü de kristal nüvelerin çekirdeklenmesindeki etkisi oldukça büyüktür. Kristal sır nüvelerinin oluşması için seger formülünde 0,6-0,7 mol oranında çinko oksit kullanılmalıdır. Sırın içine titan oksit eklendiği takdirde Çinko oksitin titan oksit ile birleşmesi sonucu kristal nüvelerin gelişimi hızlanır. Seger formülünde titan oksit 0,3 mol civarında kullanılmaktadır (Norton, 1937, s. 217-224).

Çinko oksit, kuvars ve ergitici bir madde olan sodyum oksit ile birlikte firitleştirilirse kristal sırların aşılanmasında kullanılan çinko filizi elde edilir.

Kristal sırlarda oluşan nüvelerin soğuma sırasındaki kristal büyüme hızı düşük ise sır parlak olur. Bunun önüne geçmek için sırın nüvelerin oluştuğu sıcaklıkta kristaller büyüme hızları da bekleme sıcaklığına göre en üst düzeyde olabilir. Kristallerin hepsi sır tutucu tabakta toplanıyorsa sıcaklığın 5-10°C düşürülmesi gerekir.

Seramik sırı sıcaklıkta olgunlaştıkça nükleasyon yani çekirdeği çinko silikatlar sırın içinde şekil almaya başlar. Daha fazla şekillendikçe bir noktaya kadar bu çekirdeklerin bir çoğu ısınma süreci devam ederken ayrışır ve yok olup kaybolur. Burada en önemli nokta kristallerin büyüme sıcaklığının başladığı anda sıcaklığı durdurup kristali oluşturacak çekirdeklerin yeterince olması ve uygun yerlerde üst üste gelmeden büyüyüp

24 güzel kristallere dönüşmesidir. Ancak çok fazla kristal çekirdeği yüzeyde oluştuğunda da bu sefer tüm yüzeyi kaplayan yüzlerce kristal oluşup keçe gibi dokulu sert bir yüzey meydana getirir. Kristallerin büyüyebilmesi için kristal çekirdekleri sır yüzeyinde asılı kalmalıdır.

Her sır için kristalin çekirdeklenme noktasının en iyi nerede oluştuğuna dair denemeler yapılmalıdır. Sıcaklığın dışında, sıra katılan oksitlerin de kristal sırların çekirdeklenmesinde büyük rol oynadığı unutulmamalıdır.

2.1.2.2. Silisyum Dioksit (SiO2)

Moleküler ağırlığı 60.1g /mol’dür. Erime sıcaklığı 1600°C-1725°C, kaynama noktası ise 2230°C’dir. Kristal yapısı polimorfik, çok biçimlidir. Sertliği 7 mohs’dur ve 4 modifikasyonu vardır. Cam oluşumu silisyum sayesinde olur. Doğada en çok bulunan mineral renksiz kuvars olarakta bilinir. Mangan içerikli pembe ve mor renkli doğadaki haline ametist denilir. Doğada en çok gri, sarı ve beyaz renklerde bulunur. Genleşme katsayısını düşürür, kuru ve pişme küçülmesini azaltır, asitlere ve bazlara karşı dayanıklılığı arttırır.

Görsel 8. Silisyum dioksitin kristal yapısı