Geri Dön

Structural investigations of thin lustre layers developed by ion-exchange mechanism on lead alkali glazes

Kurşun alkali sırlar üzerinde iyon yer değişim mekanizması ile geliştirilen ince luster tabakalarının yapısal incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 458887
  2. Yazar: CEREN İMER
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU, DR. ESİN GÜNAY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 136

Özet

15. ve 17. yüzyılda Osmanlı İmparatorluğu zamanında İznik'te geniş renk yelpazeli sıraltı dekorlarına sahip eşsiz seramik objeler üretilmiştir. Bu seramik objeler yapılarında yüksek oranda kuvars bulundururlar ve aynı zamanda zorlu proses aşamalarına sahiptirler. Geleneksel İznik seramikleri masse, engop, dekor ve sır olarak bilinen dört farklı tabaka içermektedirler. Genellikle İznik seramik masseleri kuvars, kil ve fritten oluşan bir karışımdan üretilirler. İznik sırları hem kurşun, hem de alkali ergiticileri yapılarında bulundururlar. Bu sırlar oldukça saftırlar. Yapılarında çok az miktarda potasyum oksit, kalsiyum oksit, alümina, magnezyum oksit ve demir oksit bulundururlar. Bu sırlar diğer sırlardan farklıdır çünkü sıraltı dekorasyonunun belli olması için transparandırlar. Luster ilk olarak erken İslami dönemde üretilmiş ve bu teknik zamanla bütün Akdeniz Bölgesi'ne yayılmıştır. Luster yapısında 2-50 nm boyutlarında gümüş ve/veya bakır nanotanelerini bulunduran metal-cam nanokompozit ince tabakadır (100 nm to 1 µm). Bu metalik nanopartiküller luster tekniği uygulanmış objelere metalik parlaklık (altın, bakır, mavi, mor, pembe) ve renkli yansıma verirler. Luster tabakasının en çarpıcı özelliği ışığı sürekli bir metal yüzey gibi yansıtmasıdır. Yüzyıllar boyunca birçok luster tekniği uygulanmış obje üretilmiştir. Luster tekniği uygulanmış objelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri üretildikleri bölgeye göre değişiklik göstermektedir. Eski zamanlarda seramikleri sırlamak için kurşunlu sırlar, yüksek alkali sırlar, karışık alkali sırlar kullanılmıştır. Bu farklı sırlarla sırlanmış seramik objelerin üzerinde ince luster tabakası elde etmek için farklı luster macun karışımları kullanılmıştır. Luster ilk olarak milattan sonra 9. yüzyılda Irakta üretilmiştir. Bu dekorasyon İslami kültürün genişlemesi ile birlikte Akdeniz Bölgesi'ne yayılmıştır. Luster tekniği 10. yüzyılda Mısır'da kullanılmıştır. 11. ve 12. yüzyıllar arasında Suriye'de luster dekorasyonuna sahip çömlekler üretilmiştir. Luster tekniği 14. ve 15. yüzyıllarda İspanyol seramiklerinde kullanılmıştır ve burada en büyük gelişimini yaşamıştır. 15. ve 16. yüzyıllar arasında İtalyan Rönesansı'nın çok renkli çömleklerini dekore etmek için İtalya'da kullanılmıştır. Sırlanmış seramik objeler üzerinde ince luster tabakasının elde edilmesinden iyon yer değişim mekanizması sorumludur. İyon yer değişimi sırasında gümüş ve/veya bakır iyonları (Ag+ ve/veya Cu+) luster macunundan sıra difüze olurlar. Diğer taraftan sodyum ve/veya potasyum iyonları (Na+ ve/veya K+) da sırdan dışarı difüze olurlar. Bu mekanizmayı takiben fırın içinde indirgen ortam oluşturulur ve gümüş ve bakır iyonları (Ag+ and Cu+) metalik formlarına indirgenirler. İznik seramikleri sıraltı dekor tabakasına sahip olduğu için İznik seramiklerinin yüzeyinde luster dokorasyonuna gerek duyulmamış ve böyle bir talep de olmamıştır. Bu tez çalışmasında luster tekniği laboratuarda üretilen İznik çini yüzeylerine uygulanmış ve lusterlenmiş örneklere ileri karakterizasyon teknikleri uygulanmıştır. İlk olarak masse, engop ve sır tabakalarının hammaddelerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir. Iznik çinilerinin üretimi hammaddelerin öğütülmesi, masse bileşiminin hazırlanması, massenin kuru presleme ile plakalar halinde şekillendirilmesi ve kurutulması, engobun hazırlanması ve karıştırılması, kurutulmuş masseye engop karışımının uygulanması, masse ve engop tabakasının birlikte pişirimi (bisküvi pişirimi), sır bileşiminin hazırlanması ve karıştırılması, önceden pişirimi yapılan bünyeye uygulanması ve sır pişirimi basamaklarını içerir. Bu tez çalışmasında kullanılan sırlar yapılarında farklı miktarlarda alkali ve kurşun (PbO olarak) (% 30,5 ve % 63,2) barındırırlar. İyon yer değişim mekanizması ile ince luster tabakaları elde etmek için kil taşıyıcı ortam içinde (kaolin ve okr) gümüş (gümüş sülfat, gümüş klorür, gümüş karbonat ve gümüş nitrat) ve bakır (bakır sülfat) bileşenleri içeren altı farklı luster macunu bir miktar su ile birlikte Iznik çinilerinin yüzeyine fırça ile uygulanmıştır. Kaolen ve okr luster macununa ilave edilmeden önce moleküler bağlı suyu uzaklaştırmak için kalsine edilmiş ve öğütülmüştür. Luster macunlarının sırlara uygulanmasından sonra luster pişirimi farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Fırın sırın kısmen yumuşadığı önceden belirlenmiş sıcaklıklara ısıtılmıştır. Soğuma sırasında fırında kuvvetli indirgen ortam sağlanmıştır. Sırların kompozisyonunun, luster macun kompozisyonlarının ve luster pişirim şartlarının etkisi birçok ileri karakterizasyon tekniği ile incelenmiştir. İnce luster tabakası taramalı electron mikroskobu, dalgaboyu dağılımlı X-ışını fluoresan spektrometresi, X-ışını difraksiyon spektroskopisi, X-ışını fotoelektron spektroskopisi, ultraviyole-görünür bölge spektrometresi, yüksek çözünür geçirimli elektron mikroskobu-elektron dağılım spektrometresi ve raman spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Sır kompozisyonu, luster pişirim rejimi, luster macun kompozisyonu ince luster tabakası elde etmek için önemli proses parametreleridir. Bu parametrelerin değişimi ile nihai luster tabakasının fiziksel ve kimyasal özellikleri de değişir. Başka bir deyişle proses parametreleri ince luster tabakası içindeki nanopartiküllerin oluşumunu ve son halini etkilemektedir. Proses parametrelerinin kontrollü bir şekilde değiştirilmesi çeşitli fiziksel, kimyasal ve optik özelliklere sahip ince luster tabakalarının oluşumunu sağlar. Luster pişirim rejiminin ince luser tabakası oluşumuna etkilerini incelemek için farklı luster macunları ve pişirim rejimleri kullanılmıştır. Luster pişirimi sırasındaki indirgeyici atmosferde gümüşün indirgenmesi bakıra göre daha kolay olduğu için sırın içindeki gümüş metalik formda, bakır ise iyonik halde ve sırda çözünmüş şekilde bulunmuştur. Bunun yanında, küprit fazı da gözlemlenmiştir. Luster pişirim sıcaklığının yükseltilmesi nanopartikül boyutlarının büyümesine sebep olmuştur. Düşük luster pişirim sıcaklığında nanopartikül boyutları 3-5 nm ve 7-9 nm arasında değişmektedir. Sıcaklığın yükseltilmesi ile nanopartikül boyutları 5-8 nm ve 9-11 nm olarak gözlemlenmiştir. Buna ek olarak aynı sır bileşimi kullanılmasına ve luster pişirim rejiminin aynı olmasına rağmen nanopartikül boyutları luster macun bileşiminden etkilenmiştir. Luster macununda kaolen kullanılması ise bütün pişirim rejimlerinde daha küçük boyutta gümüş nanotanelerinin oluşumuna sebep olmuştur. Aynı yüksek kurşunlu sır üzerine farklı luster macunlarının uygulanması farklı kristallenmeye sahip metalik gümüş nanopartiküllerinin oluşumuna sebep olmuştur. Luster pişirim prosesi sonrasında yapılan incelemelerde luster macunundaki gümüş klorür gümüş karbonata göre daha yüksek kristallenme göstermiştir. Bütün örneklerde metalik gümüş gözlenmesine rağmen bakır iyonik ve oksit formda ve sır içerisine dağılmış haldedir. Buna ek olarak, luster macunlarının kimyasal kompozisyonları nihai ince luster tabakasının rengini de etkilemiştir. Pişirim sonrasında elde edilen nihai ürünlerden yola çıkarak, luster macunundaki gümüş klorür altın renge sebep olurken, gümüş karbonat içeren luster macununda altın noktaları olan mor bir renk gözlemlenmiştir. Aynı sır üzerinde farklı luster macunlarının kullanımına bağlı olarak mor renkli örnekte yapılan incelemelerde gümüş nanotane boyutlarında artış saptanmıştır. Başka bir deyişle, gümüş nanopartikül yarıçapı luster macunundaki gümüş kaynağının değişmesi ile değişmiştir. Luster macunundaki gümüş karbonat gümüş klorüre göre daha büyük nanopartiküller oluşturmuştur. Gümüş nanopartikül boyutları yaklaşık olarak 6 nm ve 12 nm olarak bulunmuştur. Yeniden üretilmiş ve luster uygulanmış örnekler ile geleneksel İznik seramiklerini kıyaslamak ve silikat ağının değişimini gözlemlemek için Raman incelemeleri yapılmıştır. Yeniden üretilmiş ve luster uygulanmış örnekler ile geleneksel İznik seramiklerinde benzer pikler gözlemlenmiştir. Fakat yeniden üretilmiş ve luster uygulanmış örneklerdeki pik şiddetleri geleneksel olanlara göre daha düşüktür. Sır yüzeylerinde yapılarında metalik nanopartiküller içeren luster tabakası incelenen örneklerdeki Raman pik şiddetlerinde düşüşe sebep olmuştur.

Özet (Çeviri)

Unique ceramic objects with a range of rich under glaze decoration were produced between the 15th and the 17th century in the times of Otttoman Empire in İznik. These ceramic objects had high quartz content in their structure and they also went through difficult processing steps. Traditional Iznik tiles contain four different layers known as: body, engobe, decor and glaze. Typically Iznik ceramic bodies were produced from a mixture of quartz, clay and frit. Iznik glazes contain both lead and alkali fluxes in their structure and they are very pure containing little amount of potash, lime, alumina, magnesia and iron oxide. These glazes are more distinct than other glazes because they are transparent enough to reveal the underglaze decoration. Lustre was first produced in early Islamic times during the 9th century AD in Iraq. This decoration spread throughtout the Mediterranean basin together with the expansion of the Islamic culture. In the 10th century the technique used in Egypt. Between the 11th and the 12th century potteries with lustre decoration were produced in Syria. During the 14th and the 15th century lustre technique was used in Spanish ceramics and this technique reached its maximum development. Between the 15th and the 16th century lustre was used to decorate the polychrome pottery of the Italian Renaissance. Lustre is a metal-glass nanocomposite thin layer (100 nm to 1 µm) with 2-50 nm sized metallic silver and/or copper nanoparticles in its structure. These metallic nanoparticles give metallic shine (golden, coppery, bluish, purplish, pinkish) and coloured iridescence to the lustred object. The most striking property of thin lustre layer is to reflect light like a continuous metallic surface. Several different lustred objects were produced during the medieval times. Physical and chemical properties of lustred objects vary according to the region of production. Lead glazes, high alkali glazes, mixed alkali glazes were used in ancient times for ceramic glazing. Different lustre paste compositions were applied over the ceramic objects with these different glazes. Ion-exchange mechanism is responsible to obtain a thin lustre layer over glazed ceramic objects. During ion-exchange mechanism, silver and/or copper ions (Ag+ and/or Cu+) diffuse into the glaze from the lustre paste. On the other side, sodium and/or potassium ions (Na+ and/or K+) diffuse out from the glaze. Following that mechanism, a reducing atmosphere is introduced in the furnace and the silver and copper ions (Ag+ and Cu+) are reduced to their metallic state. Since the decor layer in Iznik tiles has its own colour, there is no need and demand for lustre decoration over Iznik tile surfaces. In this dissertation, lustre technique was applied over reproduced Iznik tile surfaces without the decor layer in laboratory-controlled conditions and advanced characterization techniques were carried out on the lustred samples. Firstly, the physical and chemical compositions of the raw materials that compose the body, engobe and two different glaze layers were determined. The production of Iznik tiles involves grinding of raw materials, preparation of the body mixture, shaping the body in the form of plates using dry press and drying, preparation and mixing the engobe, applying the engobe mixture to the dried body, firing of the body and engobe layer together (bisque firing), preparation and mixing the glaze, glazing the previously fired body and glost firing steps. Glazes which were used in this dissertation comprise different amounts of alkalis and lead (as PbO) as 30.5 wt% and 63.2 wt%), respectively. To obtain thin lustre layers by ion-exchange mechanism on the surfaces of the Iznik tiles, six different lustre pastes consisting of silver compounds (silver sulphate, silver chloride, silver carbonate and silver nitrate) and copper compound (copper sulphate) in a clay carrier media (kaolinite and ochre) with some amount of water were applied by brushing. Kaolinite and ochre were calcined to remove molecular bound water and ground before their addition to the lustre paste. After application of lustre pastes over glazes, lustre firing was performed at the different firing temperatures. The furnace was heated slowly to previosly determined temperatures, where the glaze partly softened. During cooling down strong reducing atmosphere was introduced into the furnace. The effects of glaze compositions, lustre paste compositions and lustre firing conditions were investigated using several advanced characterization techniques. The characterization of the thin lustre layers were carried out using scanning electron microscopy, wavelength dispersive X-ray fluorescence, X-ray diffraction spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy, high resolution transmission electron microscopy-electron dispersive spectrometry and Raman spectroscopy. Glaze composition, lustre firing regimes, lustre paste compositions are important process parameters to obtain thin lustre layers. By changing these parameters physical and chemical properties of the final lustre layer also change. In other words, process parameters effect formation and final state of the nanoparticles in the thin lustre layer. Changing the process parameters in a controlled manner provides to obtain thin lustre layers with diverse physical, chemical and optical properties. To investigate the lustre firing regime effect on the thin lustre layer formation, different lustre paste compositions and firing regimes were used. Since reducing silver is easier than copper in the reducing atmosphere during the lustre firing, silver was found in metallic state but copper was dissolved in the glaze in ionic form. In addition, cuprite phase was observed. Increasing the lustre firing temperature caused increase in nanoparticle sizes. Nanoparticle sizes range between 3-5 nm and 7-9 nm in low firing temperature and 5-8 nm and 9-11 nm in high firing temperature. In addition, using different lustre paste compositions on same glaze effected the nanoparticle sizes even the same lustre firing regime. In case of using kaolinite in the lustre paste resulted forming smaller silver nanoparticles in both firing regimes. Applying different lustre pastes over a same high lead content glaze resulted in the formation of metallic silver nanoparticles with different crystallites. Investigations after lustre firing process revealed silver chloride in the lustre paste which caused higher crystallinity than silver carbonate. Although metallic silver was observed in both samples, copper was in ionic and oxide form and dispersed in the glaze. In addition, the chemical composition of the lustre pastes effected the final colour of the thin lustre layer. Silver chloride in lustre paste caused golden colour. On the other hand, silver carbonate caused purple colour with golden spots. Increase in nanoparticle size was observed in purple coloured sample over same glaze composition due to using different lustre paste composition. Silver nanoparticle radius changed with the silver source of the lustre paste. Silver carbonate in the lustre paste caused formation of the bigger nanoparticles than silver chloride. Silver nanoparticle sizes were found approximately 6 nm and 12 nm. Raman investigations of the lustred samples were carried out to compare the reproduced tiles and traditional Iznik ceramics and to observe the silicate network modification. Peaks obtained in the reproduced tiles with lustre decoration were similar to the traditional tiles. However, the peak intensities of the reproduced samples with lustre decoration were lower than traditional tiles. Lustre layer with metallic nanoparticles in its structure on the surface of the glazes caused decline of the Raman peak intensities of the investigated samples.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    290326

    V2O5 ince filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of structural, electrical and optical properties of V2O5 thin films

    AYŞE TUBA KOCAMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET ALTINDAL

    YRD. DOÇ. DR. FATİH DUMLUDAĞ

  2. Tez No

    198150

    MnS, ZnO ve SnO2 ince filmlerin elektronik yapısının x-ışını soğurma spektroskopisi ile incelenmesi

    The electronic structure investigation of MnS, ZnO and SnO2 thin films by x-rat absorption spectroscopy

    OSMAN MURAT ÖZKENDİR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Fizik ve Fizik MühendisliğiÇukurova Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. YÜKSEL UFUKTEPE

  3. Tez No

    831490

    RF magnetron saçtırma tekniği ile üretilen çinko oksit ve galyum katkılı çinko oksit ince filmlerin fiziksel özelliklerinin karşılaştırılması

    Comparison of the physical properties of zinc oxide and gallium doped zinc oxide thin films sputtered by RF magnetron technique

    MURAT DELİORMANLI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Fizik ve Fizik MühendisliğiTekirdağ Namık Kemal Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KADİR ERTÜRK

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MAKBULE TERLEMEZOĞLU BİLMİŞ

  4. Tez No

    305263

    Termiyonik vakum ark yöntemi ile üretilen Fe- Co esaslı metalik cam ince filmlerin manyetik özellikleri

    Magnetic properties of Fe-Co based metallic glass thin films produced by thermionic vacuum arc

    FATİH PERİNÇEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Fizik ve Fizik MühendisliğiNamık Kemal Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. KADİR ERTÜRK

  5. Tez No

    853218

    Ökzetik (auxetic) çok hücreli kiriş yapıların eğilme davranışı

    Bending behaviour of auxetic multicellular beam structures

    MEHMET FATİH KAHRAMAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KENAN GENEL

Geri Dön