MALZEMELERİN MEKANİK

DAVRANIŞI

İÇİNDEKİLER

MALZEMELER: Yapı, özellik ve performans

◦ Giriş

◦ Monolitik, Kompozit ve hiyerarşik malzemeler

◦ Malzemelerin yapısı

◦ Kristal yapılar

◦ Metaller

◦ Seramikler

◦ Camlar

◦ Sıvı kristaller

◦ Biomalzemeler

İÇİNDEKİLER

2.ELASTİSİTE VE VİSKOELASTİSİTE

-Gerilme ve şekil değiştirme

-Kayma gerilmesi ve şekil değiştirme

-Poisson oranı

-Karmaşık gerilme durumu

-Mohr çemberi

-Malzemelerin elastik özellikleri

-Viskoelastisite

İÇİNDEKİLER

3. PLASTİSİTE

-Akma ve Kırılma Kriterleri

4. KIRILMA

5. SÜRÜNME

6. YORULMA

7. KOMPOZİT MALZEMELER

KAYNAK

1.Mac Andremeyers, Krishon Kumar

Chaula, „Mechanical Behavior of Materials‟,

Prentice Hall New Jersey, 1999.

MALZEMELER: Yapı, özellik ve

performans 1. GİRİŞ

Bizi çevreleyen her şey maddedir. Madde sözcüğünün kökeni Latince „mater‟ den yani „anne‟ den gelmektedir. Bizi çevreleyen bütün maddeler bir parça malzemedir. Malzeme nedir? Değişik tanımları bulunmaktadır. Kabul gören bir tanıma göre „İnsanoğlunun kullandığı veya işlediği maddelere‟ denir. Bir başka tanıma göre „İmal edilen veya tüketiciye sunulan her madde‟ malzemedir. Buna göre taş bir malzeme değildir fakat çimento ile birlikte betonda kullanıldığında malzemedir. Yine benzer şekilde ağaç işlenip insanların kullanımına sunulduğunda veya deri işlenip giyimde kullanıldığında malzeme haline gelir.

Malzemelerin başarılı bir şekilde kullanılması onların özelliklerinin bilinmesi ile mümkündür. Bu özellikler termal, optik, mekanik, fiziksel, kimyasal ve nükleer olarak sınıflandırılır ki bunlar malzemenin yapısıyla ilgilidir. Aşağıdaki resim malzemelerin mekanik davranış alanlarıyla ilgili karmaşık ilişkiyi açıklamaktadır. Bu alanlar mekanik özellik, karakterizasyon, teori ve işlemdir.

Malzemelerin mekanik davranış alanlarının ilişkisi

Dövme (Forging)

Haddeleme (Rolling)

Presleme (Stamping)

Çekme (drawing)

Ektrüzyon

Toz İşleme

Mekanik Testler

Optik Mikroskopi

Röntgen (X-Ray)

Tarama Elektron Mikroskobu

Burgu Elektron Mikroskobu

Sürünme (Creep)

Yorulma (Fatigue)

Mukavemet (Strength)

Kırılma (Fracture)

Dinamik Cevap

Konstüktive

Sürekli Ortamlar Mekaniği

Hesaplamalı Mekanik

Kuantum Mekaniği

Kristallografi

Termodinamik

Faz Dönüşümleri

Elektrokimya

Bu elemanların birisindeki değişiklik diğerlerinde de değişikliğe yol açar. Mesela çeliği ele alacak olursak, mekanik özellikler açısından mukavemetli ve sünek oluğundan bir çok uygulamada tercih sebebi olmaktadır. Düşük karbonlu çelikler betonlarda takviye elmanı, otomobillerde sönümleyici olarak kullanılırken temperlenmiş yüksek karbonlu çelikler daha kritik yerler olan akslarda ve dişlilerde kullanılmalıdır. Dökme demir çok kırılgandır ve otomobillerdeki motor blokları başta olmak üzere geniş bir kullanım alnına sahiptir.

Bu farklı uygulamaların farklı malzeme özelliğini gerektirdiği açıktır. Üç malzemenin farklı özellikleri, farklı performanslarla sonuçlanır ki bu da malzemenin iç yapı farklılığından kaynaklanır. Malzeme yapısının anlaşılması teoriden gelmektedir. Malzemeler mikro, meso, makro yapı özelliklerinin tespit edilmesi karekterizasyondur. Düşük karbonlu çelikler esas olarak ferritik yapıdan (HMK) ve biraz da perlitten (ferrit-sementit karışımı) meydana gelir. Temperlenmiş yüksek karbonlu çeliklerin yüksek sertliği martenzitik yapısından (Hacim merkezli tetragonal) kaynaklanmaktadır. Kırılgan dökme demirin yapısı ise mekanik bir işlem yapılmadan doğrudan katılaştırma ile elde edilir.

Peki düşük karbonlu çelikler, yüksek karbonlu çelikler ve dökme demirler nasıl elde edilir? Değişik sentez ve işlemlerle düşük karbonlu çelikler sırayla mekanik operasyonlara tabi tutulup eritilerek elde edilir. Yüksek karbonlu çelikler, düşük karbonlu çeliklerden (%0.1) daha yüksek karbon konsantrasyonu (>%0.5) ile sentezlenir. Mekanik işlemlerden sonra yüksek karbonlu çelikler ortalama 1000 C den su veya yağ ile hızlı bir şekilde soğutulur. Dökme demir ise yüksek karbon içeriği (yaklaşık %2) ile sentezlenir ve doğrudan kalıpların içerisine dökülür.

Malzemelerin seçimi, işlenmesi ve kullanımı başlangıçtan bu yana insan kültürünün bir parçası olmuştur. Antropologlar insanları „araç-gereç yapıcı‟ olarak nitelendirmişlerdir ki bu yaklaşım insanları diğer canlıların üzerinde hakim kılan gerçekçi bir yaklaşımdır. Malzemeler, M.Ö 10.000 deki Neolitik kabilelerden günümüze kadar hep aynı öneme sahip olmuşlardır. Sadece aradaki tek fark günümüzde karmaşık sentetik malzemelere karşılık Neolitikler tahta, kemik ve bitkilerden elde edilen fiberler kullanmışlardır.

1.2.Monolitik, Kompozit ve

Hiyerarşik Malzemeler İnsanlar tarafından ilk kullanılan malzemeler doğaldı ve

yapıları çok farklıydı. Kayalar kristal yapılı, çömlekler, camsı ve kristalik bileşenlerin karışımı, odunlar organik malzemelerin fiberleri ve deri karmaşık organik malzemedir. İnsanoğlu önce Neolitik çağda seramikleri sonra metalleri ve daha sonra da polimerleri kullanmıştır. 20. yüzyılda önce basit Monolitik yapılar kullanılmıştır. Monolitik terimi Yunanca‟daki mono (tek) ve lithos (taş) kelimelerinden gelmektedir. Malzemelerin baştan başa düzenli bir özelliğe sahip olduğu anlamına gelir. Monolitik malzemeler mikro yapı olarak iki veya daha çok fazlıdır. Yine de sabit özelliklere (elektriksel, mekanik, optik ve kimyasal) sahiptirler. Tablo 1.1 Metallerin, Seramiklerin ve polimerlerin bazı önemli özellikleri yer almaktadır.

Yeni tip malzemeler sürekli geliştirilmesine

rağmen, Monolitik malzemeler ve düzenli

özellikleri çok kritik uygulamalarda ihtiyaç

duyulan performansı gösterememektedir.

Kompozitler iki tip malzemenin karışımıdır

(metal-seramik, metal polimer veya polimer

seramik). Kompozitlerin, bileşenlerin

dizilişine ve miktarlarına bağlı olarak

kendilerine özgü mekanik özellikleri vardır.

Farklı Kompozit oluşumlar

Kompozitler matris ve takviye malzemelerinden oluşur. Çok geniş bir kullanım

alanına sahip olmaları onları modern mühendislik malzemeleri haline

getirmektedir. Yine de bunların imalatındaki bir çok problem çok geniş çaplı

araştırmalara rağmen aşılmış değildir. Şekil 1.3‟te kompozitlerdeki üç temel

takviye elemanı görülmektedir. Partiküller, sürekli fiberler ve süreksiz (kısa)

fiberler.

kompozit malzemelerde farklı takviye çeşitleri

Takviyeler genellikle matrislerden daha

yüksek mukavemete sahiptir ve

malzemenin sünekliğini sağlarlar. Seramik

tabanlı kompozitler matris olarak

kırılgandır. Fiberler ise malzemeye tokluk

kazandıran ve çatlakların yayılmasına engel

olur.

Fiberlerin yönü kompozitin mukavemetini

tespit etmekte çok kritik bir öneme

sahiptir. Mukavemet fiber yönünde en

yüksek değere ulaşırken fibere dik yönde

en düşük değere sahip olur. Fiber takviyeli

polimer kompozitler, eğer yüksek sıcaklık

özelliği aranmıyorsa, en yaygın kullanılan

malzemelerdir.

Kompozitler hava aracı endüstrisinde en temel malzemedir. Karbon/epoksi ve aramid/epoksi kompozitler hava araçları parçalarında çok geniş çapta kullanılmaktadır. Bu kompozit parçalar hava aracının ağırlığını azaltarak ekonomisini arttırır. İleri kompozitlerin metallere göre temel mekanik özelliklerinin avantajları; daha iyi sertlik, mukavemet ve yüksek yorulma direncidir.

Peki kompozitlerden daha yüksek mekanik performans gösterebilecek

malzeme bulabilir miyiz? Gerçekte evet : Tabiat bunu bize sınırsızca

gösteriyor.

Vücudumuz parçaların karmaşık bir düzenlemesidir ve bütün olarak hayatta kalabilmemiz için gerekli tüm işleri yapabilecek şekilde tasarlanmıştır. Bilim adamları, farklı aşamalarda farklı birimlerin etkin olduğu birbirini tamamlayan karmaşık yapılar olan deri, kiriş (tendon), bağırsak gibi yumuşak dokuların nelerden oluştuğunu araştırmaktadır. Yumuşak dokunun yapısı hiyerarşik yapı olarak adlandırılır. Çünkü burada dokunun farklı aşamalarda çalışma yollarına bir bağlantı görülmektedir. Bir tendon (kas ile kemiği birbirine bağlayan yapı-Şekil 1.4) incelendiğinde katman katman yapılardan oluştuğu görülmektedir. Burada lifçikler vardır. Lifçikler yapının bir kritik bileşenidir. Tendona bir gerilme uygulandığında lifler toplanmış haldedir. Yük binerse lifler gerilir ve yükü bir üst tabakaya iletilir. Her bir yapı müstakil olarak hasarlanarak enerjiyi yutar. Ve tendonun tamamı hasarlanmaz.

insan bedeninde oluşan hiyerarşik yapı modeli

Deneysel ve analitik çalışmalar yapılmış

olup tendon viskoelastik matris içinde

elastik dalgalı elyaf kompozit ile

modellenmiştir. Yerel hasarlar enerjiyi

yutar ve çok büyük bir hasar oluşana

kadar tüm tendonun hasarlanmasını önler.

1.3 Malzemelerin Yapısı

Kristalik yapı gazlarda ve sıvılarda

bulunmaz. Katılar arasında ise metaller,

seramikler ve polimerler bu özelliği

gösterebilirlerde göstermeyebilirlerde,

tabi tutuldukları işleme ve parametrelerin

kompozisyonuna bağlıdır. Metaller normal

şartlarda kristaliktir. Fakat metaller çok

hızlı soğutulursa amorf yapıda olurlar.

1. 3. 1 Kristal Yapılar

Kristal yapılı

malzemelerde atomlar

üç boyutlu olarak,

belirli bir düzene göre

dizilerek bir hacim

kafesi oluştururlar.

Kristal yapılı malzemelerin hacim kafesini oluşturan,

basit geometrik şekillere birim hücre, atom veya

atom gruplarının bulunduğu yerlere de kafes noktası

denilir.

Metal malzemeler çok özel durumlar

dışında, daima kristal yapıya sahiptirler.

Metallerde en çok

yüzey merkezli kübik (YMK),

hacim merkezli kübik (HMK) ve

sıkı düzenli hegzagonal (SDH) yapılara

rastlanılır.

Yüzey Merkezli Kübik Kristal

Yapıları

Birim hücrenin her köşesinde ve yüzeylerin merkezlerinde birer tane atom

bulunmaktadır. Cu, Al, Ag, Au bu tip kristal yapıya sahiptirler.

2 2a R

Yüzey merkezli kübik kristal yapısı, küpün kenar uzunluğu ve birim hücresi. Küpün

kenar uzunluğu: ‟dir.

Bir atoma temas eden veya en yakın konumda

bulunan komşu atomların sayısına “koordinasyon

sayısı” denir.

Yüzey merkezli kübik kristallerin koordinasyon

numarası 12‟dir. Her bir hücredeki atom sayısı

4‟tür. Çünkü 6 yüzey atomu iki hücre tarafından

(6/2=3), 8 köşe atomu ise 8 hücre tarafından

(8/8=1) paylaşılmaktadır.

Atomsal dolgu faktörü (ADF) kristal kafes yapısındaki doluluk oranını göstermektedir ve birim hücredeki atomların toplam hacminin, birim hücrenin hacmine bölünmesiyle bulunur.

Yüzey merkezli kübik kristal kafes yapılarında ADF en fazla 0.74 olabilir.

Hacim Merkezli Kübik Kristal

Yapıları

Bu tip kristal kafes

yapılarında kübik birim

hücrenin her köşesinde ve

merkezinde birer tane

atom bulunmaktadır. Cr, α-

Fe, Mo bu tip kristal yapıya

sahiptir.

Hacim Merkezli Kübik Kristal Yapıları ve birim hücrenin kenar uzunluğu

Bu tip yapıların koordinasyon numarası 8‟dir. Her birim hücredeki atom sayısı n=2‟dir.

Çünkü köşelerdeki 8 atom 8 hücre tarafından paylaşılmaktadır (8/8=1), merkezdeki atom ise hiçbir hücreyle paylaşılmaktadır. Dolayısıyla 1+1= 2 atom vardır. Atomsal dolgu faktörü 0,68‟dir. Köşe ve merkez atomları eşittir.

Sıkı Düzenli Hegzagonal (SDH)

Yapılar

Merkezde 1 atom ve bunu çevreleyen düzenli

altıgen şeklindeki 6 atomdan meydana gelir.

Birim hücresinin ortasında bulunan düzlemde

(c ekseni) ise 3 tane ek atom daha

bulunmaktadır. Cd, Mg, Zn, Ti bu tip kristal

yapıya sahiptir.

Bu tip kristal yapıların koordinasyon sayısı 12‟dir.

Atomsal dolgu faktörü 0,74‟tür. Birim hücrenin a

ve c olmak üzere iki kafes parametresi vardır. c/a

„nın ideal oranı 1,633‟dür.

Tek Kristalli ve Çok Kristali

Malzemeler

Tek kristalli malzemelerde atomlar tüm

malzemenin uzantılarının üzerinde

tekrarlanır yada bir periyodik sıradadır.

Çok kristalli malzemeler ise çok küçük

kristallerden yada tanelerden

oluşmaktadır. Taneler farklı kristalografik

yönelime sahiptirler.

Tanelerin buluştuğu bölgelerde uyuşmayan atomlar

vardır. Bu bölgeler “tane sınırları” olarak

adlandırılırlar.

Çok kristalli malzemelerde tane sınırları

a. Nano kristalli katının atomistik modeli

b. Çok kristalli bir tane yapısının tavlanmasının simülasyonu

Anizotropi

Bir kristalde düzlem ve doğrultulardaki atomik dizilmenin farklı olmasından dolayı, özellikler de doğrultu ile değişir.

Bir malzemenin özellikleri ölçüldüğü kristalografik doğrultuya bağımlı ise, bu malzeme anizotropiktir.

Eğer özellikler kristalin bütün doğrultularında benzer ise malzeme izotropiktir.

Kristalsiz (Amorf) Katılar

Amorf katılarda uzun mesafeli bir düzen yoktur.

a. Amorf yapıya sahip SiO2‟nin şematik resmi

b. Amorf yapının simülasyonu

Kusurlar

Gerçekte kristaller asla mükemmel değildirler,

onlarda daima kusurlar vardır.

Kristal yapı kusurları geometrik bakımdan; 1. noktasal 2. çizgisel 3. yüzeysel ve 4. hacimsel kusurlar olmak üzere dört gruba ayrılırlar.

1.Noktasal Kusurlar

1.1 Boşluk ve Araya Girme

Boşluk kusuru, atomun bulunması gereken

yerde bulunmamasından kaynaklanır.

Araya girme kusurunda ise bir atom normal kafes

pozisyonunun dışında bir yerdedir. Araya giren atom diğer

atomlarla aynı yada farklı bir atom olabilir.

Yüzey merkezli bir yapıda aralara daha

küçük boyutlu atomların girmesi

Değişik nokta kusurları

yanda görülmektedir. Bu

şekilde,

1 rakamı ile gösterilen kusur;

boşluk,

2 rakamı ile gösterilen kusur;

kendiliğinden araya girme,

3 rakamı ile gösterilen kusur;

farklı bir atomun araya

girmesi,

4 ve 5 rakamları ile

gösterilen kusur ise katkının

değişmesidir.

1.2. Yeralan Atom Kusuru

Bu kusur, katı çözelti içinde çözünen element atomlarının

çözen elementin atomlarının yerini almasıyla meydana

gelir. Bu hata malzemenin kafes yapısında azda olsa,

çarpılmaya neden olur.

1.3. Frenkel ve Schottky Kusurları

Frenkel kusuru bir iyonun normal kafes konumundan bir

arayer konumuna atlaması ile oluşan boş kafes noktası–

arayer atomu çifti olup, radyasyona maruz kalan

metallerde görülür.

Schottky kusuru ise iyonik bağlarla bağlı

malzemelerde meydana gelen boş nokta çiftidir.

Kristal yapı içerisinde eşit elektriksel yükün

korunması için kafesten bir anyon ile bir katyonun

ayrılması gerekir.

2. Çizgisel Kusurlar

Çizgi biçiminde olan bu kusurlara örnek olarak

dislokasyonlar gösterilebilir.

Dislokasyon, bir kristalin mükemmel iki bölümü arasında

yapı düzeni bozulmuş bir bölge anlamına gelir ve kristalin

kaymış bölgesi ile kaymamış bölgesi arasında sınır oluşturan

çizgisel hata olarak tanımlanabilir.

Kenar dislokasyonu simgesi ile gösterilir.

Vida dislokasyonunun hareketi dislokasyon çizgisine

paraleldir.

3. Yüzeysel Kusurlar

Bu kusurlara en belirgin örnek

olarak

tane sınırları,

istiflenme kusurları ve

ikiz sınırları

gösterilebilir. Yüzeydeki yabancı atomların

animasyonla gösterilmesi

1.3.2 Metaller

Çelik, aluminyum, magnezyum, çinko, dökme demir, titanyum, bakır, nikel ve diğer pek çok metal ve alaşımları, genel olarak iyi elektrik ve ısı iletkenliğine, nisbeten yüksek dayanım, rijitlik, şekillendirilebilirlik ve darbe direncine sahiptir. Bu malzemler özellikle yapı ve yük taşıma uygulamaları için kullanışlıdır. Saf metaller nadiren kullanılmakla beraber, alaşım adı verilen metal karışımları arzu edilen belirli bir özellikte gelişme sağlamak veya daha iyi özellik kombinasyonları elde etmek için tasarlanır.

Metalleri meydana getiren kafes yapılar (YMK), (HMK) ve (SDH) yapılardır. Metallerde metalik bağ özelliği görülür. Metallerin ısıyı ve elektriği iyi iletmeleri, deforme olabilmeleri metalik bağın özelliğindendir.

Metallerin Mekanik Özellikleri

Malzemeler çekme, basma, kayma ve burulma

yüklerine maruz kalırlar.

mühendislik gerilmesi:

mühendislik Şekildeğiştirmesi:

formülleriyle hesaplanabilir. Burada

F numunenin kesitine dik olarak uygulanan kuvvet,

Ao numunenin deney başlamadan önceki ilk kesit alanı,

l0 ilk boy, l deneyin sonundaki son boydur.

o

F

A

Elastik ve Plastik Şekil Değiştirme

Akma Dayanımı

Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit olmasına

karşılık, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve

çekme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği bölgeye karşı gelen

gerilme değeridir.

Çekme Dayanımı

Bir malzemenin kopmadan veya kırılmadan dayanabileceği

en yüksek çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme,

çekme diyagramındaki en yüksek gerilme değeridir.

Kopma Uzaması

Çekme numunesinin boyunda meydana

gelen en yüksek yüzde plastik uzama

miktarıdır. Bu değer malzemenin

sünekliğini gösterir.

Tokluk

Malzemenin kırılıncaya kadar enerji absorbe etme

yeteneğidir. Genellikle gerilme eğrisinin altında kalan

alanın hesaplanması ile bulunur. Süneklikte olduğu gibi,

tokluğun karşıtı olarak da gevreklik deyimi kullanılır.

Sertlik

Bir malzemenin çizilmeye, kesilmeye, aşınmaya ve delinmeye karşı gösterdiği dirence sertlik denir.

Değişik türde sertlik deneyleri bulunmaktadır (Rockwell, Brinell, Vickers gibi). Sertlik ölçümlerinde kuvvet uygulanarak, genellikle küre, koni yada piramit ile malzemenin yüzeyinde küçük bir çentik açılır. Oluşan çukurun derinliği yada büyüklüğü ölçülür.

Sertlik ölçümünde kullanılan değişik uçlar

Deformasyon

Plastik deformasyon

Plastik deformasyon büyük sayıdaki dislokasyonların

hareketinden dolayıdır.

Dislokasyonlar

Dislokasyon Hareketinin Yönü

Kenar dislokasyonu doğrultusu uygulanan gerilmeye paralel hareket eder.

Vida dislokasyonu ise uygulanan gerilmeye dik doğrultuda hareket eder.

1.3.3 Seramikler

Topraktan yapıldıktan sonra pişirilmiş

eşyalara genel olarak “seramik” adı verilir.

Seramikler metal ve metal olmayan

elementlerden oluşan anorganik

bileşiklerdir.

Seramikler:

İyonik ve kovalent bağ yapısına sahiptirler.

Genellikle sert, kırılgan, ergime derecesi

yüksek, ısı ve elektrik iletkenliği oldukça

düşük, yüksek basma dayanımına sahip

malzemelerdir.

Seramik malzemeler çanak, çömlek yapımı, tuğla, kiremit, ısı ve elektrik yalıtkanı, aşındırıcı, porselen olarak adlandırdığımız yemek kapları üretimi vb. gibi geniş bir alanda kullanılmaktadırlar.

Seramik malzemeler genellikle; geleneksel seramikler ve ileri teknoloji seramikleri olmak üzere iki grupta ele alınırlar.

1. Geleneksel Seramikler

Geçmişten günümüze kadar geçen süre

içerisinde, insanların ihtiyaçlarını

karşılamak için yaptıkları ve ana maddesi

toprak olan seramikler “alışılmış

seramikler” olarak adlandırılırlar.

Alışılmış seramiklerin ana bileşenleri kil,

silika ve feldspattır.

Cam, tuğla, kiremit, fayans, elektrik

izolatörü, porselen vb. üretiminde

kullanılırlar.

2. İleri Teknoloji Seramikleri

Alışılmış seramiklerden farklı olarak

olağanüstü fiziksel, mekanik ve elektronik

özelliklere sahip olan seramiklere “ileri

teknoloji seramikleri” adı verilmektedir.

Yüksek mukavemet, rijitlik ve sertlik, aşınmaya,

kimyasal etkilere ve yüksek sıcaklığa dayanıklılık

gibi üstün özellikleri nedeniyle, son yıllarda

özellikle havacılık ve uzay sanayinde sıkça

kullanılmaktadırlar.

Atmosfere giren bir mekiğin ısınan yüzeyleri

Seramiklerin Kristal Yapıları

Kararlı seramiklerin kristal yapılarında anyonlar bir

katyonu, temas edecek şekilde çevrelerler. Bu temasın

korunabilmesi için, kritik yada minimum katyon - anyon

yarıçap oranı (rc/rA ) ve belirli koordinasyon numarası

vardır.

Kararlı seramiklerin kristal yapıları

Seramiklerin sahip olduğu kristal yapıların

animasyonla gösterilmesi

Seramik Türleri

1. Geleneksel Seramikler

Geleneksel seramikler camlar ve pişmiş

ürünler olarak ikiye ayrılırlar.

Yüzlerce cam türü bulunmakla beraber en

önemlileri silis camı, soda kireç camı

(pencere camı), kurşunlu cam ve bor-

silikat camıdır.

2. İleri Teknoloji Seramikleri

Üretimleri büyük dikkat ve hassasiyet

gerektiren bu seramikler oldukça

pahalıdırlar.

Ergime sıcaklıkları 2000oC‟ın üzerindedir.

Kırılma tokluğu yüksek, aşınmaya karşı

dayanıklıdırlar.

Alümina (Al2O3), zirkonya (ZrO2), silisyum nitrür

(Si3N4) ve bor karbür (B4C) gibi malzemeler ileri

teknoloji seramiklerine birer örnektir.

Benzinli motorlarda kullanılan bir buji

Seramiklerin Özellikleri

1. Mekanik Özellikler Seramikler genelde çok sert ve

gevrektirler. Basma mukavemetleri çok yüksek olmakla beraber, çekme mukavemetleri çok düşüktür. Kaymaya karşı dirençleri çok yüksektir.

Aşınmaya karşı dayanıklıdırlar. Aşındırıcı

malzeme olarak da geniş ölçüde kullanılmaktadırlar.

2. Elektriksel Özellikleri

Seramikler genellikle yalıtkan ve dielektrik malzemelerdir. Elektriği iletmezler, fakat elektrik alanına tepki gösterirler.

Yüksek dielektrik özelliğine sahip

seramikler kondansatör üretiminde kullanılırlar.

Bazı seramikler (Fe3O4 ve NiO gibi) yarı iletkenlik özelliğine sahiptirler.

1.3.4 Camlar

Camlar amorf yapılı katılardır. Amorf yapılar maddede atomların düzenli olarak yerleşmediği yapılardır gazar, sıvılar ve katı maddelerden camlar amorf yapıya sahip maddelerdir. Camlarda atomların dizilişinde sürekli bir düzenlilik söz konusu değildir. Ve kısa mesafeli düzen (bir kaç atom içeren) mevcuttur. Kısa mesafeli düzene sahip atom grupları camlarda düzenli veya düzensiz olarak dizilmiş olabilirler.

İnorganik camların çoğu, cam yapıcı oksit olan silika SiO2 asıllıdır. Silika asıllı camların çoğunda temel alt birim dörtyüzlüsüdür.

1.3.5 Polimerler

Polimerler

Polimerler 10.000 – 1.000.000 (g.mol)-1

moleküler ağırlığa sahip çok büyük

organik moleküllerdir.

Bu çok büyük molekülleri elde etmek için

küçük moleküllerin birleştirilme işlemine

“polimerizasyon” denilmektedir.

Polimerler oyuncak, ev eşyası, kaplamalar, boyalar,

yapıştırıcılar, otomobil lastikleri üretimi vb. pek çok

alanda kullanılırlar.

Hidrokarbon Moleküleri

Çoğu polimerler organiktirler ve hidrokarbon

moleküllerinden oluşturulmuşlardır. Her C atomu

bağlara paylaştırılmış dört e- „ye sahiptir.

Doymuş hidrokarbon moleküllerinin örnekleri

a. C atomları arasındaki ikili ve üçlü bağlar

b. Bütan ve izobütanın molekül dizilişleri

Çeşitli polimer yapıları

Polimer Molekülleri

Polimer moleküleri çok geniştir ve “makro

moleküller” olarak adlandırılırlar.

Polimerlerin çoğu C atomlarının bir

omurga gibi dizilişiyle, esnek ve uzun

zincirlerden oluşurlar.

Bir polimer zincirinde tekrarlanan birim (“birim

hücre”) “mer” olarak adlandırılır. Yalnız tek mer

“monomer” olarak adlandırılır .

Polimer molekülü

Moleküllerin Yapısı

Polimer malzemelerin fiziksel

karakteristikleri sadece moleküler ağırlığa

ve şekline değil, aynı zamanda molekül

yapısına da bağlıdır. Molekül yapıları

1. doğrusal,

2. dallandırılmış,

3. çapraz bağlı ve

4. ağ polimerler olmak üzere dört çeşittir.

a. Doğrusal b. Dallandırılmış c. Çapraz bağlı d. Ağ polimer yapıları

Termoplastik Polimerler

(Termoplastikler):

Termoplastikler oda sıcaklığında serttirler.

Sıcaklığın artması ile elastik hale gelirler ve

ısıtmaya devam edilmesi halinde yumuşak

plastik ve en sonunda sıvı hale gelirler.

Termoset Polimerler

(Termosetler):

Bu tip polimerler ısıtıldıklarında sürekli

sertleşirler.

Genellikle termoset polimer malzemeler

iki kısım sıvı reçinede elde edilir. İki kısım

karıştırıldığında çapraz bağlanma

reaksiyonu başlar.

Elastomerler: Elastomerler çok yüksek kuvvetlerle

deforme olabilirler ve yük ortadan kalktığında bir

yay gibi orijinal boyutuna geri dönerler.

Bu davranış ilk önce doğal kauçukta gözlenmiştir.

Elastomerler

Polimerizasyon

Polimerizasyon yağ yada kömür gibi ham

malzemelerden yüksek polimerlerin sentezidir.

Polimerizasyon