MALZEME BİLİMİNE GİRİŞ Taş Devri – MÖ 2,5 milyon yıl Tunç Devri

MALZEME BİLİMİNE GİRİŞ
Taş Devri – MÖ 2,5 milyon yıl
Tunç Devri – MÖ 3500
Demir Devri – MÖ 1000
(KİMYASAL BİLEŞİM VE ATOM YAPISINA GÖRE) MALZEMELER:
Son yüzyılda bilim insanları ve mühendisler alaşımlama, ısıl işlem, sertleştirme,
kaplama gibi çeşitli işlemlerle malzeme özelliklerini büyük ölçüde geliştirmeyi
başarmışlardır. Bunun için malzemelerin içyapılarının ve buna bağlı özelliklerinin
bilinmesi büyük önem taşımaktadır. Doğru işlemlerden geçirilmiş uygun özelliklere
sahip malzemenin doğru yerde kullanılması, imal edilen parçanın fonksiyonunu
uzun süre boyunca, etkin şekilde ve sorunsuz olarak gerçekleştirmesini sağlar.
Böylece kullanım yerine ve amacına en uygun malzemenin belirlenmesi ve
üretilmesi mümkün olmuştur.
Malzeme Bilimi: Malzemelerin yapıları ile özellikleri arasındaki ilişkinin ortaya
konmasıyla ilgilenir. Böylece, malzemeye yeni/daha iyi özellikler kazandırmak üzere
malzeme yapısının tasarlanması ile ilgilenen Malzeme Mühendisliğine temel
oluşturur.
MALZEME ÖZELLİKLERİ: Malzemenin dış etkiye verdiği tepkinin ifadesidir.
Dış Etki
Yük (Kuvvet/Moment)
Özellik
Mekanik
Elektriksel Alan
Isı
Manyetik Alan
Işık
Elektriksel
Isıl
Manyetik
Optik
Kimyasal Madde
Korozif
Parametre
Elastisite Modülü, Dayanım, Tokluk,
Sertlik gibi
İletkenlik gibi
İletkenlik, Isı Kapasitesi gibi
Mıknatıslanma gibi
Kırılma İndisi, Yansıtma
Oranı/Geçirgenlik gibi
Kimyasal Reaktiflik gibi
1.
2.
3.
4.
METALLER
SERAMİKLER
POLİMERLER
KOMPOZİTLER
METAL MALZEMELER: Fe, Ti, Al, Mg, Mn, Cr, Ni gibi bir veya birkaç metal ile az
oranda C, O, N gibi ametalden oluşan alaşımlardır. Atomları oldukça düzenli bir
dizilişe sahiptir. Mekanik özellikleri iyi ancak yoğunlukları yüksektir. Isıl ve
elektriksel iletkenlikleri yüksek, bazı metallerin mıknatıslanmaları iyidir. Mekanik
özellikleri sayesinde makina elemanlarında ve yapısal uygulamalarda yaygın şekilde
kullanılırlar.
SERAMİK MALZEMELER: Metal/ametal bileşikleridir. Alümina (alüminyum oksit:
Al2O3), silika (silisyum dioksit: SiO2), silisyum karbür (SiC), silisyum nitrür (Si3N4),
porselen, cam, çimento gibi O, C ve N içerenleri en yaygın türleridir. Seramikler rijit,
dayanıklı ve sert olmakla birlikte en zayıf yanları tokluklarının düşük (gevrek)
olmasıdır. Yalıtkan ve bozulmayan (korozyona dayanıklı) malzemelerdir. Son yıllarda
tok seramikler üretilmiş olup pişirme kapları, kesici takımlar ve motor yataklarında
(piston-silindir) kullanılmaktadır.
POLİMER MALZEMELER: C, H, O, N, Si gibi metal dışı elementlerin organik
bileşikleridir. Aynı kimyasal formüle sahip çok sayıda molekülün zincir şeklinde
bağlanmasıyla oluşurlar. Polietilen (PE), poliamid (PA), polivinilklorür (PVC),
polikarbon (PC), polistiren (PS), silikon, kauçuk gibi örnekleri bulunur. Mekanik
özellikleri zayıf, yoğunlukları düşüktür. Sünektirler, kimyasallardan etkilenmezler.
KOMPOZİT (KARMA) MALZEMELER: Metal, seramik, polimer yapılı iki veya daha
fazla malzemenin fiziksel olarak bir araya getirilmesi ile elde edilen bileşiklerdir.
Farklı malzemelerin iyi özelliklerini bir araya getirmek amaçlanır. Bu arada bazı
özelliklerin kötüleştiği de göz önünde bulundurulmalıdır. Örneğin; cam elyaf
(lif/fiber) takviyeli polimerlerde camın dayanımı ile polimerin elastikliği, özellikle
ileri teknoloji ürünlerinde kullanılan karbon elyaf takviyeli kompozitlerde yine
karbonun dayanımı öne çıkar.
Malzeme seçimi ve işlemleri ile malzeme özelliklerinin kıyaslanması ile ilgili:
http://www-materials.eng.cam.ac.uk/mpsite/
http://www-materials.eng.cam.ac.uk/mpsite/interactive_charts/default.html
Metal
Seramik
Polimer
Kompozit
Mekanik
Elektriksel
Isıl
Optik
Manyetik
Korozif
İLERİ MALZEMELER: Elektronik, bilgisayar, fiber optik, uçak ve uzay gibi ileri
teknoloji uygulamalarında kullanılmak üzere geliştirilen/iyileştirilen geleneksel veya
yeni malzemeler olup yüksek maliyetlidirler.
- Yarı iletkenler: İletken metal ile yalıtkan seramik/polimer arasında elektriksel
özelliklere sahip malzemelerdir. Entegre baskılı devre kartlarında kullanılırlar.
- Biyo malzemeler: Biyo uyumlu vücuda zarar vermeyen malzemelerdir. Metal,
seramik, polimer, kompozit, yarı iletken esaslı olabilirler.
- Akıllı malzemeler: Mekanik, ısıl, elektriksel ve manyetik olarak ortaya çıkan
değişiklikleri algılayıp belirli tepkiler veren hafızalı malzemelerdir. Örneğin; şekil
hafızalı alaşımlar, mekanik basınca karşılık elektrik alan/potansiyel üreten veya
tersini yapan piezoelektrik seramikler, manyetik etkiyle şekil veya boyut değiştiren
manyetostriktif malzemeler ve elektriksel veya manyetik etkiyle viskozite özellikleri
değişen elektro/manyeto reolojik akışkanlar.
- Nano malzemeler: Nanometre ölçeğinde (10--9 m) yani atomik seviyede
tasarlanmış katalitik dönüştürücü, karbon nanotüp, karbon siyahı parçacık, nano
kompozit, HDD manyetik tanecik, manyetik bant, nano ilaç gibi malzemelerdir.
SORU: LCD/LED/OLED/AMOLED/IPS ekranlar, motor blokları, otomobil kaportaları,
çelik yelekler, bilardo/basketbol/futbol topları, golf sopaları, kanolar,
gemi/yat/uçak/uzay aracı gövdeleri, türbin kanatları, helikopter pervaneleri,
otomobil/F1 lastikleri gibi ürünlerden beklenen özellikleri ve geçmişten günümüze
kullanılan malzemeleri araştırınız.