Seramik Malzemeler | Seramik Özellikleri | Metalurji & Malzeme Bilimi
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 24 Temmuz 2018 0 admin
Seramik Malzemeler ve Özellikleri
Seramik malzemeler , son yıllarda artan teknoloji ile kullanımı mühendislikte kullanım oranları gitgide artmıştır. Aslında en eski malzemelerden biri olmasına rağmen, genellikle günümüz uygulamalarında kendilerine yer bulamayan seramik malzemeler bazı temel özellikleri aşağıda listelendiği gibidir;
Yalıtkan ve İletken
Erime Sıcaklığı Yüksek
Seramik Malzemeler ve Yoğunluk
Bir malzemedeki kristalografik yoğunluk aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanmaktadır…
Kristalografik Yoğunluk= Birim hücredeki atomların sayısı x Atom Ağırlığı / Birim hücre hacmi x Avagodro Sayısı
Ancak; eğer bir malzeme gözenekli bir yapıya sahip ise ( Seramikler gibi ) sadece kristalografik yoğunluk hesabı yeterli olmamaktadır. İşin içine bu sefer kütlesel yoğunluk kavramı girmektedir ve gözenek hacmi ne kadar fazla olursa, kütlesel yoğunluk da o derece az olmaktadır.
Kütlesel Yoğunluk= Kütle ağırlığı / Katı Hacmi +Gözenek hacmii
Seramik malzemeler kullanım nedenlerinin başında, diğer bir çok malzemeye göre üstün özelliği olan ergime sıcaklığının yüksek olması gelmektedir.
Örnek olarak metal döküm işlemlerinde pota içerisine örülen tuğlalar birer seramik malzemedir. İşlemin sağlıklı gerçekleşebilmesi için döküm sıcaklığında metallerin eriyip, seramik malzemeler ‘in erimediği bir ortam gerekmektedir.
İyonik ve Kovalent bağların sayısı arttıkça ergime sıcaklığı artmaktadır.
Seramik malzemeler temel ısıl özellikleri aşağıdaki gibidir;
Bir malzemenin sıcaklık karşısında, genleşmesi ya da büzülmesinin temel nedeni atom arasındaki bağların özelliklerine bağlıdır. Bağ sayısı ve bağ mukavemetleri genleşmenin temel nedenidir. Bağ kuvvetleri ne kadar fazla ise, genleşme o kadar az olacaktır. Bağ kuvveti açısından kovalent bağlı bileşiklerin dayanımları en fazladır. Sırasıyla iyonik ve metalik bağa doğru bağ kuvvetleri azalmaktadır. Bu nedenle metaller, metalik bağdan dolayı çok genleşebilirler.
Aynı şekilde, bağ mukavemeti ve sayısının artması, malzemelerin ergime sıcaklığını arttırmaktadır. Seramik malzemeler genleşmesinin düşük, ergime sıcaklığının yüksek olması yapısında bulunan kovalent bağlardan kaynaklıdır.
Plastik, metal ve seramik malzemeler sıcaklık karşısında ısıl genleşmeleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Bu tablo iyi incelendiğinde, düşük sıcaklık artışlarında bile plastiklerin en yüksek genleşmeye sahip oldukları, Metallerin plastiklerden sonra geldiği, en düşük ısıl genleşme miktarlarının ise, seramiklerde olduğu görülebilmektedir.
Seramik Malzemeler ve Mukavemet
Mukavemet terimi, atomik bağları birbirinden ayırmak için olması gereken gerilmedir. Genellikle seramiklerin basma mukavemeti diğer malzemelere oranla iyidir. Bunun nedeni, atomlarının birbirlerine kovalent bağ ile bağlı olmasıdır.
Ancak; seramikler, metaller kadar darbe dayancına sahip değildir. Bu yüzden en ufak bir darbede kırılırlar. Bunun nedeni, seramik malzemelerin sertliklerinin çok yüksek olmasıdır.
Atomlar arası bağlar çok güçlü olmasına rağmen malzemelerin mukavemetleri o derece büyük olmaz. Bunun temel nedenleri;
Malzeme yapılarının gözenekli oluşu,
Yapıda bulunan inklüzyonlar,
Yapıda bulunan çatlaklar.
Bu gibi hataların olması, malzemelerin hiç bir zaman teorik mukavemetlerine ulaşamamasının kanıtıdır. Çünkü, yapıda bulunan bir çatlak ya da gözenek, çentik etkisi yaratacağından çekme sırasında malzemeler oradan çatlar veya kırılır.
Gözenekler basma kuvveti etkisi altındayken çentik etkisi oluşturmadığı için, malzemeler genellikle basma kuvvetlerine karşı daha dayanıklıdır.
Seramik Malzemeler ve İletkenlik
Seramikler incelendiğinde genellikle yalıtkan oldukları görülmektedir. Ancan; belirli koşullar altında, iletken hatta süper iletken olabilmektedirler.
Seramiklerde izolatör malzemesi olarak kullanılan türler mevcuttur. Bu tip seramiklerde iletkenlik yoktur. Yalıtkan olarak geçerler.
Bir takım seramikler, yarı iletkenlik özelliklerine sahiptirler. Belirli basınç altında, ya da ortamın nem miktarındaki değişimler seramikler üzerinde iletkenlik olarak değişimler meydana getirirler. Bu tip malzemelere yarı-iletken malzemeler denir.
Süper İletken Seramikler
Malzemelerin kayıpsız olarak iletkenlik özelliği kazanmaları için yani direncin 0’a düşmesi için belirli bir sıcaklığın altına kadar soğutulmaları gerekmektedir.
“Mutlak Sıfır 0 ” noktası denilen bir sıcaklık olan -273°C yani 0°K ‘de atomların titreşiminin olmadığı kabul edilir. Bu sıcaklığa inildiğinde bütün atomlar hareketsiz olarak ” kabul edilir. ” Ancak; pratikte bu mümkün değildir. Bir malzemeyi ne kadar soğutursanız soğutun asla mutlak sıfıra tam olarak ulaşamayacaktır. Buradaki asıl husus, süper iletken malzemeleri elde etmenin yolu, malzemeyi kritik sıcaklık altına indirmek ( mutlak sıfıra yaklaştırmak ) olacaktır.
Seramik malzemelerle ilgili ODTÜ’nün yayınlamış olduğu kısa video linki ekteki gibidir…
Kompozit Malzemelerle ilgili hazırladığımız makaleye aşağıdaki linkten ulaşabilirsiniz…
Nitrasyon Nedir ?