Kırılma Tokluğu

YAPISAL SERAMİK MALZEME
TEKNOLOJİSİ-3
Seramik malzemelerin mekanik özellikleri
Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu
MEKANİK ÖZELLİKLER

Mekanik özellikler, uygulamada zorlamaya maruz kalacak
malzemelerin en önemli özelliğini oluştururlar. Bir malzemenin
uygulanan dış kuvvetlere karşı gösterdiği davranış genellikle şekil
değiştirme ve kırılma şeklinde kendini gösterir.

Bir katı cismin uygulanan kuvvetlere karşı gösterdiği tepki mekanik
davranış olarak tanımlanır. Bu davranışın biçimi mekanik özellikleri
belirler.

Mekanik özellikler değişik tür zorlamalar altında oluşan gerilme ve
şekil değiştirmeleri ölçerek ve gözleyerek saptanır. Cisimler artan dış
zorlamalar altında önce şekil değiştirir, sonra dayanımını yitirerek
kırılır.
2







Düşük gerilmeler altında şekil değiştirmeler elastik, yani
tersinirdir.
Elastik şekil değiştirmeye karşı direnç veya rijitlik malzemenin
elastisite modülü ile belirlenir.
Gerilme belirli bir sınırı aşarsa kalıcı yani plastik şekil
değiştirme oluşur.
Bir malzemenin plastik şekil değiştirme yeteneğine süneklik denir.
Malzemelerin iç yapısında kalıcı değişim veya kırılma oluşturan
herhangi bir gerilme sınırı mukavemet olarak tanımlanır.
Tokluk, birim hacimdeki cismi kırmak için gerekli enerji olarak
tanımlanır.
Elastisite modülü büyük malzemelere rijit (zor şekil değiştiren),
küçük olanlara fleksibl (kolay şekil alan, esnek) malzeme denir.
3
SERAMİKLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ





Seramikler genellikle çok sert ve gevrektirler.
Basma mukavemetleri çok yüksek olmakla beraber çekme
mukavemetleri çok düşüktür.
Gevrek olduklarından iç yapı kusurları, çentikler, çizikler ve
mikroçatlaklar gerilme yığılmasına neden olur, dolayısıyla çekme
etkisinde kolay kırılırlar.
Seramiklerde basma mukavemeti ortalama olarak çekme
mukavemetinin sekiz katıdır.
Isıl işlemle yüzeyde artık basınç gerilmeleri oluşturarak çekmeye
karşı mukavemetleri arttırılabilir. Yumuşama noktasına kadar ısıtılıp
hızla soğutulmuş camın mukavemeti üç katına çıkabilir. Bunlara
temperlenmiş cam veya duracam denir.
4

Diğer taraftan iç yapı kusurlarını azaltacak şekilde üretilen camın
çekme mukavemeti çok yükselir, örneğin çok ince cam liflerinde
kusur çok azdır, dolayısıyla mukavemeti cam çubukların
mukavemetinin yüz katı kadar olabilir. Cam lifleri epoksi veya
polyesterle yapıştırılarak çok yüksek mukavemetli kompozit
malzemeler elde edilir.

Seramiklerin kaymaya karşı direnci çok yüksektir, plastik şekil
değiştirmeksizin kırılırlar.

Ayrıca bazıları çok sert olduklarından aşındırıcı malzeme (abrazif)
olarak geniş ölçüde kullanılırlar.
5
Seramikleri
metaller gibi
dizayn etmek
kolay değildir
Delik, çatlak vs.
süreksizlikler
veya klips gibi tutma
noktalarında fazla
zorlanamazlar
Seramikler
aşınmaya karşı
dirençlidir, yüksek
sıcaklığa kadar
mukavemetlerini
korurlar
E modülleri
çok yüksek
Metaller gibi
sünek değil,
gevrektirler
Seramik
Çekme mukavemetleri zayıf,
gevrek kırılırlar, Basma
mukavemetleri Çekmenin 8
katı kadardır
Süneklikleri yoktur

Seramik malzemelerin kırılma dayanımı ve aşınma direnci gibi
mikro yapısal değişkenlerden etkilenen özellikleri ile sertlik,
yoğunluk, ısıl dayanım, yüksek elastik modül gibi kristal yapı ve
atomlar arası bağlanmadan etkilenen özelliklerin önem kazandığı
uygulamalarda kullanılan seramiklere «Yapısal amaçlı ileri teknoloji
seramikleri» denilmektedir.

Bu grupta özellikle Al2O3, ZrO2, Si3N4, SiC, B4C, cBN, TiC, TiB2, TiN,
AlN gibi tek tek veya çiftli, üçlü veya daha fazla elemanların
kombinasyonu ile oluşan kompozitler göze çarpmaktadır.
7



Genelde yapısal amaçlı yüksek teknolojik seramikleri olarak oksit
seramikler grubunda alüminyum oksit, zirkonyum oksit dikkat
çekerken, oksit olmayan seramikler grubunda silisyum nitrür, silisyum
karbür, bor karbür, bor nitrür, titanyum diborür gibi üstün özellikli
malzemeler bulunmaktadır.
Bu malzemeler hafifliklerinin ve yüksek sertliklerinin yanı sıra üstün
ısıl ve korozyon dayanımları, üstün yüzey özellikleri, bazı elektriksel
özellikleriyle değişik endüstriyel alanlarda kullanılmaktadır.
Tekstil makinalarında aşınmaya dayanıklı yapay iplik kılavuzları, kesici
uçlar, otolarda yüksek ivme sağlayan turbo yükleyici parçaları,
madencilik ve çimento sektörü, hafif balistik yelek ve zırhlı araç
koruyucu katmanları, aç-kapa mekanizmalı musluklar, spor
malzemeleri, nozullar, ortopedik protezler, bilyalar, potalar, kimya
sanayi parçaları v.b. uygulama alanları vardır.
8
Bazı seramiklerin özellikleri
9
Sertlik





Sertlik:
Malzemenin çizilmeye karşı gösterdiği dirençtir, veya
Malzeme yüzeyinin kalıcı şekil değiştirmeye gösterdiği
dirençtir.
Sıcaklık artırıldığında, esneklik katsayısında oluşan küçük bir
azalma ve tane büyümesi nedeniyle sertlik genellikle düşer.
Gözeneklilik, sertliği ve esneklik katsayısını (elastik modül)
önemli ölçüde düşürür.
10
 Bir
cismin sertliğinin bilinmesi:
a)Malzemenin kökeni hakkında bilgi verir.
b)Malzemenin
sertliğinin
bilinmesi
ile
mekanik
mukavemetlerinin değeri bulunabilir.
c)Malzemenin sertliğinin yüksek olması,
işlenme
kabiliyetinin küçük olduğunu gösterir.
d)Sertlik deneyleri basit ve az tahribatlı olduğundan,
malzemenin diğer özellikleri hakkında, malzemeyi elden
çıkarmadan bir fikir edinilebilir. Daha sonra örnek üzerinde
diğer deneyler yapılabilir.
11

Seramik malzemeler, kırılgan ve çatlamaya son derece duyarlı
olduklarından sertlik ölçme ucunun seramik yüzeyine batmaya
zorlanması yüzeyde aşırı çatlak oluşumuna ve dolayısıyla da
sertliğin yanlış ölçülmesine yol açmaktadır. Bu nedenle küresel
sertlik ölçme uçları (Rockwell ve Brinell testleri) seramikler için
kullanılmaz. Seramiklerin sertlikleri piramit formundaki uçların
kullanıldığı Vickers ve Knoop teknikleri ile ölçülür. Çok kırılgan
seramiklerde Knoop daha çok tercih edilir.

Seramiklerin en çok ölçülmesi istenilen mekanik özelliği
muhtemelen sertlikleridir ve bilinen en sert malzemeler bu gruba
aittir. Bu nedenle aşındırma veya taşlama işlemlerinde genellikle
seramikler kullanılır.
12

Vickers Sertliği:

Vickers sertlik ölçme yöntemi, sertliği ölçülecek malzeme
parçasının yüzeyine, tabanı kare olan piramit şeklindeki bir ucun
belirli bir yük altında daldırılması ve yük kaldırıldıktan sonra
meydana gelen izin köşegenlerinin ölçülmesinden ibarettir.
Vickers sertlik değeri, piramit şeklindeki ucun belirli bir yük altında
ve belirli bir süre uygulanması ile malzeme yüzeyinde meydana
getirdiği izin büyüklüğü ile ilgili bir değerdir.
Meydana gelen iz taban köşegeni (d) olan kare bir piramittir ve
tepe açısı ucun tepe açısının aynıdır = (136°). Vickers sertlik değeri,
kg olarak ifade edilen deney yükünün mm² olarak ifade edilen iz
alanına bölümüdür.


13
14

Yumuşak malzemelerden, özel yöntemlerle sertleştirilmiş çok sert
malzemelere kadar geniş bir kullanım aralığı mevcuttur.

Yük olarak 1-150 kg (en sık 2,10 ve 30 kg) arasındaki yükler
kullanılabilir.

Ölçüm sırasında bekleme süresi yaklaşık 15 sn (yumuşak
malzemelerde 30 sn) olabilir.

Vickers sertlik değeri işareti ile beraber bazen uygulanan yük ve
yükün uygulama zamanını belirten sayısal işaretler de ilave edilir.

Örneğin; 800 VSD /30 /20 ifadesi 30 kg'lık yükün 20 saniye süre ile
uygulanması sonucu elde edilen Vickers sertlik değerinin 800
olduğunu gösterir.
15
16
17

Deneyde dikkat edilecek hususlar:

Yük darbesiz olarak uygulanmalıdır.
Numene yüzeyi parlak ve düzgün olmalıdır.
Elmas uç darbeden ve çarpmadan korunmalıdır.
Numune üzerinde kalan izin merkezinin parça kenarına
veya bir diğer izin kenarına olan uzaklığı en az 3d kadar
olmalıdır.
Piramid uç P yükü ile deney parçasına düşey olarak
batırılmalı, iz köşegenleri 0,002 mm hassaslıkla
ölçülmelidir.




18

Knoop Sertliği:

Knoop sertliği, 1939 yılında National Bureau Standards’da (şu an
NIST= National Institute of Standards and Technology-USA) Frederick Knoop
tarafından geliştirilmiştir. ASTM’ye (American Society for Testing and
Materials) göre E384 standartlarında tanımlanmıştır. Bu standartlara
göre eşkenar piramit esaslı elmas bir uç kullanılır.

Bu deneyde tepe açısı 130º ve 172º 30’ olan piramit şekilli elmas
bir uç malzeme üzerine batırılır.

Knoop aynı yük kullanılarak yapılan Vickers sertlik ölçümleri ile
karşılaştırıldığında nispeten daha az derin izler bırakır (Uzun
köşegenin 1/30’u kadar).
19
P
P
HK  
2
A CL
20
P: uygulanan yük (kg)
A: izin düşüm alanı (mm2)
L: izin dikey uzunluğu
C: sabit (0,07028)
Vickers sertlik izi
Knoop sertlik izi
Vickers sertliğinde, malzemenin sertliği izin köşegenleri ölçülerek bulunur.
Knoop sertliğinde, malzemenin sertliği izin derinliği ölçülerek bulunur.
21
22
23

Mohs sertlik skalası (Mohs sertlik cetveli):

Minerallerin sertliği Avusturyalı mineralog Friedrich Mohs
tarafından 1812 de ortaya konulan ve Mohs sertlik dizisi adı
verilen bir ölçek yardımıyla nisbi olarak ölçülür.

Mohs sertlik skalasına göre bir mineralin sertliğini bulmak için,
sertliği bilinen mineral veya minerallerle, sertliği saptanacak
olan mineral birbirine sürtülür ve sertliği bilinmeyen mineralin
hangi minerali çizdiği ve hangisiyle çizildiği belirlenir. Sonuçta
bu işleme göre mineralin sertliği bulunmuş olur.
24
Örneğin, Apatiti çizip kuvars ile
çizilen bir mineralin Mohs skalasına
göre sertliği 6’dır.
Bu skalaya göre kuvars'ı çizebilen,
topaz'ı çizemeyen bir maddenin
sertliği Mohs skalasına göre 7-8
Mohs sertliğindedir.
Örneğin, sert çelik 6.5, alüminyum 2,
normal cam 5.5 Mohs sertliğindedir.
25
Malzeme
Vickers Sertlik
(Kg/mm2)
Elmas
8000
Bor karbür
5000
Titanyum karbür
3330-4000
Titanyum borür
3400
Silisyum karbür
3400
Alüminyum oksit
3000
Titanyum nitrür
3000
Wolfram karbür (W2C)
3000
Vanadyum karbür
2100-2700
Krom karbür
1700-2300
Wolfram karbür (WC)
1600
WC+%3 Kobalt
1300
Karbürize edilmiş çelik
900
150
İnşaat çeliği
650-700
Sertleştirilmiş takım çeliği
26

Silisyum karbür (SiC); çok sert, aşındırıcı bir malzeme olup, yüksek sürünme
mukavemetine sahiptir. İndirgen atmosferde, erozyon ve kimyasal etkileşimlerine
karşı mükemmel bir direnç gösterir.

Yüksek saflıkta ticari silisyum karbür elde etmek zordur; çünkü sinterleme için
eklenen safsızlıklar veya reaksiyon bağlamada kullanılan silisyumda bulunan
safsızlıklar bunu engeller. Sinterlenmiş silisyum karbür, seramik malzemeler
içerisinde en dayanıklı olanlardan birisidir ayrıca silisyum karbür en etkili
aşındırıcılardan birisidir.

Bor karbür kadar sert değildir ancak silisyum karbür malzeme sıyırma
işlemlerinde etkili olmaktadır. Silisyum karbürün sertliği kristalografik yönlere,
var olan safsızlıklara ve parlatılmış yüzeyler gibi farklı durumlara bağlı olarak
değişir. Ölçüm ortamı dahi sertliği etkileyebilir.

Uygulamaları ise havacılık endüstrisinde pompa, taşıma, yağ, yakıt deposu,
pompa malzemeleri ve kalıplar olabilir.
27

Alüminanın öğütme için gereken en önemli özelliği sertliğidir.
Alüminanın tercih edilmesinin en önemli nedenlerinden biri bu
özelliğidir.

Aşındırma işlemleri sırasında yüksek sıcaklıklar meydana gelebilir.
Fakat alfa alümina yüksek sıcaklıklarda da sertlik özelliklerini
muhafaza eder. Bu nedenle özellikle metal işleme sektöründe
kullanılan aşındırıcı taşların temel hammaddesi durumundadır.
Özellikle taşlamada ortaya çıkan aşırı ısınma problemi korund
bazlı aşındırıcı taşlarla çözülür.

İçerisinde katı halde çözünmüş olarak %3 oranında Cr2O3
bulunduran korundun sertliği saf safirden daha fazladır. Fakat
Cr2O3 miktarı bu değeri aştıktan sonra sertlik değeri düşmeye
başlar.
28

Bor karbür (B4C) yüksek ergime sıcaklığı, yüksek sertlik, düşük yoğunluk (2,4
gr/cm³) kimyasal maddelere karşı üstün direnç, nötron soğurma kabiliyetine
sahip olma, yüksek ısı dayanımı gibi mekanik özellikleri nedeniyle ileri
teknolojinin önemli bir malzemesidir.

Bor karbür, fiziksel özelliklerine bağlı olarak çeşitli alanlarda kullanılmaktadır.
Bugün savunma sanayinde gerek personel zırhı gerekse de araç zırhı olarak
geniş kullanım alanı bulmaktadır.

Bor karbürün sertliği çok yüksek olduğu için en çok aşındırıcı olarak
tüketilmektedir.

Bor karbürün bir diğer önemli kullanım alanı da aşınmaya karşı dayanıklı
makine parçalarının üretimidir.
Ayrıca hafif zıh malzemesi olarak plaka halinde helikopter tank ve can
yeleklerinde kullanılmaktadır.


Bunun yanı sıra bor karbür peletler nükleer reaktörlerde kontrol çubuğu
olarak kullanılmaktadır.
29

Geliştirilen (Si3N4) esaslı seramikler sertlik, aşınma direnci ve tokluk özellikleri
sebebiyle kesici takım olarak, gaz türbin parçaları, dizel motor parçaları,
ekstrüzyon kalıpları, sızdırmazlık elemanı, hadde yönlendirme pleytleri, yüksek
sıcaklık ve korozyona dayanım özellikleri sebebiyle demir dışı metallere karşı
refrakter olarak birçok alanda kullanılabilmektedir.

Si3N4 esaslı seramikler demir esaslı olmayan metallerce kolayca ıslatılamazlar.
Bu nedenle endüstride çok faydalı bir refrakter olarak alüminyum
endüstrisinde, çeşitli tüplerin ve termokupl kılıflarının imalatında
kullanılmaktadır.

Metal işleme bileşenlerinde, tel çekme hadde makaraları, takım uçları, demir
dışı ve kompozit malzemelerin işlenmesinde ve metal ergitme parçaları olarak
kullanılmaktadır. Ayrıca ısı kalkan plakaları ve ısı izoleli seramik tuğlalarda da
kullanım alanı bulunmaktadır.
30
Kırılma Tokluğu

Mühendislik malzemelerinde kırılma tokluğu, malzemede bir
çatlak oluştuğu zaman, malzemenin çatlağın ilerlemesine karşı
gösterdiği direnç olarak ifade edilir ve Kıc veya Kc ile gösterilir.
𝐾 = σ 𝜋𝑎
Burada σ, uygulanan gerilme
a, yüzey çatlak uzunluğu
K teriminin çatlak ilerlemesi için gerekli kuvvet ölçüsü olduğu
düşünülerek, bu terim gerilme şiddet faktörü olarak isimlendirilir. Gerilme
şiddet faktörü K ’nın kritik bir Kc değerinde kırılma olur. K = Kc olduğunda
çatlak ilerler ve kırılma olur.
Kritik gerilme şiddet faktörü Kc genellikle kırılma tokluğu olarak
isimlendirilir. Kırılma tokluğunun birimi MPa 𝑚 ’dir.
31

Kırılma tokluğu deneyi ile gerilme şiddet faktörü Kc tayininde
kullanılan kırılma yükü, numunenin boyutlarına bağlı olarak farklı
değerler alır. Bu sebeple kırılma tokluğu denklemi aşağıdaki hali
alır.
𝐾 = 𝑌σ 𝜋𝑎
Y, hem numune hem de çatlak
şekline bağlı bir geometrik faktör
Kırılma tokluğu Kc, numunenin kalınlığına bağlı olarak
değişir ve numune kalınlığı arttıkça belli bir değere kadar
azalır, bundan sonra kalınlık etkisi olmaz.
Numunenin kalınlığının limit bir değerinden sonra, numune
yüzeyinin etkisi kalmamakta ve esasında düzlem şekil
değişimi durumu sağlanmaktadır.
32
*Örnek Çalışma:
Si3N4 + %30 SiC + %3 MgO seramik malzemenin kırılma tokluğunun
numune kalınlığına bağlı değişimi
*Asım ÖZDEMİR, Seramik Malzemelerin Kırılma Tokluğu Değerlerinin Üç Boyutlu Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Teorik Olarak Belirlenmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek
Lisans Tezi, 2006
33
Sıcaklık azaldıkça malzemenin gevrek davranış gösterme eğilimi artar,
dolayısıyla malzemenin kırılma tokluğu değeri azalır.
34
Kırılma Tokluğu (MPam)
35
36
Yoğunluk
(g/cm3)
Kırılma
Tokluğu
(MPa m1/2)
Al2O3 (% 99)
3,85
4
Si3N4
(Sıcak Pres.)
3,19
6.6
Si3N4
(Tepkime Bağlı)
2,8
3.6
SiC (Sinter)
3,1
4
ZrO2+%9 MgO
5,5
8+
Malzeme
37

Alüminaya %10 ZrO2 ilavesi kırılma tokluğunu önemli ölçüde (~%25) iyileştirmekte,
dökme demir ve nikel esaslı alaşımların işleme kapasitesini arttırmaktadır.

Al2O3 takımların SiC wiskerlerle takviye edilmesi kırılma tokluğu, mukavemet ve ısıl
şok direncini arttırmaktadır. Yaklaşık 1 mm çapında ve 20 mm boyutunda olan bu
wiskerler, yapının sertliğini ve aşınma direncini yükseltirler. Sıcak presleme ile üretilen
bu kesici takımlar, üstün özellikleri nedeniyle sertleştirilmiş çelik, nikel esaslı alaşımlar
ve dökme demirin talaş kaldırma işlemlerinde kullanılabilmektedir.

Geleneksel kesici takım malzemesi olan alümina (Al2O3) 3 grupta toplanabilir:

• A-1. Grup : %10 kadar oksit ve karbür (özellikle titanyum, magnezyum, molibden,
krom, nikel, kobalt) içeren alümina. Bu karışım soğuk pres+sinterleme ile üretilir.

• A-2. Grup : Saf alümina, sıcak presleme ile üretilir.

• A-3. Grup : %25-30 refrakter karbür (TiC, SiC, vb.) içeren alümina, sıcak presleme
ile üretilir.
38

Silisyum nitrürün kırılma tokluğu alüminanın yaklaşık iki katıdır ve
daha yüksek bağ mukavemetine sahiptir. Termal genleşme
katsayısının düşük (3,2.10-6/°C) olması nedeni ile iyi termal şok
direnci verir. Alüminanın kırıldığı hızlı ve aralı talaş kaldırma
işlemlerinde kullanılabilir.

SiAlON’un kırılma tokluğu ve enine kopma mukavemeti
alüminadan daha yüksek, fakat Al2O3/SiC wisker seramiklerden
daha düşüktür. Sialon kesici takımlar özellikle dökme demir ve
süper alaşımların (Ni esaslı gaz türbin diskleri) işlenmesinde
kullanılır.
39




Seramik bir malzemeden üretilmiş çok sayıda numune teste tabi
tutulduğunda, genellikle kırılma dayanımı değeri önemli ölçüde
değişiklik gösterir.
Bu olay, kırılma dayanımının malzemede çatlak başlatma
yeteneğine sahip bir kusurun bulunma ihtimaline bağlı olmasıyla
açıklanabilir. Bu olasılık aynı malzemeden alınan bir numuneden
diğer bir numuneye, malzemenin üretim tekniğine ve üretim
sonrası göreceği işleme bağlı olarak değişebilir.
Numune boyutu veya hacmi de kırılma dayanımını etkiler. Numune
boyutu büyüdükçe malzemenin kusur içerme olasılığı da o kadar
artar ve buna bağlı olarak da kırılma dayanımı düşer.
Basma gerilmeleri için kusur ile bu şekilde ilişkilendirme yapılamaz.
40
Silisyum nitrürde elde edilen kırılma sıklığının dağılımı
41

Seramik parçaların kırık yüzeyleri incelendiğinde, çatlak ilerlemesinin
başlangıcındaki hızlanma aşamasında oluşan çatlak yüzeyi düz ve pürüzsüzdür. Bu
yüzey bölgesi uygun bir terimle «ayna bölgesi» olarak adlandırılır. Cam kırıkları için
bu ayna bölgesi son derece düz ve yüksek seviyede yansıtıcıdır. Öte yandan, çok
kristalli seramiklerde, düz ayna olarak yüzeyleri pürüzlü ve taneli bir dokuya
sahiptir. Ayna bölgesinin dış çevresi kabaca dairesel olup merkezinde çatlak orijini
(başlangıç noktası) bulunur.

Kritik hıza ulaştıktan sonra çatlak dallanmaya başlar, yani çatlak yüzeyi ilerleme
yönünü değiştirir. Bu sırada mikroskobik ölçekte çatlak ara yüzeyinde pürüzlenme
gözlenir ve yüzeydeki geçiş ve çapak oluşumları dikkat çekicidir. Geçiş bölgesi
terimiyle, ayna olarak adlandırılan çok kristalli kısmın hemen dışındaki halka
şeklindeki soluk bölge kastedilmektedir. Geçiş bölgesinin dış kısmında pürüzlü
dokusuyla çapak bölgesi yer almaktadır. Bu bölgede yer alan çizgiler çatlak başlangıç
bölgesi yakınında kesişirler ve çatlağın yerini kesin olarak belirlemek için
faydalanılırlar.
42
6 mm çapında ergitilmiş
silika çubuğun 4 nokta
eğme deneyinde oluşan
kırık yüzey görüntüsü
43

Ayna bölgesi yarıçapı ölçümünden hareketle çatlak üreten
gerilmenin büyüklüğü hakkında kalitatif (nitel) bilgi edinilebilir. Yani
ayna bölgesinin yarıçapı ne kadar küçükse kritik hıza o kadar çabuk
ulaşıldığı anlamına gelir.

Çatlağın ilerleme hızı gerilme seviyesine bağlı olarak artmaktadır.
Böylece kırılmaya neden olan gerilmenin seviyesi arttıkça ayna
bölgesi yarıçapının azaldığı deneysel olarak gözlenmiştir:
Burada σf, (σk) kırılmaya neden olan
gerilme seviyesidir.
44

Ayrıca kırılma olayı sırasında elastik dalgalar da oluşur ve çatlak ön cephesi
ilerlerken bu dalgaların kesiştiği yerde Wallner çizgileri olarak bilinen başka
bir tür yüzey oluşumu görülür. Wallner çizgileri yay şeklinde olup gerilme
dağılımı ve çatlak ilerleme yönleri ile ilgili olarak bilgi verirler.
Temperlenmiş cam
45
46
Seramiklerde Toklaştırma Metotları
 Takviye yolu ile toklaştırma


Fiber takviyesi
Partikül takviyesi (sert veya sünek partikül)(köprü oluşturma)

Mikroçatlak oluşumu

Dönüşüm toklaştırması

Tane boyutu küçültme
47
1.Takviye yolu ile toklaştırma

Çatlak ilerleme prosesi sırasında ya çatlak ilerlemesine direnç
gösteren ya da çatlak ilerleme enerjisini absorbe eden
mikroyapı oluşturmayı amaçlar. Her iki amaç fiber veya
partikül takviyeli mikroyapılarda eş zamanlı olarak elde
edilebilmektedir.

Bu tür mikroyapılara sahip seramiklerde, çatlaklar düz bir
yoldan saptırılmaktadır; bu, çatlak boyunda önemli bir artışa yol
açar, aynı zamanda ilerleyen bir çatlak ucunun arkasındaki
partiküller çatlağa köprü kurarak matrisi bir arada tutar ve
çatlağı kapatmaya meyleder.
48


Çatlak köprüleşmesinde matris çatlar ve çatlak ucunun gerisinde
partikül yada fiber takviye malzemesi kırılmadan kalır ve çatlak
açılımını engeller.
Ayrıca seramik kompozitlerde matris tane içinde ve tane sınırında
yer alan nano boyutlu ikinci faz partikülleri dislokasyonların
oluşumuna neden olur. Seramik malzemelerde dislokasyonları
hareket ettirmek güç olduğu için bu bölgeler nano boyutlu
çatlakların oluşumunda orijin oluştururlar ve dolayısıyla da gevrek
seramik malzemelerde tokluk artışı sağlarlar.
Çatlak
49
Çatlağın gerisinde
fiberde hasar
Fiberler çatlak yolu
üzerinde köprü oluşturarak
kompoziti birarada tutar
Fiber takviyeli seramik kompozitlerde çatlak köprüleşmesi
2.Mikroçatlak oluşumu

Mikroçatlama, taneleri anizotropik olan (mekanik özellikleri yönle
değişen) tek-fazlı çok kristalli seramiklerde veya bu amaç için
bilinçli olarak üretilen iki-fazlı çok kristalli mikroyapılarda meydana
gelir. Bu olay iki etkiye sahiptir:

Birincisi, tali çatlakların açılması için kullanılan enerji ana çatlağın
yayılması için gerekli enerjiyi arttırır.

İkincisi, ana çatlak ilerledikçe, ana çatlağa komşu fakat çatlak
ucunun arkasında proses zonunda veya dönüşüm (etkilenmiş-wake)
zonunda çatlak açılımı hacimde bir artış meydana getirir, bu da ana
çatlağı kapatmaya meyleder. Bu şekilde çatlak ilerlemesine direnç
artar.
50
3.Dönüşüm ile toklaştırma

Çok güçlü bir toklaştırma mekanizması olup bir tür, martensitik dönüşüm
gösteren birkaç seramik malzemede meydana gelebilir. Seramik malzemeler için
en ümit verici toklaştırma mekanizması olup bir faz dönüşümünü içerir. Alumina,
dikalsiyum silikat (Ca2SiO4) gibi başka malzemeler de dönüşüm yolu ile
toklaşabilmekle beraber, bu prosesin prototip malzemesi zirkonyadır.

Saf zirkonya, yüksek sıcaklıklardan 1150°C altına soğuma sonucunda tetragonal
(birim kafes hacmi daha küçük olan) formdan monoklinik forma dönüşümle
beraber %3-4 mertebesinde bir hacim artışı gösterir. Ancak, çevreleyen kübik
fazın yüksek mukavemeti bu genleşmeyi engeller, bunun sonucunda tetragonal faz
bu sıcaklıklarda ve oda sıcaklığına kadar dönüşmeden kalır. Sonuç olarak, her bir
tetragonal zirkonya çökeltisi gerilme altında bulunur. Eğer bir çatlak oluşturmak
denenirse, çatlağa yakın tetragonal çökeltiler bu durumda genleşebilir ve kararlı
formlarına geri dönüşebilirler. Çatlağa bitişik bölgelerdeki bu genleşme çatlağa
baskı uygular ve onu durdurur. Dönüşüm toklaştırmasının mekanizması budur.
51
Çatlak Ucu Deformasyon Alanında Kararlı Tetragonal Zirkonya Tanelerinin
Gerilme-Tetiklenmiş Faz Dönüşümü
52
4.Tane boyutu küçültme

Mekanik yüke maruz kalan seramikler birkaç sebepten ötürü en küçük tane
boyutunda hazırlanmak istenir:

Malzemede mevcut çatlaklar tane sınırları boyunca uzanır ve ince taneli
malzemelerde daha küçük ve daha az tehlikelidir. İnce taneli malzemelerde
ilerleyen çatlak ucu etrafında daha büyük toplam tane sınırı alanı mevcuttur ve
bu da Kıc’da artış sağlar.
İnce taneli malzemelerde çatlaklar öncelikle tane sınırları boyunca ilerler (kaba
taneli malzemelerde çatlak tane içinden geçebilir) yani çatlak daha kompleks bir
yola sahiptir. Dallanma ve enerji absorbsiyonu artar.
Son olarak, termal genleşmenin homojensizliği ve anizotropinin bir sonucu
olarak sinterleme sıcaklığından soğuma ile oluşan mikroskobik kalıntı gerilmeleri
önemli bir role sahiptir. Gerilmelerin büyüklüğü tane boyutuna bağlı değildir,
ancak çatlak oluşumu tane boyutu ile ilgilidir.


53
54
*Örnek Çalışma:
Y-TZP Seramikleri için Yittria içeriğinin Sertlik ve Tokluk Üzerindeki Etkisi
55
*Met. Müh. Melis ARIN, «ZİRKONYA SERAMİKLERİNİN VE ZrO2-TiN KOMPOZİTLERİNİN ÜRETİM VE KARAKTERİZASYONU», İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007
Eğme Dayanımı

Seramiklerin gerilme-şekil değişimi davranışı çekme deneyi ile tespit edilmez.
Gerekli geometriye sahip numune hazırlamak ve test etmek zordur. Cihaza ait
çenelerin seramik malzemeyi kırılma oluşmaksızın kavraması zordur. Ayrıca
seramikler sadece %0,1 şekil değişiminden sonra kırılırlar. Bu nedenlerle en sık
uygulanan deney eğme deneyi olup yuvarlak veya dikdörtgen kesitli bir çubuk
numune üç veya dört nokta eğme yükü altında kırılana kadar eğmeye zorlanır.
56
F
c
L
h
b
3.𝐹.𝐿
σ𝑒 =
2.𝑏.ℎ2
57
Eğme dayanımı, kırılma modülü
veya kırılma dayanımı
MgO’nun eğme testinden elde edilen gerilim defleksiyon
(bükülme=sehim) eğrisi
58
Eğme mukavemeti malzemenin büyüklüğüne bağlı olarak da değişir. Artan
numune hacmiyle çatlak üreten kusurun bulunma olasılığı da artmakta ve sonuç
olarak malzemenin eğme dayanımı düşmektedir. Dahası belirli bir seramik
malzeme için eğme dayanımının büyüklüğü çekme deneyi ile belirlenen kırılma
dayanımından daha büyüktür. Eğme ve çekme zorlanmaları altında dayanımın
farklı değerler alması gerilmeye maruz kalan hacimlerdeki farklılıkla açıklanabilir:
çekme numunesinde kesitin tamamı çekme gerilmesi altında kalırken, eğme
numunesinde sadece hacmin belirli bir bölgesi çekme gerilmesi altında kalır.
59
Elastik Davranış

Seramik malzemeler için eğme deneylerinden elde edilen elastik
gerilme-birim şekil değişimi davranışı eğrileri, metallerin çekme
eğrilerine benzer. Seramik malzemelere ait eğrilerde de gerilme ve
birim şekil değişimi arasında doğrusal bir ilişki vardır.
Metallerin çekme eğrisinde olduğu
gibi burada da elastik bölgedeki
eğim elastiklik modülüne karşılık
gelmektedir. Seramik malzemeler
için elastik modül değeri yaklaşık
70 ile 500 GPa arasında değişir
ve bu metallerinkinden daha
yüksektir.
60
Eğer bir tek kristal çekme/basma gerilmesine maruz bırakılırsa;
dislokasyon hareketlerinin mümkün olduğu düzlemlerde (kayma
düzlemleri) ve bu düzlemler üzerindeki belli doğrultularda (kayma
doğrultuları) gerçekleşen dislokasyon hareketleri sonucunda plastik
deformasyon meydana gelir.




Seramikler:
1. kuvvetli bağlar içerdiklerinden
2. kayma düzlemi sayısı az olduğundan
3. dislokasyon yapıları karmaşık olduğundan dolayı sert ve
kırılgandırlar.
61
62
63
64
Çekmede mukavemet, kırılma mukavemetine denk
gelir. çek = kır
• Basmada ise mukavemet ezerek- ufalanma
mukavemeti olan (c) ye denk gelir.
• İkisi arasındaki ilişki bas = (10 -15) . çek
kadardır.
65
Akma dayanımı en yüksek
olan
malzeme
sınıfı
seramiklerdir. Ancak seramik
malzemelerde
bulunan
çatlak/boşluklar
yüzünden
hemen her zaman akma
dayanımlarının çok altındaki
değerlerde kırılırlar.
Plastik deformasyon değeri en
yüksek olan malzeme grubu
polimer malzemelerdir.
Metalik
malzemelerin
dayanımları seramikler ile
polimer arasında bir yerde
bulunmaktadır.
Saf
metaller
yumuşaktır.
Değişik mühendislik malzemeleri için tipik akma mukavemetleri
66
oldukça
Değişik mühendislik malzemelerinin elastik modülleri
67
Yoğunluk
(g/cm3)
Basma
Mukavemeti
(MPa)
Çekme
Mukavemeti
(MPa)
Eğme
Mukavemeti
(MPa)
Al2O3 (% 99)
Si3N4
(Sıcak Pres.)
Si3N4
(Tepkime Bağlı)
3,85
2585
207
345
3,19
3450
-
690
2,8
770
-
255
SiC (Sinter)
3,1
3860
170
550
ZrO2+%9 MgO
5,5
1860
-
690
Malzeme
68
69
Gözenekliliğin etkisi

Seramik malzemelere istenilen şekil verildikten sonra gözenekler toz
partikülleri arasında kalmaktadır. Sinterleme sırasında bu gözenekler ortadan
kalkacaktır. Ancak gözeneklerin giderilmesi genellikle tam olarak
gerçekleştirilemediğinden bir miktar kalıntı gözenek söz konusudur. Kalıntı
gözeneğin varlığı hem elastik özellikler hem de dayanım üzerinde zararlı etkiye
sahiptir. Bazı seramik malzemelerde elastik modülünün (E)
büyüklüğü
«gözenek-hacim oranı» P ile azalır.
E = E0 (1 - 1,9P + 0,9P2)
Burada E0 gözeneksiz malzemenin elastik modülüdür.

Oda sıcaklığındaki
Al2O3’de
gözenekliliğin elastik
modül üzerine etkisi
70




Gözeneklerin varlığı iki nedenden dolayı eğme dayanımı üzerinde azaltıcı etki
yapar:
1. yükü taşıyan kesit alanının azalmasına yol açar ve
2. gerilme yığılmasına neden olan çentik gibi davranır; izole bir küresel gözenek
uygulanan çekme gerilmesinin değerini iki kat arttırır.
Örneğin, %10 hacimsel gözenek, gözeneksiz bir malzemeye göre eğme dayanımını
genellikle %50 oranında azaltır.

Eğme dayanımının gözenek hacim oranıyla (P) katlanarak azaldığı deneysel olarak
belirlenmiştir:

σe = σ0 exp(-nP)

Burada σ0 ve n deneysel sabitlerdir.
71
Oda sıcaklığındaki
Al2O3’de
gözenekliliğin eğme
dayanımı üzerine
etkisi
Aşınma Davranışı
Seramiklerde aşınma mekanizması; büyük çoğunlukla
seramik bünyedeki tek tanelerin mekanik ve/veya kimyasal
zorlamaların etkisiyle bünyeden ayrılması şeklindedir. Diğer
bazı seramiklerde ise aşınma; bir taneden veya yüzeyden
mikro partiküllerin kopması sonucu olmaktadır. Kopan bu
mikro partiküller bir taneden daha küçük ve mikron altı
boyutta olabilmektedir.
İleri teknoloji ürünü seramik malzeme olarak çok kullanılan
alümina, uygulamalarda yüzeyden tane kopması şeklinde
aşınma davranışı gösterir.
Seramik malzemeler gevrek yapıdadırlar. Talaş kalkması ile
aşınabilirler. Seramik malzemelerin yüzeylerinde ve
yüzeylerin altında çatlaklar oluşur. Daha sonra oluşan bu
çatlaklar birleşerek seramik malzemelerde küçük talaşlar
ortaya çıkarır.
72


Seramik malzemeler, yüksek basma ve çekme gerilmelerine
duyarlıdırlar. Metal ve polimer malzemeler, kırılma meydana gelmeden
önce basma gerilmeleri karşısında plastik deformasyon gösterirler.
Oysa seramik malzemelerin plastik deformasyon gösterebilmesinin
tek bir koşulu vardır. Bu koşul, seramik malzemelerin hidrostatik
gerilmelerle plastik deformasyon gösterebilmesidir. Ancak bu plastik
deformasyon, metaller ve polimerler ile kıyaslandığında oldukça
küçüktür.
Bir seramik malzemenin sıcaklığını, ergime sıcaklığının 0,6 katına
yükseltmekle dislokasyonların hareketliliği ile plastik deformasyon
potansiyeli arttırılır. Mukavemette meydana gelen azalmayla birlikte
yüksek sürtünme hızları, sıcaklığın yükselmesine eşlik eder. Ancak
seramik malzemelerde sıcaklıktaki artışla birlikte plastisitedeki artış
metallerde sık görülen sünekliğe sebep olmaz. Seramikler gevrek yada
yarı gevrek bir davranış gösterirler.
73



Gevrek malzemelerde kayma teması olduğu zaman deformasyon
türü aşınmaya neden olur. Abrazif aşınma ve erozyon durumunda ise
aşınma problemli olmaktadır .
Seramiklerde, düşük ısıl iletkenlik nedeniyle, sürtünme sırasında
oluşan ısı, büyük ısıl eğimleri ve dolayısıyla sıcak noktalar
oluşturabilir. Eğer seramik malzemeler hızlı şekilde soğutulurlarsa,
bu sıcak noktalar büyük oranda çekme gerilmesi oluşturur ve bunun
sonucunda çatlaklar oluşabilir. Sonuç olarak yüzeyden büyük
parçaların kopması ve aşınmada artış söz konusu olur.
Seramikler, deformasyon hızına karşı oldukça duyarlıdır. Bu nedenle
artan kayma hızıyla ve buna ilaveten sürtünme ısınması ile birlikte
çatlak oluşma olasılığı artmaktadır. Bu duyarlılık; darbeye ve erozif
aşınmaya karşı seramik malzemelerin kullanılmasını gündemden
düşürmektedir.
74
Seramik Malzemelerde Aşınmayı Etkileyen
Faktörler

Sertlik:

Aşınma ve aşınma uygulamalarında sertlik kritik bir özelliktir.
Seramik malzemelerin özelliklerinden biri de iyi bir sertliğe sahip
olmalarıdır. Çok sert bir malzemede aşınma hızı oldukça düşüktür.
Seramiklerin plastik deformasyon göstermemeleri nedeniyle,
yüklemelerle ve keskin partiküller ile yüzeye etki yapılması
durumunda bölgesel olarak gerilme yoğunlaşması meydana
gelmektedir. Bu gerilmeler çekme gerilmesi şeklinde olursa, çok
hızlı bir şekilde çatlak / mikro çatlak oluşumuna neden olurlar.
Seramik bünyede oluşan mikro çatlaklar, malzemenin aşınma
direncini düşürdüğünden, aşınmayı ve aşınma hızını arttırıcı yönde
etki eder.
75

Termal iletkenlik:

Bir çok seramik malzemenin termal iletkenliği metallerden daha
düşüktür.
Sürtünmenin ve/veya kaymanın etkili olduğu uygulamalarda,
lokalize ısı birikimleri meydana gelmekte, bu da malzemelerin
yüzeyleri arasında sıcaklık farkları oluşturmaktadır. Sürtünmeden
dolayı bu sıcaklık farkları artarsa, oluşan bölgesel gerilmeler ve
termal şok, mikro çatlakların meydana gelmesine yol açar.
Bu mikro çatlaklar da, bilindiği gibi, aşınma ve aşınma hızını arttırır.


76

Kırılma Tokluğu:

Seramik malzemelerin kırılma tokluğu, metaller ve mühendislik
plastikleriyle karşılaştırıldığında oldukça düşük seviyelerdedir. İleri
teknoloji seramik malzemelerin, kırılma tokluğu 1-12 MPa
arasında değişirken, seramik-seramik kompozitlerin kırılma
tokluğu 20 MPa’a kadar çıkmaktadır.
Seramik malzemelerin kırılma tokluğunun kısmen iyileştirilmesi
amacıyla yapılan düzenlemelerde, seramiklerin aşınma direncinde
bir miktar düşme olmuş, buna karşılık mikro çatlak oluşumu bariz
şekilde engellenmiştir.
Burada, bölgesel yüklenmeler, termal şok ve gerilmeler karşısında
çatlak
oluşumuna
karşı
direnç
sertlikteki
azalmayla
dengelenmektedir.


77
Aşınma hızı, mm3/N.m
KırılmaTokluğu
Kırılma tokluğunun bir
fonksiyonu olarak ZrO2’nin
aşınma hızı
78
Y2O3 ilaveli ZrO2’nin aşınma direnci ve
kırılma tokluğu ilişkisi

Korozyon direnci: Seramiklerde korozyon direnci sertlik kadar
önemlidir. Çünkü, gerçek dünyada daima korozif bir ortam
mevcuttur. Korozyon, seramik yüzeylerde yavaş olarak çatlak
büyümesine ve mikro çatlak oluşumuna neden olur. Bu da aşınma
hızını arttırıcı etki yaratır.

Birleştirme / Birleşme Yöntemleri: Seramiklerde, diğer
malzemelerle (metal veya plastik) konstrüksiyon yapımı için
birleştirilmeleri esnasında oluşan basma ve çekme gerilmeleri
önemlidir. Basma gerilmelerinde çok önemli bir aşınma söz konusu
olmazken, birleşme yerlerinde oluşabilecek çekme gerilmeleri yavaş
olarak çatlak büyütmesini ve sonunda erozyon yoluyla aşınmayı
meydana getirir. Ayrıca birleşme bölgelerinde oluşabilecek küçük
salınımlı mekanik hareketler de malzemenin aşınmasında etkili
olmaktadır.
79

Porozite:

Seramik malzemelerde bulunan poroziteler de aşınmada negatif bir
etkiye sahiptir. Çekme yüklemelerinde porozite yüzünden çatlak
oluşur ve hızlı bir şekilde ilerler.
Basma yüklemelerinde de hasar oluşumu uzun sürede meydana
gelmektedir.
Yüklemelerin yanında porların bulunduğu yerler de aşınma için
önemli faktördür. Ayrıca porun boyutu da başka bir kritik faktördür.
Taneden daha büyük porlar çatlamada önemli bir etkiye sahiptirler.
Eğer porlar yüzeye yakın ise bu porlar yüzeyin delinmesine neden
olurlar.



80
Aşınma deney düzeneği

Seramik malzemelerin kayma aşınması davranışını belirlemede kullanılan bir
deney, ASTM tarafından standartlaştırılmış «pin on disk» (yüzeyden yüklemeli)
deneyidir. Bu deney düzeneğinde elmas iğne belirli bir yükle dönmekte olan
deney örneğinin yüzeyine temas etmektedir. Seramik malzemelerin aşınma
deneyi için kullanılan diğer bir düzenek de, serbest olarak dönebilen iki abraziv
elmas tekerin dönen deney örneği ile temas halinde olduğu düzenektir.
81

Gaz türbünleri ve içten yanmalı motorlarda seramik malzemeler,
yüksek sıcaklıkta aşınmaya dirençli malzemeler olarak
kullanıldıklarından, yüksek sıcaklıktaki aşınma performanslarının
belirlenmesi gereklidir.

Bu amaçla seramik malzemeler üzerinde orta ve yüksek
sıcaklıklarda (yaklaşık 850°C-1500°C) bir çok aşınma ve sürtünme
deneyleri yapılmaktadır. Bu deneyler, atmosfer veya vakum
kontrollü atmosferde, 5100 N yük altında, 15 m/sn gibi değişen
hızda gerçekleşmektedir.

Düşük sürtünme istenen alanlar : Yataklar, dişliler, malzeme
üretim işlemleri
Yüksek sürtünme istenen alanlar: Fren diskleri, debriyaj
kavrayıcısı, tornavida uçları, yol yüzeyleri

82
Si3N4 bilyenin WC-Co üzerinde
kaydırılması (Abrazif aşınma)
Yüksek sıcaklık, düşük yük ve kayma
hızında şiddetli plastik deformasyon ve
diskten pin üzerine malzeme transferi,
83
Düşük sıcaklıkta adhezyon ve plastik
deformasyon sertleşmesi ile çatlak
oluşumu








Genel olarak aşınmaya dayanıklı;
Rulmanlar
Aşındırıcı plakalar
Contalar
Klavuzlar
Protezler
Kesici takımlar
Bazı mekanik parçalar
84
Sürünme Dayanımı



Malzemelerin sabit yükte belirli bir zaman aralığında süregelen
şekil değişimidir. Sabit basınç veya kuvvet altında genellikle çok
küçük hızlarda deformasyon meydana gelir. Birçok pratik
uygulamalarda malzemeye uygulanan kuvvet sabit tutulur.
Sabit yük altında ve yüksek sıcaklıklarda katıların yavaş
deformasyona uğraması olan sürünme seramiklerde de
görülmektedir.
Her ne kadar seramiklerin sürünmeye karşı dayanımları metallere
oranda yüksek olsa da sürünmeye maruz kalan seramik parçalar da
er yada geç kopar veya çok küçük toleransla çalışan ortamlarda
sistemi olumsuz etkileyebilecek şekil veya boyut değişimine
uğrayabilirler.
85

Sürünme genel bir kural olarak;


86
Metaller için :T > (0.3-0.4) Tm
Seramikler için :T > (0.4-0.5) Tm

Seramiklerde sürünme gerilmesi ve buna bağlı
deformasyon mekanizması üç ayrı zaman dilimine
ayrılarak incelenebilir:

1. Tanelerin boşluk çekirdeklenmesinin vuku bulduğu
üçlü noktalarda negatif bir etki yaratacak şekilde bir biri
üzerinde kaymaları için geçen süre,

2. Boşluk çekirdeklenmesi ve

3.Boşluk büyümesi ve boşlukların birleşmesidir.
87




Mekanizmanın anlaşılabilirliliği Si3N4 (silisyum nitrür) ileri teknoloji
seramiklerinin yapısal malzeme uygulamalarında kullanılması
potansiyelinin belirmesi sonrasında önem kazanmıştır.
Silisyum nitrür daha çok sıvı faz sinterleme ile imal edilmektedir.
Bu nedenle silisyum nitrür daima sürünmeye karşı zayıf yapılı tane
sınırı camsı yapısı içerir.
Özellikle Si3N4 gibi seramik malzemelerde ikincil fazlardan oluşan
konsantrasyonlar ve fazla miktarlardaki amorf yapı gibi kimyasal
heterojen kompozisyonlar sürünme gerilmesine karşı zayıf
noktaları oluştururlar. Sürünme testinde bu bölgelerde daha çabuk
oksitlenme meydana gelir.
İnce taneli seramiklerde tane sınırlarındaki yarı akışkan amorf yapılı
camsı bölümün stokiometrisinde küçük değişiklikler yapılarak
metalik davranış kazandırılması sonucu yüksek sıcaklıklarda süper
plastik deformasyon elde edilebilmektedir.
88

Al2O3 seramik yapıların içerisine küçük miktarlarda NiO ve
CuO gibi katkılar eklenerek malzemenin kopmadan yüksek
sıcaklıklarda aşırı gerinme değerleri elde etmek mümkün
olmuştur. Bu katkılar tane sınırlarında oluşan gözenek
çekirdeklenmesi ve büyümesini ve bunlara bağlı olarak çatlak
oluşumunu yavaşlatıcı özellikler sergilemektedir.

Seramiklerde sürünme dayanım artışı ancak tane sınırı
mukavemetini arttırmakla mümkün olabilmektedir. Bu nedenle
özellikle yapısal seramik parçaların imalinde toz metalurjisi
teknolojisi kullanılmaktadır.
89

Gaz türbinleri, fırınlar, buhar türbinleri ve benzeri yüksek
sıcaklıklarda çalışan mühendislik malzemeleri için sürünme
yüksek önem arz eder ve hesaplamalarda dikkate alınmalıdır.

Seramiklerde sürünme stres, zaman, sıcaklık, tane boyutu ve
şekli, mikro yapı, hacim fraksiyonu ve camsı fazın akışkanlığı
(viskozitesi), tane sınırları, dislokasyon hareketlerinin karmaşık
bir fonksiyonudur.
90
HPSN: Sıcak preslenmiş Si3N4, HIPSN: Sıcak izostatik preslenmiş Si3N4,
HPSC: Sıcak p. SiC, SSN: Sinterlenmiş Si3N4, B4C: Bor karbür,
RBSN: Reaksiyonla bağlanmış SiC, BN:Bor karbür, AlN: Alüminyum nitrür
91