malzeme b*l*m* / mühend*sl*k malzemeler

MALZEME BİLİMİ - MÜHENDİSLİK MALZEMELERİ
• Derste takip edilecek ana kaynak: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği
kitabıdır.
Mühendisler faaliyetleri esnasında üç temel
soruya cevap ararlar ;
• fonksiyonellik (kendisinden beklenen görevi
yerine getirebilir mi ?)
• emniyet (bu görevi yerine getirirken ne kadar
güvenilir ?)
• ekonomik (çözüm için önerilen
malzeme/parça/sistem ekonomik midir ? )
Dersin Amacı:
Öğrenciye malzeme bilimine ait kavramları öğretmek, bu temel
ile mühendislik malzemelerinin davranışları arasında ilişki
kurma ve değerlendirme kabiliyeti kazandırmak.
Gözlem
Zararsız tropikal bir kertenkele gekolar, çok yapışkan ayaklara
sahip oldukları için (neredeyse her yüzeye tırmanabilirler.
Bu özelliklerinden dolayı, bir cismin alt yüzeyi boyunca ve
dik duvarlarda hızlıca hareket edebilirler.
Çalışma Mekanizması
Bu ilginç kabiliyetini, ayak tabanında çok sayıdaki mikroskobik
küçük tüylerin varlığına borçludur. Bu tüyler bir yüzey
ile temas ettiklerinde, tüy molekülleri ile yüzey üzerindeki moleküller
arasında zayıf “van der Waals” çekim kuvvetleri oluşur.
Gerçekten aşırı derecede küçük ve çok sayıdaki bu
tüyler, bir gekonun herhangi bir yüzeye nasıl sıkı bir
şekilde tutunabildiğini açıklamaktadır.
Mühendislik Uygulaması
Bilim adamları bu adhezyon mekanizmasını kullanarak son derece kuvvetli
birçok sentetik yapıştırıcı geliştirmişlerdir. Bu bant, özellikle cerrahi operasyonlarda
yara ve kesiklerin kapatılmasında kullanılan ameliyat iplikleri ile zımba yerine
kullanılması konusunda gelecek vaat etmektedir. Nemli ortamda
yapışkanlığını koruyan bant malzeme, hastanın iyileşme sürecinde biyolojik olarak
Bozulmakta ve herhangi bir toksik madde salmamaktadır. Bu yapışkan
bandın mikroskobik görünümü yanda verilmiştir.
Tasarımı yapılan parça bir taşıtın, örneğin bir otomobil aksamına ait olabileceği gibi, en büyük
uzunluğu birkaç mm olan mikro-mekanik sistemin bir parçası da olabilir.
Mühendislik uygulamalarında saf malzemeler ya da
özel olarak geliştirilmiş malzemeler kullanılabilir.
Isı ve elektrik iletiminin önemli olduğu uygulamalar.
Yüksek dayanımın arandığı örneğin bir otomobilin
aksında veya traktörün aktarma organlarında dayanım
ön plana çıkmıştır.
Malzemenin yapısı, içinde bulunan bileşenlerin oluşturdukları düzenle ilişkilidir.
Atomsal mertebede yapı, atomların ya da moleküllerin oluşturdukları düzeni içerir.
Çok sayıda atomun bir araya gelmesiyle oluşan yapılar ise her hangi bir tür mikroskop ile doğrudan
gözlemlenebildiği için mikroyapı olarak adlandırılır.
Çıplak gözle görülebilen yapısal öğeler ise makroyapı olarak adlandırılır.
Özellik kullanım sırasında, bütün malzemeler belirli bir dış etkiye karşılık olarak, cins ve büyüklük bakımından
malzemenin kendisine özgü bir biçimde verdiği bir cevap veya tepkidir.
Özellikler, malzemelerin şeklinden ve büyüklüğünden bağımsız olacak şekilde tanımlanır.
-Elektrik iletkenliği
- Optik özellikler
- Çekme dayanımı….gibi
Malzemelerin yapısı, nasıl işlem gördüklerine performansı ise özelliklere bağlıdır.
Metaller
Yoğunlukları diğerlerine göre nispeten yüksek malzemelerdir.
Mekanik özellikler açısından, nispeten yüksek rijitliğe ve dayanıma sahip olmalarının yanında,
süneklikleri kırılmadan yüksek oranda şekil değiştirebilme kabiliyetleri ve kırılmaya karşı dirençleri
de yüksektir.
Seramikler
Seramikler, metal ve metal dışı elementlerden oluşan bileşiklerdir. Seramik malzemelerin büyük bir kısmını
oksitler, karbürler ve nitrürler oluşturur. Alüminyum oksit (alümina, Al2O3), silisyum dioksit (silika, SiO2),
silisyum karbür (SiC),
Yüksek rijitliğe, ve dayanıma sahip olup, sertlikleri de çok yüksektir. Gevrektır (kırılgan). Geliştirilmiş seramikler,
yemek pişirme gereçlerinde, kesici olarak ve hatta otomobil motor parçası olarak kullanılmaktadır. Ayrıca ısı ve
elektrik iletkenliği açısından tipik olarak yalıtkandırlar.
Polimerler
Plastik ve lastikten oluşur. Karbon, hidrojen ve diğer bazı metal dışı elementlerden (O, N ve Si) meydana gelen
organik bileşiklerdir. Karbon atomlarından oluşmuş ve genellikle zincire benzetilen uzun moleküller halinde
bulunan, çok geniş molekül yapıları vardır.
Yaygın olarak kullanılan polimerlere örnek olarak, polietilen (PE), naylon, poli(vinilklorür) (PVC), polikarbonat
(PC), polisitiren (PS) ve silikon kauçuk verilebilir. Bu malzemeler, tipik olarak düşük yoğunluklara sahiptir.
Mekanik özellikleri ise genellikle metal ya da seramik malzemelere göre oldukça farklı diğerleri kadar rijit ve
dayanıklı değildir.
Kompozit (karma) malzemeler
Metal, seramik ve polimerlerden iki ya da daha fazla malzemenin bir araya getirilmesi ile oluşan malzemelerdir.
Kompozit malzemeyle bir malzemenin tek başına sergileyemeyeceği özelliklere ve de kendisini oluşturan
malzemelerin en iyi özelliklerine sahip olan bir malzemenin üretilmesi amaçlanır.
Metal,seramik ve polimerlerin farklı şekillerde bir araya getirilmeleri ile çok sayıda farklı kompozit malzeme
oluşturulabilir.
İleri Malzemeler
- Yarı iletkenler ( entegre devreleri için üretilen elektriksel açıdan özel olarak üretilir)
- Biyo malzemeler (insan vücuduna yerleştirilen her türlü malzeme grubuna ait olabilen malzemeler eklem
protezleri vs)
- Akıllı malzemeler (bir çeşit sensör olup, piezoelektrik seramikler, şekil hafızalı malzemeler örnek verilebilir)
- Nanomalzemeler (malzeme çeşidi gözetmeksizin, 10-9 m ölçeğinde ve temelinde atomların belrili bir amaca
yönelik olarak dizilmesine imkan sağlayan ve böylece normalde elde edilemeyecek özelliklerin sağlanması
mümkün olmaktadır. Bu malzemeleri inceleyen çalışmalara nanoteknoloji adı verilmiştir.
Malzemeyle ilgili gereksinimler
Enerji darboğazı açısından yakıtlar, depolama malzemeleri veya yapıları örneğin, hidrojenin depolanması ya da
radyoaktif atıkların depolanması.
Ulaşım ve taşımacılığa harcanan enerjinin minimize edilmesi. Otomobil, uçak,tren, vs. ağırlıklarının azaltılması.
Yüksek sıcaklığa dayanıklı malzeme geliştirmek. Hafif ve mukavim malzemelerin geliştirilmesi
Ucuz yeni enerji kaynaklarının bulunması ve mevcut kaynakların daha verimli kullanılması . Örneğin güneş
enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesi için yüksek verimli ve düşük maliyetli güneş hücreleri
üretimi.
• İçerik