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.