MALZEME TEKNOLOJİSİ Biyouyumlu seramik malzemelerin geliştirilmesi Akıllı Malzemeler, Malzemelerin Elektriksel ve Manyetik Özellikleri

Transkript

1 Malzeme yapısı hakkındaki teorik ve uygulamalı bilgileri kullanarak tasarım, geliştirme, üretim aşamalarından geçirerek toplumun ihtiyacı olan ürünlere dönüştürme ile ilgili mühendislik dalıdır. Uygarlığın başlangıcından beri çeşitli malzemeler enerji ile birlikte insanın yaşama standardını yükseltmek için kullanılmıştır. Birçok mühendislik dalında yeni tasarımlar tamamen yeni malzemelerin geliştirilmesine bağlıdır. 1

2 Malzeme kullanımında yeniliklere neden olan en önemli etkenler, enerji, elektronik, optik ve biyolojik alanlarda hızla oluşan gelişmeler ve artan çevre duyarlılığıdır. Malzemelerin üretimi ve kullanılabilir ürünler haline getirilmesi sanayinin temelini oluşturmaktadır. Modern mühendislik teknolojisi için önem taşıyan malzeme türleri metaller, seramikler, polimerler ve karma malzemelerdir. 2

3 Biyouyumlu seramik malzemelerin geliştirilmesi Akıllı Malzemeler, Malzemelerin Elektriksel ve Manyetik Özellikleri Yüzey Teknolojisi, Korozyon ve Korozyon dan Koruma. Yüksek sıcaklık, yüksek performans uygulamalarına dönük olarak metal ve seramik matrisli kompozit malzemelerin geliştirilmesi, Metalik yüzeylerin koruyucu malzemelerle kaplanması, Metal şekillendirilmesinde karşılaşılan problemlerin incelenmesi ve çözümü, Hasar Analizi, Malzemelerin Mekanik Özellikleri; sürünme, yorulma ve darbe direnci, özelliklerinin incelenmesi ve geliştirilmesi, Amorf Malzemeler, Seramik Tozların İzostatik Preslenmesi, sinterleme, Yakıt Pilleri Uygulaması. Toz Metalurjisi, Demir ve Demir Dışı Alaşımlar, Metalik malzemelerin isil işlemleri, Döküm Teknolojisi, Katılaştırma, Hızlı Katılaştırma İşlemleri. 3

4 Günlük yaşantımızda kullandığımız hemen herşey, malzemelerden oluşur. Bu malzemeler, doğal olarak oluşmuş ya da yapay olarak elde edilmiş olabilir. Günlük yaşamın doğal parçası haline gelmiş gereçlerden yarı-iletken yongalara, ulaşım ve iletişim sektöründeki kullanımlarından protez ve yapay organ gibi tıbbi uygulamalara, zırh plakaları veya süper alaşımlar gibi savunma sanayi ağırlıklı ileri teknoloji uygulamalarına kadar her alanda değişik malzemeler, taşıdıkları özelliklerle uyumlu kullanım alanları bulur. 4

5 Malzeme Mühendisliği nin uygulamaları da bu geniş yelpazede kullanılan metal, seramik, cam, polimer ve bunların kompozit yapılarından oluşan her türlü malzemenin tasarımı, geliştirilmesi, üretimi, ve özelliklerinin karakterizasyonunu kapsar. Malzeme Mühendisliği, bilişim teknolojileri ve genetik-moleküler biyoloji ile birlikte 21. yüzyılı şekillendirecek mesleklerden biridir. 5

6 Yavuz zırhlısı ve yeni nesil fırkateyn de malzeme ve yakıt 6

7 Deniz Savunma sanayi ve gemilerinde malzeme seçimi ve tasarımı 7

8 Titanik ve uygun olmayan malzeme seçimi 8

9 Modern Denizcilik ve malzeme seçimi 9

10 Ay sınıfı denizaltı ve malzeme seçimi 10

11 Yeni nesil denizaltılar, savunma sistemi ve yakıtları 11

12 Deniz Savunma sanayi ve malzeme seçimi 12

13 Kara Savunma sanayi ve tanklarda malzeme seçimi 13

14 Milli tank ALTAY' için yola çıkıldı Kara Savunma sanayi ve tanklarda malzeme seçimi tasarımı 14

15 Hava Savunma sanayi ve uçaklarda malzeme seçimi 15

16 Hava Savunma sanayi ve uçaklarda malzeme seçimi 16

17 Hava Savunma sanayi ve uçaklarda malzeme seçimi 17

18 Hava Savunma sanayi ve uçaklarda malzeme seçimi 18

19 Hava Savunma sanayi ve uçaklarda malzeme seçimi, elektronik sistemler 19

20 20

21 Hava Savunma sanayi, ulusal iletişim telekomünikasyon sistemlerinde malzeme seçimi, 21

22 Fırtına obüsü; Kara Savunma sanayi ve tanklarda malzeme seçimi 22 tasarımı, top tasarımı

23 Deniz Savunma sanayi ve seyir halinde sabit atış sistemi tasarımı 23

24 Deniz Savunma sanayi ve silahlar için malzeme seçimi tasarımı 24

25 Kara Savunma sanayi top ve mermilerinde malzeme seçimi 25

26 Deniz Savunma sanayi ve atış sistemlerinde malzeme seçimi tasarımı 26

27 Kara Savunma sanayi ve atış sistemlerinde malzeme seçimi tasarımı 27

28 SAVUNMA SANAYİ İÇİN HASSAS DÖKÜM YÖNTEMİ Balmumu Enjeksiyonu Model Ağacı Kabuk Yapımı Balmumu Boşaltılması Döküm Kalıbın Kırılması Kesme Bitmiş Parçalar 28

29 Deniz Savunma sanayi ve çıkartma gemilerinde malzeme seçimi ve tasarımı 29

30 ş Deniz araçlarında korozyon ve önlenmesi: malzeme seçimi tasarımı 30

31 Deniz araçlarında korozyon ve önlenmesi: malzeme seçimi tasarımı 31

32 GEMİ GÖVDESİNİ GALVANİK (KURBAN) ANOTLARLA KORUMA Gemi gövdesi Çinko anot Deniz suyu Bir gemi gövdesinde katodik koruma: geminin gövdesi katot olarak davranır, deniz suyu elektrolit olarak davranır, çinko alaşımı anot olarak kendisini feda eder. 32

33 ORGANİK KAPLAMALAR Gemi gövdesinin koruyucu boya ile boyanması 33

34 34

35 KAVİTASYON. Pervane tasarımı malzeme seçimi 35

36 PERVANEDE KAVİTASYON TİPİ KOROZYONU. Pervane tasarımı malzeme seçimi 36

37 Gemi tasarımında iklime göre malzeme seçiminin önemi 37

38 ARALIK KOROZYONU Kokpiti korozyona uğrayan ve düşen Boing 737 uçağı 38

39 . CP-140 tipi bir deniz keşif uçağına yerleştirilen korozyon sensörleri 39

40 SEÇİCİ KOROZYON. Şekil 41. Pirinç malzemede yüzeyden başlayan çinkosuzlaşma 40

41 SEÇİCİ KOROZYON Şekil pirincinde çinkosuzlaşma nedeniyle süngerimsi bakır oluşumu X200 41

42 Gemi pirinci (Bahriye pirinci) (60 Cu, %39 Zn %1 Sn) Deniz suyuna, korozyona dayanıklı bir pirinçtir. 42

43 PERİYODİK TABLO 1a 2a 3b 4b 5b 6b 7b 8 1b 2b 3a 4a 5a 6a 7a 0 H 1 Li 3 N a 11 K 19 R b 37 Cs 55 Be 4 M g 12 Ca 20 Sr 38 Ba 56 Sc 21 Y 39 Lu 71 Ti 22 Zr 40 Hf 72 V 23 Nb 41 Ta 73 Cr 24 Mo 42 W 74 Mn 25 Tc 43 Re 75 Fe 26 Ru 44 Os 76 Co 27 Rh 45 Ir 77 Ni 28 Pd 46 Pt 78 Cu 29 Ag 47 Au 79 Zn 30 Cd 48 Hg 80 B 5 Al 13 Ga 31 In 49 Tl 81 C 6 Si 14 Ge 32 Sn 50 Pb 82 N 7 P 15 As 33 Sb 51 Bi 83 O 8 S 16 Se 34 Te 52 Po 84 F 9 Cl 17 Br 35 I 53 At 85 He 2 Ne 10 Ar 18 Kr 36 Xe 54 Rn 86 43

44 44

45 45

46 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ Şekil 2.1. Fe-C diyagramında Tablo 2.2 de açıklanan değişik dönüşümler. 46

47 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ Alaşım özelliklerinin kontrolü faz dönüşümlerinden geçer. Tablo 2.1 de verilen dönüşümlerden 1. yoğuşma 2. süblimasyon 3. ergime dir. Öncelikle 3 ve 4 ile, yani sıvı-katı dönüşümü (katılaşma) ve katı-katı dönüşümü ile ilgilenelecektir. Tablo 2.1. Başlıca faz dönüşümleri. Dönüşümüm türü 1. Buhar sıvı 2. Buhar katı 3. Sıvı kristal 4. Kristal 1 Kristal 2 a) Çökelme b) Allotropik reaksiyon c) Rekristalizasyon Örnek Nemin yoğunlaşması Cam üzerinde buzlanma oluşumu Göl üzerinde buz oluşumu Östenitten soğutmada Fe 3 C oluşumu 910 ºC de α-fe γ-fe Soğuk işlenmiş Cu Yüksek sıcaklıkta yeni taneler 47

48 Tablo 2.2. Faz önüşümleriyle ilgili komplikelik (zorluk) derecesi. a) Yapısal değişim b) yapısal değişim+kompozisyonal değişim c) Yapısal değişim+gerinme oluşumu d) Yapısal değişim+gerinme oluşumu+kompozisyonal değişim 48

49 Şekilde Fe-C denge diyagramı verilmiştir. En basit dönüşüm türü, (a) saf Fe nin katılaşması veya ergimesi Bir alaşımın katılaşması veya ergimesi, (b) tipi bir dönüşüm reaksiyonunu gösterir, çünkü bu durumda alaşımda daima bir kompozisyonel değişim de olmaktadır. Çoğu katı-katı dönüşümünde her iki katı fazın değişik özgül hacimleri vardır ve böylece oluşan yeni faz, oluştuğu ebeveyn faza göre değişik bir hacim gereksinir ve bunun sonucu olarak gerinme oluşur. (c) tipi dönüşümde ise hem yapısal, hem de gerinme değişimi, örneğin saf Fe de dönüşümü veya martenzit dönüşümü (östenite su vererek) görülür. Birçok katı-katı dönüşümü ise (d) tipi bir dönüşüm gösterir (en komplike dönüşüm). Şekilde buna 3 örnek verilmiştir: + FeC, + Fe 3 C, + Fe 3 C (Perlit), + Fe 3 C. 49

50 F AZ DÖNÜŞÜMLERİ Saf bir Fe çubuğu oda sıcaklığında hmk kafese sahiptir. Çubuğun ısıtılmasıyla atomlar daha hızlı vibrasyona girer ve böylece atomlar arası ortalama mesafe artar. Bunun sonucu olarak kafesin genişlemesiyle kafes parametresi büyür. Ancak 910 ºC ye erişildiğinde khm-kafes kym yapıya dönüşür, çünkü bu sıcaklığın üzerinde kym nin serbest enerjisi daha düşüktür. Bu hmk-ymk dönüşümü aniden olmaz, ancak 910ºC de Şekilde görüldüğü gibi -demirin içinde değişik yörelerde küçük bölgeleri oluşur (çekirdeklenir). Bu yeni taneleri büyür ve geri kalan -matriksi de yine yeni çekirdekleri oluşumu ve büyümesiyle tamamen ya dönüşür. Esasta her faz dönüşümü, bir çekirdeklenme (çekirdek oluşumu) ve bu çekirdeğin büyümesi (büyüme) ile gerçekleşir. Bir dönüşümün oluşma hızı ise bu iki proses, yani çekirdeklenme ve büyüme ile kontrol edilir. 50

51 FAZININ ÇEKİRDEKLENMESİ Şekil 2.2. Fe nin khm α fazı içinde kym γ fazının çekirdeklenmesi 51

52 NANO MALZEME TEKNOLOJİSİ 52

53 53

54 NANO MALZEME TEKNOLOJİSİ 54

55 NANO MALZEME TEKNOLOJİSİ 55

56 56

57 57

58 ; * 58

59 Çökeltiler Tane sınırları Wiley, from Callister and Rethwisch, Ed. 3 Chapter

60 Biomalzemeler: Kendiliğinde birleşen tüpler Nanometre: ~10 9 m 100 nm ~ 500 atom çapında 60 60