MALZEMELERİN MEKANİK DAVRANIŞI

Transkript

1 MALZEMELERİN MEKANİK DAVRANIŞI

2 İÇİNDEKİLER MALZEMELER: Yapı, özellik ve performans Giriş Monolitik, Kompozit ve hiyerarşik malzemeler Malzemelerin yapısı Kristal yapılar Metaller Seramikler Camlar Sıvı kristaller Biomalzemeler

3 İÇİNDEKİLER 2.ELASTİSİTE VE VİSKOELASTİSİTE -Gerilme ve şekil değiştirme -Kayma gerilmesi ve şekil değiştirme -Poisson oranı -Karmaşık gerilme durumu -Mohr çemberi -Malzemelerin elastik özellikleri -Viskoelastisite

4 İÇİNDEKİLER 3. PLASTİSİTE -Akma ve Kırılma Kriterleri 4. KIRILMA 5. SÜRÜNME 6. YORULMA 7. KOMPOZİT MALZEMELER

5 KAYNAK 1.Mac Andremeyers, Krishon Kumar Chaula, Mechanical Behavior of Materials, Prentice Hall New Jersey, 1999.

6 MALZEMELER: Yapı, özellik ve performans 1. GİRİŞ Bizi çevreleyen her şey maddedir. Madde sözcüğünün kökeni Latince mater den yani anne den gelmektedir. Bizi çevreleyen bütün maddeler bir parça malzemedir. Malzeme nedir? Değişik tanımları bulunmaktadır. Kabul gören bir tanıma göre İnsanoğlunun kullandığı veya işlediği maddelere denir. Bir başka tanıma göre İmal edilen veya tüketiciye sunulan her madde malzemedir. Buna göre taş bir malzeme değildir fakat çimento ile birlikte betonda kullanıldığında malzemedir. Yine benzer şekilde ağaç işlenip insanların kullanımına sunulduğunda veya deri işlenip giyimde kullanıldığında malzeme haline gelir.

7 Malzemelerin başarılı bir şekilde kullanılması onların özelliklerinin bilinmesi ile mümkündür. Bu özellikler termal, optik, mekanik, fiziksel, kimyasal ve nükleer olarak sınıflandırılır ki bunlar malzemenin yapısıyla ilgilidir. Aşağıdaki resim malzemelerin mekanik davranış alanlarıyla ilgili karmaşık ilişkiyi açıklamaktadır. Bu alanlar mekanik özellik, karakterizasyon, teori ve işlemdir.

8 Malzemelerin mekanik davranış alanlarının ilişkisi Dövme (Forging) Haddeleme (Rolling) Presleme (Stamping) Çekme (drawing) Ektrüzyon Toz İşleme Mekanik Testler Optik Mikroskopi Röntgen (X-Ray) Tarama Elektron Mikroskobu Burgu Elektron Mikroskobu Sürekli Ortamlar Mekaniği Hesaplamalı Mekanik Kuantum Mekaniği Kristallografi Termodinamik Faz Dönüşümleri Elektrokimya Sürünme (Creep) Yorulma (Fatigue) Mukavemet (Strength) Kırılma (Fracture) Dinamik Cevap Konstüktive

9 Bu elemanların birisindeki değişiklik diğerlerinde de değişikliğe yol açar. Mesela çeliği ele alacak olursak, mekanik özellikler açısından mukavemetli ve sünek oluğundan bir çok uygulamada tercih sebebi olmaktadır. Düşük karbonlu çelikler betonlarda takviye elmanı, otomobillerde sönümleyici olarak kullanılırken temperlenmiş yüksek karbonlu çelikler daha kritik yerler olan akslarda ve dişlilerde kullanılmalıdır. Dökme demir çok kırılgandır ve otomobillerdeki motor blokları başta olmak üzere geniş bir kullanım alnına sahiptir.

10 Bu farklı uygulamaların farklı malzeme özelliğini gerektirdiği açıktır. Üç malzemenin farklı özellikleri, farklı performanslarla sonuçlanır ki bu da malzemenin iç yapı farklılığından kaynaklanır. Malzeme yapısının anlaşılması teoriden gelmektedir. Malzemeler mikro, meso, makro yapı özelliklerinin tespit edilmesi karekterizasyondur. Düşük karbonlu çelikler esas olarak ferritik yapıdan (HMK) ve biraz da perlitten (ferrit-sementit karışımı) meydana gelir. Temperlenmiş yüksek karbonlu çeliklerin yüksek sertliği martenzitik yapısından (Hacim merkezli tetragonal) kaynaklanmaktadır. Kırılgan dökme demirin yapısı ise mekanik bir işlem yapılmadan doğrudan katılaştırma ile elde edilir.

11 Peki düşük karbonlu çelikler, yüksek karbonlu çelikler ve dökme demirler nasıl elde edilir? Değişik sentez ve işlemlerle düşük karbonlu çelikler sırayla mekanik operasyonlara tabi tutulup eritilerek elde edilir. Yüksek karbonlu çelikler, düşük karbonlu çeliklerden (%0.1) daha yüksek karbon konsantrasyonu (>%0.5) ile sentezlenir. Mekanik işlemlerden sonra yüksek karbonlu çelikler ortalama 1000 C den su veya yağ ile hızlı bir şekilde soğutulur. Dökme demir ise yüksek karbon içeriği (yaklaşık %2) ile sentezlenir ve doğrudan kalıpların içerisine dökülür.

12 Malzemelerin seçimi, işlenmesi ve kullanımı başlangıçtan bu yana insan kültürünün bir parçası olmuştur. Antropologlar insanları araç-gereç yapıcı olarak nitelendirmişlerdir ki bu yaklaşım insanları diğer canlıların üzerinde hakim kılan gerçekçi bir yaklaşımdır. Malzemeler, M.Ö deki Neolitik kabilelerden günümüze kadar hep aynı öneme sahip olmuşlardır. Sadece aradaki tek fark günümüzde karmaşık sentetik malzemelere karşılık Neolitikler tahta, kemik ve bitkilerden elde edilen fiberler kullanmışlardır.

13 1.2.Monolitik, Kompozit ve Hiyerarşik Malzemeler İnsanlar tarafından ilk kullanılan malzemeler doğaldı ve yapıları çok farklıydı. Kayalar kristal yapılı, çömlekler, camsı ve kristalik bileşenlerin karışımı, odunlar organik malzemelerin fiberleri ve deri karmaşık organik malzemedir. İnsanoğlu önce Neolitik çağda seramikleri sonra metalleri ve daha sonra da polimerleri kullanmıştır. 20. yüzyılda önce basit Monolitik yapılar kullanılmıştır. Monolitik terimi Yunanca daki mono (tek) ve lithos (taş) kelimelerinden gelmektedir. Malzemelerin baştan başa düzenli bir özelliğe sahip olduğu anlamına gelir. Monolitik malzemeler mikro yapı olarak iki veya daha çok fazlıdır. Yine de sabit özelliklere (elektriksel, mekanik, optik ve kimyasal) sahiptirler. Tablo 1.1 Metallerin, Seramiklerin ve polimerlerin bazı önemli özellikleri yer almaktadır.

14

15 Yeni tip malzemeler sürekli geliştirilmesine rağmen, Monolitik malzemeler ve düzenli özellikleri çok kritik uygulamalarda ihtiyaç duyulan performansı gösterememektedir. Kompozitler iki tip malzemenin karışımıdır (metal-seramik, metal polimer veya polimer seramik). Kompozitlerin, bileşenlerin dizilişine ve miktarlarına bağlı olarak kendilerine özgü mekanik özellikleri vardır.

16 Farklı Kompozit oluşumlar

17 Kompozitler matris ve takviye malzemelerinden oluşur. Çok geniş bir kullanım alanına sahip olmaları onları modern mühendislik malzemeleri haline getirmektedir. Yine de bunların imalatındaki bir çok problem çok geniş çaplı araştırmalara rağmen aşılmış değildir. Şekil 1.3 te kompozitlerdeki üç temel takviye elemanı görülmektedir. Partiküller, sürekli fiberler ve süreksiz (kısa) fiberler. kompozit malzemelerde farklı takviye çeşitleri

18 Takviyeler genellikle matrislerden daha yüksek mukavemete sahiptir ve malzemenin sünekliğini sağlarlar. Seramik tabanlı kompozitler matris olarak kırılgandır. Fiberler ise malzemeye tokluk kazandıran ve çatlakların yayılmasına engel olur.

19 Fiberlerin yönü kompozitin mukavemetini tespit etmekte çok kritik bir öneme sahiptir. Mukavemet fiber yönünde en yüksek değere ulaşırken fibere dik yönde en düşük değere sahip olur. Fiber takviyeli polimer kompozitler, eğer yüksek sıcaklık özelliği aranmıyorsa, en yaygın kullanılan malzemelerdir.

20 Kompozitler hava aracı endüstrisinde en temel malzemedir. Karbon/epoksi ve aramid/epoksi kompozitler hava araçları parçalarında çok geniş çapta kullanılmaktadır. Bu kompozit parçalar hava aracının ağırlığını azaltarak ekonomisini arttırır. İleri kompozitlerin metallere göre temel mekanik özelliklerinin avantajları; daha iyi sertlik, mukavemet ve yüksek yorulma direncidir.

21 Peki kompozitlerden daha yüksek mekanik performans gösterebilecek malzeme bulabilir miyiz? Gerçekte evet : Tabiat bunu bize sınırsızca gösteriyor. Vücudumuz parçaların karmaşık bir düzenlemesidir ve bütün olarak hayatta kalabilmemiz için gerekli tüm işleri yapabilecek şekilde tasarlanmıştır. Bilim adamları, farklı aşamalarda farklı birimlerin etkin olduğu birbirini tamamlayan karmaşık yapılar olan deri, kiriş (tendon), bağırsak gibi yumuşak dokuların nelerden oluştuğunu araştırmaktadır. Yumuşak dokunun yapısı hiyerarşik yapı olarak adlandırılır. Çünkü burada dokunun farklı aşamalarda çalışma yollarına bir bağlantı görülmektedir. Bir tendon (kas ile kemiği birbirine bağlayan yapı-şekil 1.4) incelendiğinde katman katman yapılardan oluştuğu görülmektedir. Burada lifçikler vardır. Lifçikler yapının bir kritik bileşenidir. Tendona bir gerilme uygulandığında lifler toplanmış haldedir. Yük binerse lifler gerilir ve yükü bir üst tabakaya iletilir. Her bir yapı müstakil olarak hasarlanarak enerjiyi yutar. Ve tendonun tamamı hasarlanmaz.

22 insan bedeninde oluşan hiyerarşik yapı modeli

23 Deneysel ve analitik çalışmalar yapılmış olup tendon viskoelastik matris içinde elastik dalgalı elyaf kompozit ile modellenmiştir. Yerel hasarlar enerjiyi yutar ve çok büyük bir hasar oluşana kadar tüm tendonun hasarlanmasını önler.

24 1.3 Malzemelerin Yapısı Kristalik yapı gazlarda ve sıvılarda bulunmaz. Katılar arasında ise metaller, seramikler ve polimerler bu özelliği gösterebilirlerde göstermeyebilirlerde, tabi tutuldukları işleme ve parametrelerin kompozisyonuna bağlıdır. Metaller normal şartlarda kristaliktir. Fakat metaller çok hızlı soğutulursa amorf yapıda olurlar.

25 Kristal Yapılar Kristal yapılı malzemelerde atomlar üç boyutlu olarak, belirli bir düzene göre dizilerek bir hacim kafesi oluştururlar.

26 Kristal yapılı malzemelerin hacim kafesini oluşturan, basit geometrik şekillere birim hücre, atom veya atom gruplarının bulunduğu yerlere de kafes noktası denilir.

27 Metal malzemeler çok özel durumlar dışında, daima kristal yapıya sahiptirler. Metallerde en çok yüzey merkezli kübik (YMK), hacim merkezli kübik (HMK) ve sıkı düzenli hegzagonal (SDH) yapılara rastlanılır.

28 Yüzey Merkezli Kübik Kristal Yapıları Birim hücrenin her köşesinde ve yüzeylerin merkezlerinde birer tane atom bulunmaktadır. Cu, Al, Ag, Au bu tip kristal yapıya sahiptirler.

29 Yüzey merkezli kübik kristal yapısı, küpün kenar uzunluğu ve birim hücresi. Küpün kenar uzunluğu: a 2R 2 dir.

30 Bir atoma temas eden veya en yakın konumda bulunan komşu atomların sayısına koordinasyon sayısı denir.

31 Yüzey merkezli kübik kristallerin koordinasyon numarası 12 dir. Her bir hücredeki atom sayısı 4 tür. Çünkü 6 yüzey atomu iki hücre tarafından (6/2=3), 8 köşe atomu ise 8 hücre tarafından (8/8=1) paylaşılmaktadır.

32 Atomsal dolgu faktörü (ADF) kristal kafes yapısındaki doluluk oranını göstermektedir ve birim hücredeki atomların toplam hacminin, birim hücrenin hacmine bölünmesiyle bulunur. Yüzey merkezli kübik kristal kafes yapılarında ADF en fazla 0.74 olabilir.

33 Hacim Merkezli Kübik Kristal Yapıları Bu tip kristal kafes yapılarında kübik birim hücrenin her köşesinde ve merkezinde birer tane atom bulunmaktadır. Cr, α- Fe, Mo bu tip kristal yapıya sahiptir.

34 Hacim Merkezli Kübik Kristal Yapıları ve birim hücrenin kenar uzunluğu

35 Bu tip yapıların koordinasyon numarası 8 dir. Her birim hücredeki atom sayısı n=2 dir. Çünkü köşelerdeki 8 atom 8 hücre tarafından paylaşılmaktadır (8/8=1), merkezdeki atom ise hiçbir hücreyle paylaşılmaktadır. Dolayısıyla 1+1= 2 atom vardır. Atomsal dolgu faktörü 0,68 dir. Köşe ve merkez atomları eşittir.

36 Sıkı Düzenli Hegzagonal (SDH) Yapılar Merkezde 1 atom ve bunu çevreleyen düzenli altıgen şeklindeki 6 atomdan meydana gelir.

37 Birim hücresinin ortasında bulunan düzlemde (c ekseni) ise 3 tane ek atom daha bulunmaktadır. Cd, Mg, Zn, Ti bu tip kristal yapıya sahiptir.

38 Bu tip kristal yapıların koordinasyon sayısı 12 dir. Atomsal dolgu faktörü 0,74 tür. Birim hücrenin a ve c olmak üzere iki kafes parametresi vardır. c/a nın ideal oranı 1,633 dür.

39 Tek Kristalli ve Çok Kristali Malzemeler Tek kristalli malzemelerde atomlar tüm malzemenin uzantılarının üzerinde tekrarlanır yada bir periyodik sıradadır. Çok kristalli malzemeler ise çok küçük kristallerden yada tanelerden oluşmaktadır. Taneler farklı kristalografik yönelime sahiptirler.

40 Tanelerin buluştuğu bölgelerde uyuşmayan atomlar vardır. Bu bölgeler tane sınırları olarak adlandırılırlar. Çok kristalli malzemelerde tane sınırları

41 a. Nano kristalli katının atomistik modeli b. Çok kristalli bir tane yapısının tavlanmasının simülasyonu

42 Anizotropi Bir kristalde düzlem ve doğrultulardaki atomik dizilmenin farklı olmasından dolayı, özellikler de doğrultu ile değişir. Bir malzemenin özellikleri ölçüldüğü kristalografik doğrultuya bağımlı ise, bu malzeme anizotropiktir. Eğer özellikler kristalin bütün doğrultularında benzer ise malzeme izotropiktir.

43 Kristalsiz (Amorf) Katılar Amorf katılarda uzun mesafeli bir düzen yoktur. a. Amorf yapıya sahip SiO 2 nin şematik resmi b. Amorf yapının simülasyonu

44 Kusurlar Gerçekte kristaller asla mükemmel değildirler, onlarda daima kusurlar vardır.

45 Kristal yapı kusurları geometrik bakımdan; 1. noktasal 2. çizgisel 3. yüzeysel ve 4. hacimsel kusurlar olmak üzere dört gruba ayrılırlar.

46 1.Noktasal Kusurlar 1.1 Boşluk ve Araya Girme Boşluk kusuru, atomun bulunması gereken yerde bulunmamasından kaynaklanır.

47 Araya girme kusurunda ise bir atom normal kafes pozisyonunun dışında bir yerdedir. Araya giren atom diğer atomlarla aynı yada farklı bir atom olabilir. Yüzey merkezli bir yapıda aralara daha küçük boyutlu atomların girmesi

48

49 Değişik nokta kusurları yanda görülmektedir. Bu şekilde, 1 rakamı ile gösterilen kusur; boşluk, 2 rakamı ile gösterilen kusur; kendiliğinden araya girme, 3 rakamı ile gösterilen kusur; farklı bir atomun araya girmesi, 4 ve 5 rakamları ile gösterilen kusur ise katkının değişmesidir.

50 1.2. Yeralan Atom Kusuru Bu kusur, katı çözelti içinde çözünen element atomlarının çözen elementin atomlarının yerini almasıyla meydana gelir. Bu hata malzemenin kafes yapısında azda olsa, çarpılmaya neden olur.

51 1.3. Frenkel ve Schottky Kusurları Frenkel kusuru bir iyonun normal kafes konumundan bir arayer konumuna atlaması ile oluşan boş kafes noktası arayer atomu çifti olup, radyasyona maruz kalan metallerde görülür.

52 Schottky kusuru ise iyonik bağlarla bağlı malzemelerde meydana gelen boş nokta çiftidir. Kristal yapı içerisinde eşit elektriksel yükün korunması için kafesten bir anyon ile bir katyonun ayrılması gerekir.

53 2. Çizgisel Kusurlar Çizgi biçiminde olan bu kusurlara örnek olarak dislokasyonlar gösterilebilir. Dislokasyon, bir kristalin mükemmel iki bölümü arasında yapı düzeni bozulmuş bir bölge anlamına gelir ve kristalin kaymış bölgesi ile kaymamış bölgesi arasında sınır oluşturan çizgisel hata olarak tanımlanabilir.

54 Kenar dislokasyonu simgesi ile gösterilir.

55 Vida dislokasyonunun hareketi dislokasyon çizgisine paraleldir.

56 3. Yüzeysel Kusurlar Bu kusurlara en belirgin örnek olarak tane sınırları, istiflenme kusurları ve ikiz sınırları gösterilebilir. Yüzeydeki yabancı atomların animasyonla gösterilmesi

57 1.3.2 Metaller Çelik, aluminyum, magnezyum, çinko, dökme demir, titanyum, bakır, nikel ve diğer pek çok metal ve alaşımları, genel olarak iyi elektrik ve ısı iletkenliğine, nisbeten yüksek dayanım, rijitlik, şekillendirilebilirlik ve darbe direncine sahiptir. Bu malzemler özellikle yapı ve yük taşıma uygulamaları için kullanışlıdır. Saf metaller nadiren kullanılmakla beraber, alaşım adı verilen metal karışımları arzu edilen belirli bir özellikte gelişme sağlamak veya daha iyi özellik kombinasyonları elde etmek için tasarlanır. Metalleri meydana getiren kafes yapılar (YMK), (HMK) ve (SDH) yapılardır. Metallerde metalik bağ özelliği görülür. Metallerin ısıyı ve elektriği iyi iletmeleri, deforme olabilmeleri metalik bağın özelliğindendir.

58 Metallerin Mekanik Özellikleri Malzemeler çekme, basma, kayma ve burulma yüklerine maruz kalırlar.

59 mühendislik gerilmesi: F A o mühendislik Şekildeğiştirmesi: formülleriyle hesaplanabilir. Burada F numunenin kesitine dik olarak uygulanan kuvvet, A o numunenin deney başlamadan önceki ilk kesit alanı, l 0 ilk boy, l deneyin sonundaki son boydur.

60 Elastik ve Plastik Şekil Değiştirme

61 Akma Dayanımı Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit olmasına karşılık, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği bölgeye karşı gelen gerilme değeridir.

62 Çekme Dayanımı Bir malzemenin kopmadan veya kırılmadan dayanabileceği en yüksek çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme, çekme diyagramındaki en yüksek gerilme değeridir.

63 Kopma Uzaması Çekme numunesinin boyunda meydana gelen en yüksek yüzde plastik uzama miktarıdır. Bu değer malzemenin sünekliğini gösterir.

64 Tokluk Malzemenin kırılıncaya kadar enerji absorbe etme yeteneğidir. Genellikle gerilme eğrisinin altında kalan alanın hesaplanması ile bulunur. Süneklikte olduğu gibi, tokluğun karşıtı olarak da gevreklik deyimi kullanılır.

65 Sertlik Bir malzemenin çizilmeye, kesilmeye, aşınmaya ve delinmeye karşı gösterdiği dirence sertlik denir. Değişik türde sertlik deneyleri bulunmaktadır (Rockwell, Brinell, Vickers gibi). Sertlik ölçümlerinde kuvvet uygulanarak, genellikle küre, koni yada piramit ile malzemenin yüzeyinde küçük bir çentik açılır. Oluşan çukurun derinliği yada büyüklüğü ölçülür.

66 Sertlik ölçümünde kullanılan değişik uçlar

67 Deformasyon Plastik deformasyon büyük sayıdaki dislokasyonların hareketinden dolayıdır. Plastik deformasyon

68 Dislokasyonlar

69 Dislokasyon Hareketinin Yönü Kenar dislokasyonu doğrultusu uygulanan gerilmeye paralel hareket eder. Vida dislokasyonu ise uygulanan gerilmeye dik doğrultuda hareket eder.

70 1.3.3 Seramikler

71 Topraktan yapıldıktan sonra pişirilmiş eşyalara genel olarak seramik adı verilir. Seramikler metal ve metal olmayan elementlerden oluşan anorganik bileşiklerdir.

72 Seramikler: İyonik ve kovalent bağ yapısına sahiptirler. Genellikle sert, kırılgan, ergime derecesi yüksek, ısı ve elektrik iletkenliği oldukça düşük, yüksek basma dayanımına sahip malzemelerdir.

73 Seramik malzemeler çanak, çömlek yapımı, tuğla, kiremit, ısı ve elektrik yalıtkanı, aşındırıcı, porselen olarak adlandırdığımız yemek kapları üretimi vb. gibi geniş bir alanda kullanılmaktadırlar. Seramik malzemeler genellikle; geleneksel seramikler ve ileri teknoloji seramikleri olmak üzere iki grupta ele alınırlar.

74 1. Geleneksel Seramikler Geçmişten günümüze kadar geçen süre içerisinde, insanların ihtiyaçlarını karşılamak için yaptıkları ve ana maddesi toprak olan seramikler alışılmış seramikler olarak adlandırılırlar.

75 Alışılmış seramiklerin ana bileşenleri kil, silika ve feldspattır. Cam, tuğla, kiremit, fayans, elektrik izolatörü, porselen vb. üretiminde kullanılırlar.

76 2. İleri Teknoloji Seramikleri Alışılmış seramiklerden farklı olarak olağanüstü fiziksel, mekanik ve elektronik özelliklere sahip olan seramiklere ileri teknoloji seramikleri adı verilmektedir.

77 Yüksek mukavemet, rijitlik ve sertlik, aşınmaya, kimyasal etkilere ve yüksek sıcaklığa dayanıklılık gibi üstün özellikleri nedeniyle, son yıllarda özellikle havacılık ve uzay sanayinde sıkça kullanılmaktadırlar. Atmosfere giren bir mekiğin ısınan yüzeyleri

78 Seramiklerin Kristal Yapıları Kararlı seramiklerin kristal yapılarında anyonlar bir katyonu, temas edecek şekilde çevrelerler. Bu temasın korunabilmesi için, kritik yada minimum katyon - anyon yarıçap oranı (r c /r A ) ve belirli koordinasyon numarası vardır. Kararlı seramiklerin kristal yapıları

79 Seramiklerin sahip olduğu kristal yapıların animasyonla gösterilmesi

80 Seramik Türleri 1. Geleneksel Seramikler Geleneksel seramikler camlar ve pişmiş ürünler olarak ikiye ayrılırlar. Yüzlerce cam türü bulunmakla beraber en önemlileri silis camı, soda kireç camı (pencere camı), kurşunlu cam ve borsilikat camıdır.

81 2. İleri Teknoloji Seramikleri Üretimleri büyük dikkat ve hassasiyet gerektiren bu seramikler oldukça pahalıdırlar. Ergime sıcaklıkları 2000 o C ın üzerindedir. Kırılma tokluğu yüksek, aşınmaya karşı dayanıklıdırlar.

82 Alümina (Al 2 O 3 ), zirkonya (ZrO 2 ), silisyum nitrür (Si 3 N 4 ) ve bor karbür (B 4 C) gibi malzemeler ileri teknoloji seramiklerine birer örnektir. Benzinli motorlarda kullanılan bir buji

83 Seramiklerin Özellikleri 1. Mekanik Özellikler Seramikler genelde çok sert ve gevrektirler. Basma mukavemetleri çok yüksek olmakla beraber, çekme mukavemetleri çok düşüktür. Kaymaya karşı dirençleri çok yüksektir. Aşınmaya karşı dayanıklıdırlar. Aşındırıcı malzeme olarak da geniş ölçüde kullanılmaktadırlar.

84 2. Elektriksel Özellikleri Seramikler genellikle yalıtkan ve dielektrik malzemelerdir. Elektriği iletmezler, fakat elektrik alanına tepki gösterirler. Yüksek dielektrik özelliğine sahip seramikler kondansatör üretiminde kullanılırlar. Bazı seramikler (Fe 3 O 4 ve NiO gibi) yarı iletkenlik özelliğine sahiptirler.

85 1.3.4 Camlar Camlar amorf yapılı katılardır. Amorf yapılar maddede atomların düzenli olarak yerleşmediği yapılardır gazar, sıvılar ve katı maddelerden camlar amorf yapıya sahip maddelerdir. Camlarda atomların dizilişinde sürekli bir düzenlilik söz konusu değildir. Ve kısa mesafeli düzen (bir kaç atom içeren) mevcuttur. Kısa mesafeli düzene sahip atom grupları camlarda düzenli veya düzensiz olarak dizilmiş olabilirler. İnorganik camların çoğu, cam yapıcı oksit olan silika SiO 2 asıllıdır. Silika asıllı camların çoğunda temel alt birim dörtyüzlüsüdür.

86 1.3.5 Polimerler

87 Polimerler Polimerler (g.mol) -1 moleküler ağırlığa sahip çok büyük organik moleküllerdir. Bu çok büyük molekülleri elde etmek için küçük moleküllerin birleştirilme işlemine polimerizasyon denilmektedir.

88 Polimerler oyuncak, ev eşyası, kaplamalar, boyalar, yapıştırıcılar, otomobil lastikleri üretimi vb. pek çok alanda kullanılırlar.

89 Hidrokarbon Moleküleri Çoğu polimerler organiktirler ve hidrokarbon moleküllerinden oluşturulmuşlardır. Her C atomu bağlara paylaştırılmış dört e - ye sahiptir. Doymuş hidrokarbon moleküllerinin örnekleri

90 a. C atomları arasındaki ikili ve üçlü bağlar b. Bütan ve izobütanın molekül dizilişleri

91 Çeşitli polimer yapıları

92 Polimer Molekülleri Polimer moleküleri çok geniştir ve makro moleküller olarak adlandırılırlar. Polimerlerin çoğu C atomlarının bir omurga gibi dizilişiyle, esnek ve uzun zincirlerden oluşurlar.

93 Bir polimer zincirinde tekrarlanan birim ( birim hücre ) mer olarak adlandırılır. Yalnız tek mer monomer olarak adlandırılır. Polimer molekülü

94 Moleküllerin Yapısı Polimer malzemelerin fiziksel karakteristikleri sadece moleküler ağırlığa ve şekline değil, aynı zamanda molekül yapısına da bağlıdır. Molekül yapıları 1. doğrusal, 2. dallandırılmış, 3. çapraz bağlı ve 4. ağ polimerler olmak üzere dört çeşittir.

95 a. Doğrusal b. Dallandırılmış c. Çapraz bağlı d. Ağ polimer yapıları

96 Termoplastik Polimerler (Termoplastikler): Termoplastikler oda sıcaklığında serttirler. Sıcaklığın artması ile elastik hale gelirler ve ısıtmaya devam edilmesi halinde yumuşak plastik ve en sonunda sıvı hale gelirler.

97 Termoset Polimerler (Termosetler): Bu tip polimerler ısıtıldıklarında sürekli sertleşirler. Genellikle termoset polimer malzemeler iki kısım sıvı reçinede elde edilir. İki kısım karıştırıldığında çapraz bağlanma reaksiyonu başlar.

98 Elastomerler: Elastomerler çok yüksek kuvvetlerle deforme olabilirler ve yük ortadan kalktığında bir yay gibi orijinal boyutuna geri dönerler. Bu davranış ilk önce doğal kauçukta gözlenmiştir. Elastomerler

99 Polimerizasyon Polimerizasyon yağ yada kömür gibi ham malzemelerden yüksek polimerlerin sentezidir. Polimerizasyon