MMT113 Endüstriyel Malzemeler 8 İleri Teknoloji Seramikleri. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

Transkript

1 MMT113 Endüstriyel Malzemeler 8 İleri Teknoloji Seramikleri Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

2 Balistik korunma Uzay mekiği ısı koruma plakaları Fren diskleri (SGL Karbon AG) İleri Teknoloji Seramikleri 2

3 İleri Teknoloji Seramikleri Saflaştırılmış mineraller yada sentezlenmiş bileşikler oluşturularak daha üstün özelliklere ait seramikler elde edilebilmektedir. -Oksitler -Karbürler -Nitrürler -Borürler olmak üzere 4 grupta incelenirler. İleri Teknoloji Seramikleri Yıldız,

4 Elektriksel özellikler İzolasyon malzemeleri (Alumina; Al 2 O 3, Magnezya; MgO, Berilya; BeO,...) Ferroelektrik seramikler (Baryum titanat; BaTiO 3, stronsiyum titanat; BaTiO 3,...) Piezoelektrik seramikler (Kurşun-zirkon-titanat; PbZr 0.5 Ti 0.5 O 3,...) İyonik iletken seramikler, sensörler (beta-alumina; -Al 2 O 3, zirkonya ZrO 2 ) Yarıiletken seramikler (Baryum titanat; BaTiO 3, SiC, ZnO-Bi 2 O 3 ) Süperiletken seramikler (CuO, BaO-Y 2 O 3 -La 2 O 3 ) Manyetik özellikler Yumuşak manyetik malzemeler (ZnO, Fe 2 O 3, Mn 2 O 3 ) Sert manyetik malzemeler (Fe 2 O 3, BaO, SrO) Optik özellikler (MgAl 2 O 4,...) Kimyasal özellikler (Si 3 N 4, TiO 2,... ) Isıl özellikler Yüksek ısı iletkenliğine sahip malzemeler (AlN, BeO, Si 3 N 4 ) Düşük ısı iletkenliğine sahip malzemeler (MgO, -Al 2 O 3,...) Mekanik özellikler ( -Al 2 O 3, ZrO 2, Si 3 N 4, SiC, B 4 C, TiB 2,...) Biyolojik özellikler [ -Al 2 O 3, ZrO 2, kalsiyum fosfat; Ca 3 (PO 4 ) 2 ] Nükleer özellikler (UO 2, ThO 2,...) İleri Teknoloji Seramikleri Özellikler ve Örnekler Yıldız,

5 Oksit Yoğunluk Ergime Genleşme Isıl iletkenliği Elastisite Elektriksel direnç noktası katsayısı anizotrop Farklılık gösterebilir Oksit seramikler Telle,

6 Alumina (Al 2 O 3 ) Mineral olarak Korund ismini alır (Elmastan sonra 2. sert malzeme) Doğal Korund Rubin ve Safir taşları (Saf ise renksiz, safsızlık varsa renk alır) Yapay Korund Boksit ->Demir oksitin ayrılması ->Al(OH) 3 çöktürülmesi (Bayer Prosesi)-> Kalsinasyon ile Al 2 O 3 eldesi Ürünler: Saf Korund (yapay yada doğal) -> zımpara taşı Korund+ Kil + diğer -> Ateşe dayanıklı ürün (1920 ºC ye kadar) Katkı olarak -> Aşınma artırıcı (fayans ve sert betonlarda) Ayrıca; Porselen, laboratuvar gereçleri, balistik zırhlar, tıbbi parçalar... Alumina (Al 2 O 3 ) Yıldız,

7 alumina alumina polietilen Alumina (Al 2 O 3 ) Helbig, Schönholzer,

8 Miktar, % Kullanım 85 Elektriksel ve mekanik uygulamaları (İzolatörler, Aşınmaya karşı koruyucular) 90 Bujiler, tekstil makineleri parçaları 94 Elektriksel yapılarda altlık ve koruyucu olarak 95 Metalurjik uygulamalar: Potalar 96 Chip taşıyıcılar, İnce film altlıkları 98 Biyomalzeme: Kalça kemiği protezi, İmplant diş 99 Yüksek sıcaklıkta çalışan mekanik parçalar, korozyondan korunma 99,7 Korozif ortamda yüksek sıcaklık dayanımı (Pompa, valf...) 99,98 Saydam seramikler, Saat camı >99,99 Yüksek güvenirlik gereken mekanik ve korozif kullanım Alumina (Al 2 O 3 ) Telle,

9 Zirkonya (ZrO 2 ) Doğal Badeleyit ve Zirkon mineralleri (Brezilya, Hindistan, Kuzey Amerika) Yapay Isıl yöntemle -> ZrO 2 ve SiO 2 ısı ile ayrıştırılır Kimyasal yöntemle -> ZrO 2 ve SiO 2 ayrıştırmak için CaO fizyonu yada alkali oksit parçalama yöntemleri Ürünler: Saf Badeyelit -> aşındırıcı Piezoelektrik ürünler Magnezya (MgO) Periklas minerali olarak doğada mevcuttur. MgO tozunun büyük bir kısmı, MgCO 3 tan yada deniz suyundan üretilir Ürünler: yüksek sıcaklık elektrik izolasyonunda ve refrakter tuğlalar Zirkonya (ZrO 2 ) ve Magnezya(MgO) Soykan,

10 Silisyum karbür SiC Silisyum karbür (SiC) doğada sadece meteorik demirde küçük yeşil hekzagonal plakalar olarak bulunur. Yapay üretilir. SiO 2 kumunun kok (C) ile reaksiyonu esasına dayanır. Yüksek sıcaklık fırınları, elektrik dirençli ısıtıcı elementler ve aşındırıcılarda kullanılmaktadır. Bor karbür B 4 C Yapay olarak üretilir. Elmas ve BN den sonra en sert malzemedir. Kullanımı: Çok yüksek sertlik ve aşınma direnci gereken yerlerde. Diğer bor bileşiklerinin üretilmesinde hammadde olararak. Silisyum nitrür Si 3 N 4 Silisyum nitrür (Si 3 N 4 ) doğal olarak oluşmamaktadır ºC sıcaklık aralığında metalik Si tozunun N 2 ile reaksiyonuyla üretilmektedir Bor nitrür BN En sert ikinci malzemedir (kübik BN, suni elmas). Kesici takımlarda kullanılır. Hegzagonal BN toz halinde iken yağlayıcı olarak kullanılır. Karbürler ve Nitrürler Yıldız,

11 2400 ºC Silisyum karbür (SiC) üretimi Helbig, Schönholzer,

12 Seramik Metal Polimer Sertlik Elastik modül Yüksek sıcaklık mukavemeti Isıl genleşme Süneklik Korozyon dayanımı Aşınma direnci Elektriksel iletkenlik Yoğunluk Isıl iletkenlik Yüksek Düşük İleri teknoloji seramikleri 12

13 İleri Teknoloji Seramikleri Özellikler ve Örnekler Soykan,

14 Ön burun kısmında B 4 C seramik karoların kullanıldığı bir uzay mekiği ve sıcaklık dağılımı Soykan,

15 Uygulama Kullanılan Seramikler Oksijen sensörü CaO, MgO yada Y 2 O 3 katılmış ZrO 2 Oksijen pompası CaO, MgO yada Y 2 O 3 katılmış ZrO 2 Elektroliz CaO, MgO yada Y 2 O 3 katılmış ZrO 2 SO x -NO x parçalanması CaO, MgO yada Y 2 O 3 katılmış ZrO 2 Katı oksit yakıt hücreleri, Bi 2 O 3 -Y 2 O 3, ZrGd 2 O 2 Na-S pili Beta-alumina, Na iyon iletkeni olan camlar Na ısı motoru Beta-alumina İyon pompaları Beta-alumina Lityum piller LiI-Al 2 O 3 Erimiş karbonat yakıt hücresi Li 2 CO 3 -K 2 CO 3 Isıya dirençli elementler CeO 2 -ZrO 2 İletken seramikler Soykan,

16 Uygulama Doğrultmaç Cu 2 O Malzeme Termistör BaTiO 3 Isıl anahtar VO 2, V 2 O 3 Güneş pili Si, CdS, TiO 2, SrTiO 3 Varistör ZnO, SiC Elektrot Ti 4 O 7, LaCrO 3 Isıtıcı element SiC, MoSi 2, grafit Sensör ZnO, SnO 2, Fe 2 O 3 Yarıiletken seramikler Soykan,

17 Uygulama Entegre devre yonga taşıyıcıları Baskı devreleri için altlıklar Buji izolatörleri Güç hattı izolatörleri Mikrodalga tüp parçaları Termoeleman koruma tüpleri Uygulama Televizyon parçaları Bilgisayar parçaları Ev aydınlatma gereçleri Otomotiv elektrik sistem parçaları Uçak ve uzay araç parçaları X-ışını tüp parçaları Yalıtkan seramikler Soykan,