BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

Transkript

1 BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri Seramikler, Polimerler, Kompozitler ve Malzeme Tasarımı Dr. Ersin Emre Ören Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Ankara - TÜRKİYE [email protected]

2 SERAMİK MALZEMELER Seramik: Yunanca Keramikos kelimesinden gelir. Yanmış olan burned stuff anlamına gelir ve bu malzemelerin özelliklerinin yüksek sıcaklıkta ısıl işleme sonucunda elde edilmesi nedeniyle bu isim verilmiştir. Metal ve ametal elementlerin birbirleri ile iyonik ve kovalent bağlar oluşturduğu inorganik metal dışı malzemelerdir. Özellikleri atomlar arası bağlarına göre değişir: Düsük tokluk ve düşük sünekliğe sahip olup sert ve kırılgandır. İletim elektronları yoktur çok iyi ısı ve elektrik yalıtkanlığına sahiptirler. Çok güçlü atom bağları vardır kimyasal kararlılıkları yüksektir. erime sıcaklıkları çok yüksektir. Seramikler Geleneksel Seramikler (Traditional Ceramics) Mühendislik Seramikleri (Engineering Ceramics)

3 SERAMİK MALZEMELER Seramik Malzemelerin Kullanım Alanları Tantalum hafnium carbide Ta 4 HfC 5 : T m = 4215 C Carbon-carbon composite material NASA X-43 Scramjet Hız rekoru: 12,144 km/h (Mach 9.8)

4 SERAMİK MALZEMELER İvmeölçerler (Accelerometers): Piezoelektrik Seramikler: Elektrik enerjisi mekanik enerji dönüşümü Barium titanate (BaTiO 3 ) : İlk bulunan piezoelektrik seramik Lead titanate (PbTiO 3 ) Lead zirconate titanate (Pb[Zr x Ti 1 x ]O 3 0 x 1) : en çok kullanılan piezoelektrik seramik

5 SERAMİK MALZEMELER Optik Fiberler: Çok yüksek saflıkta silica seramikler Metal Teller: Optik Fiberler: elektron foton 100 gram optik kablo ile taşınan bilgiyi bakır tel ile taşımak için ton bakır kablo gerekir! Süper İletkenler: Sıfır Elektrik Direnç Safsızlık malzemesi: boron oxide ( B 2 O 3 ) germanium dioxide (GeO 2 ) Georg Bednorz and Alex K. Müller (1987) Nobel Ödülü: Seramik malzemelerde süperiletkenlik

6 POLİMERLER Polimerler neden önemli:

7 POLİMERLER Polimer: Kendisini tekrar eden yapısal birim (mer) lerden oluşan büyük moleküllere (makromolekül) denir. Polimerler Doğal Polimerler (Natural Polymers) ahşap, kauçuk, pamuk, yün, deri, ipek, DNA, proteinler, enzimler, nişastalar, ve selüloz Sentetik Polimerler (Synthetic Polymers) sentetik kauçuk, bakalit, neopren, naylon, PVC, polistiren, polietilen, polipropilen, poliakrilonitril, PVB, silikon ve çok daha fazlası. Canlı organizmalar, başlıca polimerize olmuş amino asitlerden (proteinler), nükleik asit (RNA ve DNA) ve diğer biyopolimerlerden oluşurlar. Beynimiz aslında tuzlu su içerisine yatırılmış karmaşık polimer bir malzemedir.

8 POLİMERLER Polimerlerin Uygulama Alanları: phenol-formaldehyde (Bakelite) (1907) Leo Baekeland ( ) Lastik (rubber) yüksek sıcaklıkta yumuşar ve düşük sıcaklıkta sertleşir. Bu nedenle de kullanışlı değildir. Bu özelliklerini değiştirmek için bir sürü farklı yöntem denenmiş ve sonunda (1839) Charles Goodyear kaza eseri vulcanization adlı yöntemi bulmuştur. Sülfür kaplı lastik ısıtıldığında yapısı güçlenir ve ısıtılma ve soğutulmaya karşı kararlı hale gelir. Charles Goodyear ( )

9 KOMPOZİTLER Aluminas Silicon carbide Seramikler Silicon nitrides Zirconias Steels Cast irons Al-alloys Metaller Cu-alloys Zn-alloys Ti-alloys Composites Hybrids PE, PP, PET, PC, PS, PEEK PA (nylons) Polimerler Polyesters Phenolics Epoxies Soda glass Borosilicates Camlar Silica glass Glass-ceramics Isoprene Neoprene Butyl rubber Elastomer Nat. rubber Silicones EVA

10 KOMPOZİTLER Kompozit Malzemeler Matris Fazı (Matrix): Kompozit malzemelerdeki devamlılığı olan ana faza matris denir. Dağınık Faz (Dispersed): Matris fazı içerisine serpiştirilmiş ikinci faza dağınık faz denir. Kerpiç: Çamur + Saman Dağınık fazın geometrisine göre kompozitler üçe ayrılır.

11 Michael F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, (2011)

12 Malzemelerin Temel Özellikleri (Tasarım Parametreleri) Michael F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, (2011)

13 Malzemelerin Oda Sıcaklığı Yoğunluk Değerleri

14 Malzemelerin Oda Sıcaklığı Elastik Modül Değerleri

15 Malzemelerin Oda Sıcaklığı Çekme Dayanımı Değerleri

16 Kırılma Tokluğu Değerleri

17 Malzeme Özellik Şemaları:

18 Malzeme Özellik Şemaları:

19 Malzeme Özellik Şemaları: K 2 Ic y

20 Malzeme Özellik Şemaları: Çan Metali: Bronz (79 %Cu+ 21 % Sn)

21 Malzeme Özellik Şemaları:

22 Malzeme Özellik Şemaları:

23 Malzeme Özellik Şemaları:

24 Malzeme Özellik Şemaları:

25

26 Teloskop aynası tasarımı Hubble Uzay Teloskobu

27 Mikroişlemciler için ısı atıcı tabaka tasarımı

28 Malzemelerin Evrimi

29 Malzeme Bilimi

30 Dönem Sonu Sınavında Başarılar! Tarih: 30/07/2018, Pazartesi Saat: 16:00-18:15 Derslik: B69 / B71 / B72