MALZEME BİLGİSİ DERS 2 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

Transkript

1 MALZEME BİLGİSİ DERS 2 DR. FATİH AY fatihay@fatihay.net

2 DERSİN AMACI: Malzeme Biliminde temel kavramları tanıtmak ÖĞRENECEKLERİNİZ: Malzeme yapısı Yapının özelliklere olan etkisi Malzemenin işlenmesinin yapıya etkisi DERSİN ÖĞRENCİYE KATKISI: Malzemeyi uygun şekilde kullanmayı öğretmesi Malzemenin anlaşılması ile yeni tasarım fırsatlarının anlaşılması

3 BÖLÜM I -GİRİŞ MALZEME BİLİMİ NEDİR? NEDEN ÖĞRENMELİ (veya fikir sahibi olmalıyız?) MALZEMELERİN TOPLUMSAL ETKİLERİ Taş Devri Bronz (Tunç) Çağı Demir Çağı Şimdi? Silikon Devri? Polimer Çağı?

4 ÖRNEK DİZ İMPLANTI Yaşlanma veya bazı hastalıklarla eklemler bozulur. Özellikle aşırı yüklenenler (diz gibi)

5 ÖRNEK DİZ İMPLANTI

6 ÖRNEK DİZ İMPLANTI

7 ÖRNEK DİZ İMPLANTI Gereklilikler Mekanik dayanım (bir çok tekrara dayanmalı) Kayganlık Biyouyumluluk

8 MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ Malzeme Bilimi Malzemelerin yapıları ile ilişkileri arasındaki özelliklerin ortaya konması ile ilgilenir Malzeme Mühendisliği Yapı-özellik ilişkilerine dayanarak istenen bir dizi özelliği kazandırmak üzere, malzeme yapısının tasarlanması ve mühendisliğini yapar

9 Malzeme Mühendisliği Malzeme Bilimi

10 Malzeme Bilimi Malzeme Mühendisliği

11 YAPI: Malzemenin içinde bulunan bileşenlerin oluşturdukları düzendir. YAPI MikroYAPI MakroYAPI

12 YAPI Atom altı seviyesi Her atomun elektronik yapısı atomlar arasındaki etkileşimi tanımlar Atomik seviye Malzemelerdeki atom dizilimleri (Aynı atomların farklı özellikleri olabilir. Örn. Karbonun iki formu: grafit ve elmas) Mikroyapı Malzemenin küçük sınırları mikroskoplarla tanımlanır. Makroyapı Yapısal elemanlar çıplak gözle görülebilir

13 Mekanik MALZEME ÖZELLİKLERİ Bir yük veya kuvvet Elastiklik Modülü Dayanım Tokluk Elektrik Elektrik alan Elektrik İletkenliği Dielektrik Sabiti Isıl (Termal) Isı Isı Kapasitesi Isı İletkenliği Manyetik Manyetik alan Manyetik Geçirgenlik Optik Elektromanyetik Kırılma İndisi Yansıtma Oranı Bozunma Kimyasal Etki Korozyon Hızı

14 YAPI, İŞLEM VE ÖZELLİKLER Sertlik (BHN) - Özelliklerin yapıya bağlı değişimi Örnek: Sertlik ve çeliğin yapısı - İşlem yapıyı değiştirebilir Örnek: Yapı ve çeliğin soğutulma oranı Soğutulma Oranı (ºC/s)

15 MALZEMELERİN SINIFLANDIRILMASI METALLER SERAMİKLER POLİMERLER KOMPOZİTLER İLERİ MALZEMELER o Demir o Bakır o Alüminyum o Titanyum o Krom o Nikel o Oksitler o Karbürler o Nitrürler o Alümina o Silisyum Dioksit o Silisyum Karbür o Polyetilen o Polypropilen o Polyvinilklorür (PVC) o Naylon o Plastik o DNA o Cam Elyaf o Karbon Elyaf o Kemik o Ahşap o Yarı iletkenler o Biyomalzemeler o Akıllı Malzemeler o Nanomalzemeler

16 METALLER: - Dayanıklı ve sünek - Yüksek ısıl ve elektriksel iletkenliğe sahip - Işığı geçirmez ve yansıtıcıdırlar

17 POLİMERLER: Kovalent Bağ e ların paylaşımı - Yumuşak, sünek, düşük dayanımlı, düşük yoğunluklu - Isıl ve elektriksel yalıtkan - Optik olarak yarı geçirgen veya geçirgendirler

18 SERAMİKLER: İyonik Bağ Metal-Ametal elementlerinin bileşikleri (Oksitler, karbidler, sülfidler, nitridler) - Kırılgan, camsı, elastik - Yalıtkandırlar

19 KOMPOZİTLER : Polimer matris içerisinde güçlendirici cam fiber YARIİLETKENLER: Bilgisayar çipleri için Si wafer (alttaş) AKILLI MALZEMELER:

20 NANOMALZEMELER VE NANOTEKNOLOJİ Angstrom = 1Å = 1/10,000,000,000 metre = m Nanometre = 10 nm = 1/1,000,000,000 metre = 10-9 m Mikrometre = 1μm = 1/1,000,000 metre = 10-6 m Milimetre= 1mm = 1/1,000 metre = 10-3 m

21 NANOTEKNOLOJİ VİDEOLARI

22

23

24

25 MALZEME SEÇİM SÜRECİ 1- Yapılacak Uygulama Seçilir Gerekli özelliklere karar verilir Özellikler: mekanik, elektriksel, ısıl, manyetik, optik, bozulma 2- Özellikler Aday malzemeye(lere) karar verilir Malzeme: yapı, kompozisyon 3- Malzeme Uygun işleme karar verilir İşlem: Yapıyı ve tüm şekli değiştirir Örnek: Kalıplama, sinterleme, buhar biriktirme, katkılı şekillendirme, birleştirme, yaşlandırma

26 Bakırın elektriksel direnci ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLER Bakıra safsızlık eklenmesi direnci arttırır Bakırın deforme edilmesi direnci arttırır

27 Bakırın termal iletkenliği TERMAL (ISIL) ÖZELLİKLER Çinko eklendiğinde düşer

28 MANYETİK ÖZELLİKLER Manyetik Depolama - Kayıt bölgesi manyetik kafa tarafından manyetize edilir Manyetik Geçirgenlik ve Kompozisyon - %3 oranında atomic Si eklemek Fe i daha iyi bir kayıt ortamı haline getirir

29 OPTİK ÖZELLİKLER Optik geçirgenlik: Alüminyum oksit malzeme yapısına göre saydam, yarı saydam ve opak olabilir Tek kristal Çoklu kristal: düşük gözeneklilik Çoklu kristal: yüksek gözeneklilik

30 BOZUNMA Gerinme ve tuzlu su çatlaklara yol açar Isıl işlem: Tuzlu suda çatlak hızını azaltır

31 MALZEME SEÇİM SÜRECİNİN ÖNEMİ Farklı malzemelerin farklı kristal yapılar gösterir Kuvvet

32

33

34 TOPLUMSAL ETKİLER

35 TOPLUMSAL ETKİLER İlk Elektrik Mühendisi İlk Malzeme Mühendisi

36 TOPLUMSAL ETKİLER İlk Çevre Mühendisi?? HAFTAYA ÖDEV

37 ÖĞRENİM ÇIKTILARI 1. Malzemenin kullanılabilirliğine (uygulanabilirliğine) karar veren altı özelliği listeleyebilirsiniz. 2. Bir malzemenin yapısal elemanı dendiğinde ne anladığınızı anlatabilirsiniz? İki adet yapısal eleman söyleyebilirsiniz. 3. Tasarım, üretim ve malzemenin kullanımı için gerekli dört bileşeni söyleyebilirsiniz. 4. Bu bileşenler hakkındaki ilişkiyi kısaca tarif edebilirsiniz. Malzeme seçim sürecinde etkin olan üç kriter söyleyebilirsiniz. 5. Katı malzemelerde üç ana sınıflandırmayı söyleyebilirsiniz. Her birinin kimyasal özellikleri hakkında bilgi verebilirsiniz. 6. Diğer malzeme sınıflandırmayı söyleyerek özelliklerinden bahsedebilirsiniz..

38 KAYNAKLAR 1. Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, William D. Callister, David G. Rethwisch (Nobel Yayınevi, Sekizinci Basımdan Çeviri) 2. sengerandu.wordpress.com 3. home.roadrunner.com cardiffhipandknee.com blog.keytometals.com 11. tomasmuse2008.blogspot.com 12. ammin.geoscienceworld.org 13. tr.wikipedia.org 14. hqdesktop.net webdocs.cs.ualberta.ca

39 2. DERSİN SONU