MMM291 MALZEME BİLİMİ Ofis Saatleri: Perşembe 14:00 16:00 ayse.kalemtas@btu.edu.tr, akalemtas@gmail.com Bursa Teknik Üniversitesi, Doğa Bilimleri, Mimarlık ve Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
MALZEME VE YAŞAM Malzemeler yaşantımızın her alanında ve bizlerin hizmetinde yer almaktadır. Giydiğimiz kıyafetlerden, mutfakta kullandığımız araç gereçlere, kullandığımız otomobillere, haberleşme araçlarına.. Herşey ancak malzeme ile var olabilmektedir. Malzeme ve yaşam insanlık tarihinden bugüne iç içedir. Birbiriyle var olmakta ve gelişmektedir.
TAŞ DEVRİ Flint bıçak Malzemeler devrilere ismini verecek ölçüde öneme sahiptir insanlık tarihinde. Taşın kullanımından sonra metaller bulunmuş ve bazı metaller devirlere isimlerini vermiştir. I. Bakır II. Bronz Flint ok ucu III. Demir
Metallerin bulunmasının insanlık tarihinde oldukça büyük önemi vardır. Tarih öncesi toplumlarda metaller araç ve silah yapımında kullanılmıştır. Metaller geçmişte tarım, ulaşım, sanat ve zanaatin gelişmesinde çok önemli bir rol oynamıştır. Günümüzde bulunduğumuz noktaya gelinmesinde de katkısı yadsınamaz durumdadır. İlk bulunan metaller ve kullanım amaçları aşağıda özetlenmektedir: ALTIN (6000 MÖ) Takı BAKIR (4200 MÖ) Silah GÜMÜŞ (4000 MÖ) Süs, takı KURŞUN (3500 MÖ) Kap, boru hattı KALAY (1750 MÖ) Bronz, bakıra ilave edilip Silah DEMİR (1500 MÖ) Silah CİVA (750 MÖ) 17. yüzyılın sonuna kadar sadece 12 adet metal biliniyordu: Altın, bakır, gümüş, kurşun, kalay, demir, civa, arsenik, antimuan, çinko, bizmut ve platin.
NEDEN SADECE BAZI METALLER DEVİRLERE İSİMLERİNİ VERMİŞTİR? Altın neden ilk bulunan metal olmasına karşılık bir devre ismini vermemiştir? Altın silah yapımında kullanılmamıştır. Altın hem silah yapımında kullanılabilecek özelliklere sahip değildir, hem de günlük yaşamda kullanılan araç ve gereçlerin üretiminde kullanılabilecek kadar çok bulunan ve yaygın bulunan bir metal değildir. Altın oldukça yumuşaktır ve bu nedenle silah gibi zorlu şartlarda kullanılabilecek uygulamalar için uygun değildir. Kolayca bükülüp kırılabilir.
ESKİ UYGARLIKLARDA KULLANILAN METALLER Mezolitik Çağ 10,000-4,500 MÖ Hunting and gathering communities moved across land near the British Isles forming stone tools and microliths small trimmed blades mounted in different combinations to make a variety of tools. 6000 MÖ Altın Altın takı amaçlı kullanılmıştır. Nadir olarak bulunduğu ve değerli olduğu için popüler bir metal olmuştur. 4,500-2,300 BC Parlatılmış taş ve flint baltaların yaygın kullanımı söz konusu bu dönemde.
Bakır 4200 MÖ Gümüş 4000 MÖ Gümüş tarih boyunca her zaman geniş bir kullanım alanı bulmuştur parasal sistemlerde. Özellikle de Roma ve Çin İmparatorluğunda çok önemli bir rol oynamış ve para yerine kullanılmıştır. Bakırın eski çağlardaki kullanımı altından daha fazladır. Silahlar, araç ve gereçler bakırdan üretilmiştir. Kurşun 3500 MÖ Bronz Devri 2300-700 MÖ Metalurjistler iki farklı metali karıştırıp yeni ve daha güçlü özelliklere sahip bir başka metali üretebildiklerini keşfettiklerinde bronz devri başlamıştır. Kurşun ergitme işleminin en az 9000 yıl önce yapıldığına inanılmaktadır. Ancak ilk insanların kurşundan yaptıkları ve bulunan ilk sanat eseri yaklaşık olarak MÖ 3800 yılına aittir. The wheel is used in central Europe.
DEMİR ergitme 1500 MÖ MÖ 3000 yıllarında demir madeninin ergitilmesi bulunmuştur. Demir devri ise MÖ 1200 yılları civarında başlamıştır. Demir araç ve silah yapımında önemli bir yere sahip olmuştur. Kalay 1750 MÖ Kalay ve bakır ilk defa MÖ 3500 civarında ergitilmiştir. Ancak ilk insanların yaptıkları ve bulunan ilk sanat eseri yaklaşık olarak MÖ 2000 yıllarına aittir. Civa 750 MÖ Known to ancient Chinese and Indians before 2000 BC, and found in Egyptian tombs dating from 1500 BC
Nikel 1751 Demirden sonra yerkabuğunda en fazla bulunduğuna inanılan metal nikeldir. Nikel korozyona karşı dirençli alaşımların üretiminde kullanılmaktadır. Uranyum 1789 Uranyum oksit camların ve seramiklerin renklendirilmesinde MS 79 yıllarına kadar kullanılmıştır.günümüzde ise uranyum oksit nükleer yakıt ve silahların üretiminde kullanılmaktadır.
Uranyum 1789 Titanyum 1791 Titanyum 18. yüzyılda bulunmuş olmasına karşın 1940 lara kadar malzeme üretiminde kullanılamamıştır içerdiği safsızlıklar nedeniyle. Uranyum oksit camların ve seramiklerin renklendirilmesinde MS 79 yıllarına kadar kullanılmıştır.günümüzde ise uranyum oksit nükleer yakıt ve silahların üretiminde kullanılmaktadır. Krom 1797 Krom genellikle çeliğin alaşımlandırılmasında kullanılmaktadır. Krom korozyon direncini arttırır ve paslanmaz çelik üretiminde önemli bir elementtir.
Alüminyum 1827 Alüminyum yerkabuğundaki en yaygın metaldir. Alüminyumun yoğunluğu çeliğin yaklaşık üçte biri kadardır. Alüminyum tüm metaller içerisinde en hafif metaller arasında yer almaktadır. Silisyum 1823 Yerkabuğunun yaklaşık %26 sı silisyumdur. Ancak silisyum hiç saf halde bulunmaz. Doğada silikat, oksit gibi çeşitli yapılarda bulunur.
Alüminyum 1827 Alüminyum yerkabuğundaki en yaygın metaldir. Alüminyumun yoğunluğu çeliğin yaklaşık üçte biri kadardır. Alüminyum tüm metaller içerisinde en hafif metaller arasında yer almaktadır. Silisyum 1823 Yerkabuğunun yaklaşık %26 sı silisyumdur. Ancak silisyum hiç saf halde bulunmaz. Doğada silikat, oksit gibi çeşitli yapılarda bulunur.
Polonyum 1898 Radyum 1898 Hem polonyum hem de radyum radyoaktif elementlerdir. Doğada oldukça nadir bulunan elementlerdir. Her iki metal de Marie and Pierre Curie tarafından 1898 yılında bulunmuştur.
1735 - Cobalt 1751 - Nickel 1774 - Manganese 1781 - Molybdenum 1782 - Tellurium 1783 - Tungsten 1789 - Uranium 1789 - Zirconium 1791 - Titanium 1794 - Yttrium 1797 - Berylium 1797 - Chromium 1801 - Niobium 1802 - Tantalum 1803 - Iridium, Palladium, Rhodium 1807 - Potassium, Sodium 1808 - Boron, Barium, Calcium, Magnesium, Strontium 1814 - Cerium 1817 - Lithium, Cadmium, Selenium 1823 - Silicon 1827 - Aluminium 1828 - Thorium 1830 - Vanadium 1839 - Lanthanum 1843 - Erbium, Terbium 1844 - Ruthenium 1860 - Cesium, Rubidium 1861 - Thallium 1863 - Indium 1875 - Gallium 1878-1885 - Holmium, Thulium, Scandium, Samarium, Gadalinium, Praseodynium, Neodynium, Dysprosium
1886 - Germanium 1898 - Polonium, Radium 1899 - Actinium 1901 - Europium 1907 - Lutetium 1917 - Protactinium 1923 - Hafnium 1924 - Rhenium 1937 - Technetium 1939 - Francium 1945 - Promethium 1940-61 - Transuranium elements (Neptunium, Plutonium, Curium, Americum, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium, Lawrencium)
Taş Devri Bronz Demir İleri Malzemeler Malzeme bilimin başlaması- Bundan 2 milyon yıl önce taştan aletler yapmaya başladı insanlar. İlk kullanılan malzemeler doğal malzemelerdir : Taş, odun, kil, deri, vb. Uzakdoğu da bronzun bulunmasıyla birlikte yaklaşık 5000 yıl önce Taş Devri sona ermiştir. Bronz bir alaşımdır. Bronz üretimi bakır + < %25 kalay + bazı elementlerin ilavesiyle gerçekleştirilmektedir. Bronz dövülebilir veya dökümle farklı şekillerde malzeme üretimi gerçekleştirilebilir. Alaşımlama yapılarak daha sert hale getirilebilir bronz. Bronzun yüzeyinde bir oksit film oluştuktan sonra oldukça yavaş korozyona uğrar.
Alaşım, bir metal elementin en az bir başka element (metal, ametal) ile homojen karışımıdır. Elde edilen malzeme yine metal karakterli bir malzeme olur. Alaşımlar karışıma giren metallerin özelliklerinden farklı özellikler gösterirler. En bilinen alaşımlara; tunç (bakır-kalay), pirinç (bakır-çinko), lehim (kalay-kurşun) ve cıva alaşımları olan amalgamlar örnek verilebilir. Alaşımların tarihi milattan önce 4000 yıllarına kadar uzanmaktadır. İran ve Mezopotamya bölgelerinde bulunan tunç (bronz) örnekleri bu zaman diliminde tarihlenmiştir. Demirden daha sert olan tunç; silah, kesici ve delici aletler, mutfak aletleri, süs eşyaları vb. yapımında günümüze değin kullanılmıştır.
Bronz Devri N. Afghanistan, 2200-1800 B.C. 3000-800 BC transition from stone to bronze for tools and arts Bronze: Cu + Sn T m 950 C Turkey, 3000-2000 B.C.
SORULAR