SERAMİKLER
Seramik, insanların kullandığı en eski gereçlerden biridir. Yüzyıllar boyunca, özellikle kap kacak yapımında seramiğin üstün niteliğinden yararlanılmıştır. Hammadde bolluğu, kolay işlenebilmesi, basit imalat, nispeten düşük maliyeti, kullanma rahatlığı, sertliği, sıcağa dayanıklılığı olumlu etkileriyle geniş kullanım alanları bulmuştur.
Porselen sözcüğünün Latince İstiridye anlamına gelen Porsella kelimesinden türetildiği tahmin edilmektedir. Porselen; sadece doğal kaynaklı hammaddelerden üretilen, beyazlığını kullanılan boyalardan değil, kullanılan hammaddelerden alan, 1400 0 C civarında pişirilerek pekişen, ışık geçirgenliğine sahip, sağlıklı bir ürün olarak tarif edilmektedir.
Seramik malzemeler, inorganik ve metal olmayan malzemelerdir. Seramiklerin çoğunluğu metal ve metal olmayan elementlerin oluşturduğu bileşiklerdir. Kil, kaolen ve benzeri maddelerin yüksek sıcaklıkta pişirilmesi ile meydana gelirler. Bu açıdan halk arasında pişmiş toprak esaslı malzeme olarak bilinir. Örneğin, cam, tuğla, kiremit, taş, beton, aşındırıcı tozlar porselen ve refrakter malzemeler bu gruba girer.
Bu bileşiklerin oluşturduğu atomlararası bağ iyonik, kovalent veya iyonik + kovalent şeklindedir. Seramikler, yapı olarak kırılgan, ergime sıcaklığı metal ve polimerlere oranla çok yüksek olan malzemelerdir. Bu malzemeler aynı zamanda düşük elektrik ve ısıl iletkenliğine sahip olup, kimyasal ve ısıl kararlılıkları oldukça yüksektir. En çarpıcı mekanik özellikleri ise yüksek basma mukavemetleridir.
Saf Oksit Seramikler Al 2 O 3, SiO 2, TiO 2,ThO 2, NiO, MgO, Fe 2 O 3 Saf Karbür Seramikler SiC, TiC, WC, UC, B 4 C 3 Saf Nitrür Seramikler BN, TiN, Si 3 N 4, AlN, ThN, UN
2.Seramiklerin Sınıflandırılması Seramik eşyalar için birçok sınıflandırmalar yapılmıştır. Genellikle dünyada üretilen seramikleri iki sınıfta incelemek mümkündür: 1 ) Geleneksel Seramikler: Cam, Çimento, Porselen, Sıhhi tesisat, Fayans, Tuğla Kiremit, Çanak Çömlek, Çini. 2 ) Yeni Seramikler: Tek Kristaller, Sentetik Kristaller, Ferro elektrikler, Sermetler, Pür oksitler, (Al 2 O 3, ZrO 2, BeO gibi ) ve nükleer materyalleri ( UO 2 ) içine almaktadır.
Geleneksel seramikler yapılış amacına göre; 1. Kaba Seramik, 2. İnce Seramik, 3. Teknik Seramik olmak üzere üç gruba ayırabiliriz. 1. Esas kütlesi renkli olan seramiklere kaba seramik denir. İnşaat tuğlaları, kiremit, drenaj boruları, ateş tuğlaları, çömlekçilik mamulleri bu gruba girer.
2. Genellikle kütlesi beyaz olan ürünlere ise ince seramik denir. Fayans, karo seramik, porselen eşya, sıhhi tesisat, elektro porselen ve çinicilik bu gruba girer. İnce seramik levhaların imalatında kullanılan sıyırma bıçağı işlemi. v sembolü hareketi (v=hız) göstermektedir.
3. Teknik seramik: Mühendislik Seramikleri olarak ta isimlendirilen bu ürünlerde steatit, kordierit, v.s. gibi malzemelerdir. Kütlesi renkli veya beyaz olabilen daha çok teknikte kullanılmak üzere geliştirilmiş bazı ürünleri yukarıda sayılan klasik seramiklerden ayrı bir grupta toplamak zorunlu olmuştur.
Geleneksel Seramiklerin Hazırlanması
Özellikleri: 1. Yüksek sıcaklıklara dayanıklılık, 2. Yüksek kimyasal kararlılık, 3. Sertlikleri, çok sert olabilmeleri, 4. Metallerden hafif olmaları (% 40 a varan hafiflik), 5. Hammadde kaynağının bol ve metallere göre ucuz olması, 6. Pahalı ve stratejik metallere gerek duyulmaması, 7. Erozyon ve aşınmaya dayanıklı olmaları, 8. Oksitlenmeye dirençli olmaları, 9. Sürtünme katsayısının düşük olması, 10.Basma kuvvetinin yüksek olması. İstenmeyen özellik gevrekliktir.
Tuğla, bloklar, kiremit ve kil ürünleri hammadde olarak kil Kil, doğal olarak bulunduğundan, kalıplamak için plastik hale getirilip kurutularak pişirilmesinden veya fırınlanmasından sonra sert, dayanıklı ve sabit şekilli bir malzeme haline getirilebilmesinden dolayı ticari bakımdan önemlidir. Ürünleri kil eşyalar, kil ürünler veya seramikler olarak bilinir.
Killer Bütün killer, ilkel (volkanik) kayaların bozulup parçalanmasıyla oluşmuş ve bileşimleri değişmektedir. Killer esas olarak, silis ve alümin (alüminyum oksit) içermekle birlikte, diğer bileşenleri demir oksit, kireç, manganez ve sudur. Ham kil içerisinde alümin genellikle silis ile hidratlı alüminyum silikatlar şeklinde kimyasal olarak birleşir, fakat silis, kil içerisinde kumla birbirine karışık olarak da bulunabilir. Bu şekilde aşırı miktarda kum içeren killer balçık olarak nitelendirilir.
Diğer bazı killer belli miktarda tebeşir içerirler, bunlar ise marn (kireçli balçık) olarak bilinirler. Kaolin minerali (çini kili) tamamen saf hidratlı alüminyum silikat içerir ve örneğin ateşe dayanıklı çimento gibi özel niteliklerinden dolayı çok kullanışlıdır. Renginin beyaz olmasından dolayı beyaz portland çimentosu üretiminde de kullanılır. Boksit, hidratlı alüminyum oksit içeriği yüksek olan kile verilen addır ve alüminyum metalinin filizi ve alüminyumlu çimentoların hammaddesi olarak bilinir. Plastik veya saf kil yüksek oranda alümin içerenlerdir ve bunlar çok işlenebilir ham killeri oluştururlar.
Kili Şekillendirme Gereken su içeriği ve basınca göre, geleneksel seramiklerde kullanılan yöntemler
SERMETLER Sermet, sert partikül olarak tungsten karbür yerine titanyum karbür (TiC), titanyum karbonitrür (TiCN) ve/veya titanyum nitrür (TiN) gibi titanyum esaslı karbürlerin kullanıldığı sinterlenmiş karbürlerin genel adıdır. Sermet ismi; SERamik ve METal den gelmektedir. Bunun nedeni, metal bağlayıcı içerisindeki seramik parçacıklardır. Bir toz metalürjisi ürünü olan sermetlerin sinterlenmiş karbür ve tüm sert metallerin sermet olduğu tartışılabilir ancak pratikte sermet tungsten değil titanyum karbüre dayalı sinterlenmiş karbürleri içeren bir malzeme grubudur. Sermet kesici takımların en genel özellikleri: Yüksek (ve belirli bir dereceye kadar düşük) kesme hızı yeteneği, Uzun takım ömrü boyunca sağladığı yüksek hassasiyet, Yüksek kaliteli bir yüzey oluşturmasıdır.
Pek çok metal matrisli kompozit (MMK) ve seramik matrisli kompozit (SMK), parçacık işleme yöntemleriyle işlenir. En belirgin örnekleri sinterlenmiş karbürler ve diğer sermetlerdir.
SERAMİKLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ 1. Gevrek kırılma: Seramikler sahip oldukları bağ yapıları (kovalent-iyonik) nedeniyle plastik şekil vermeleri kötüdür, gevrek davranış gösterirler. Basma dayanımları çekmeden iyidir. Çünkü üretim esnasında oluşan boşluk ve düzensizlikler çentik etkisi yapar. Seramik türü malzemeler çok sert olduklarından çekme testi uygulamak zordur. Çünkü çeneler sert malzemeleri tutamaz. Bu nedenle üç noktadan eğme testi uygulanır.
2. Statik yorulma: Zorlama kimyasal yolla gerçekleşir. Özellikle sıvı ortamda ve oda sıcaklığında görülür. Su molekülü ile Si-O-Si molekülü etkileşerek Si-O-H bağları oluşturmakta ve camın ağ yapısına zarar vermektedir. 3. Sürünme Seramiklerin ergime sıcaklıkları yüksek olduğu için sürünme dayanımları yüksektir. Ana mekanizma tane sınırı kaymasıdır. 4. Isıl şok Seramikler ısıyı kötü ilettikleri için görülür. Isıl genleşme farklılıkları kırılmalara sebep olur.
5. Vizkoz akış: Camsı seramik yapı Tc kristalleşme sıcaklığının altında gibi davranır. Camları yüksek sıcaklıkta gösterdiği vizkos akış nedeniyle ato cam üretimi yapılmaktadır. Te sıcaklığında atomlararası kuvvetli bağlar oluşmaya başlar, kısmen zayıf bağlı atomlar bağıl hareket ederek ve ısıl büzülmeye ek olarak hacimce azalma olur. Tc sıcaklığında atomlar arası kuvvetli bağların oluşumu tamamlanır. Katılaşırken bu tür hacim-sıcaklık değişimi gösteren malzemelere cam denir.
SERAMİKLERİN OPTİK ÖZELLİKLERİ 1. Kırılma indeksi Kırılma indeksi büyüdükçe camlar daha parlak görülür. 2. Yansıma özelliği Cama eğik gelen ışınların hepsi kırılmaz, bazıları geri yansır. Burada geliş ve yansıma açıları eşittir. 3. Saydamlık Seramiğin bulundurduğu poroziteler tamamen elimine edildiğinde şeffaflık ortaya çıkar. 4. Opaklık Şeffaflığın tersidir. Seramik içerisinde gözenek bulunduğu durumlarda öoklu yansıma olur ve saçılan ışınlar görüntüyü diüer tarafa yansıtmaz. 5. Renk Cam içinde bazı dalga boyunda ışınlar absorblayabilir. Bu nedenle cam renkli görülebilir.
Seramikler uygulamaları
CAM İMALATI Cam kristalize olmayan bir malzeme türüdür. (vitreus) Temel malzeme silkadır. SiO 2 Diğer katkılar: potas, kireçtaşı, soda ash Pek çok uygulamalarından bazıları; şişe, pencere camı, araç camı, ampul vb...
Cam, fiziksel bakımdan bir katı olup, belirli bir ergime noktası olmayan, aşırı soğutulmuş bir sıvı durumundadır ve kristallenmesine mani olacak kadar yüksek bir viskoziteye sahiptir. Kimyasal bakımdan ise kumun, alkali ve toprak alkali bileşiklerinin ve diğer cam yapıcı maddelerin bozundurulmaları ve eritilmeleri ile oluşan uçucu olmayan anorganik oksidlerin meydana getirdikleri bir yapıdır. Genellikle alkali ve toprak alkali silikatlardan kimyasal bakımdan ise kumun, alkali ve toprak alkali bileşiklerinin ve diğer cam yapıcı maddelerin bozundurulmaları ve ergitilmeleri ile oluşan uçucu olmayan anorganik oksitlerin meydana getirdikleri, genellikle alkali ve toprak alkali silikatlardan ibaret kompleks bir üründür.
Cam, tamamıyla camlaşmış bir saydam ürün olabildiği gibi, birçok hallerde oldukça az miktarda camlaşmayan maddenin çok miktardaki camlaşmış ürün ile olan süspansiyonu halinde de olabilir.
Camların adi sıcaklıktaki viskoziteleri o kadar yüksektir ki, kristallerin oluşması için gerekli atom hareketleri imkansızlaşır; fakat uygun bir sıcaklığa kadar ısıtılmakla kristallenebilir (yani cam halinden çıkabilir). Camlar, termodinamik olarak, stabil şekil olan kristal haline gelmeye çalışmakla beraber viskoziteleri yüzünden buna imkan bulamayan, stabil olmayan maddeler olarak düşünülebilir. Camlar, ayrıca, nispeten sınırlı sıcaklık aralıklarında yani bir değişim bölgesinde, gerek viskozite, gerek spesifik ısı veya genleşme bakımından önemli değişikliklere uğrarlar. Bu hususta özellikle viskozite değişikliği önem taşır; Camın viskozitesi katı halde iken 1013 poise olup, hamurlaşmamış halde 107 poise'a düşer.
CAM ÜRETİMİ
Preparation Shaping Heat Treatment