Malzeme Bilimi ve Malzemelerin Sınıflandırılması
Malzeme Nedir? Genel anlamda ihtiyaçlarımızı karşılamak ve belli bir amacı gerçekleştirmek için kullanılan her türlü maddeye malzeme denir. Teknik anlamda ise mühendislik uygulamalarında kullanılan katı maddelere malzeme adı veriilir. Bir başka deyişle mühendislik ürün ve sistemlerinin imalinde kullanılan mekanik, fiziksel ve kimyasal olarak arzu edilen özelliklere sahip maddelerdir.
Malzeme Gereksinimi Mühendisler kullanacakları malzemeyi çok iyi tanımak ve geniş malzeme tayfı içinde mukavemet, iletkenlik, korozyon, ekonomiklik vb. kriterleri dikkate alarak seçim yapmak zorundadırlar.
Malzeme Biliminin Amacı Nedir? Malzemelerin iç yapısını tanıtmak, iç yapılar ile özellikler arasındaki bağıntıları araştırmak ve bu şekilde geliştirilen temel ilkeler ve kavramlar ışığında uygulamada kullanılan malzeme türlerini sınıflandırarak özelliklerini incelemektir.
Malzemelerin sınıflandırılması değişik şekillerde yapılabilir, ancak mühendisler açısında en uygun sınıflandırma aşağıdaki gibidir:
METALLER Demir, alüminyum, bakır, titanyum, altın ve nikel gibi bir ya da daha fazla metal elementinden ve genellikle nispeten az miktarda karbon, azot ve oksijen gibi metal olmayan elementlerden oluşurlar.
Metallerin Karakteristik Özellikleri Kristal yapıdadırlar Dayanımları yüksektir Kolay şekillendirilebilirler Kırılgan değildirler Korozyon dayanımı düşüktür Yüksek şekilde elektrik ve ısı iletkenlikleri vardır Şeffaf değildirler ancak parlak görünüşe sahiptirler
Metaller iki grupta ele alınabilir Demir Esaslı Metal ve Alaşımlar: Dökme demir ve çelikler (Fe-C) Demir Dışı Metal ve Alaşımlar: Alüminyum, magnezyum, bakır, titanyum, nikel, çinko ve alaşımlar pirinç (Cu-Zn), Lehim (Sn- Pb), vb.,
SERAMİKLER Genelikle Metal-ametal (metal olmayan) grubu elemetlerin oluşturduğu Al 2 O 3, MgO, SiC, SiO 2 gibi inorganik kimyasal bileşikler veya böyle bileşiklerin cam, tuğla, beton ve porselen olarak adlandırılan karışımlarıdır.
Seramiklerin Karakteristik Özellikleri Dayanımları yüksektir ancak gevrek malzemelerdir ve kırılgandırlar. Erime sıcaklıkları yüksektir ısıya dayanıklı malzeme olarak kullanılırlar (soba, ocak ve fırınlarda) Birçok ortamda kimyasal olarak kararlıdır. Çekme dayanımları düşük, basma dayanımları yüksektir.
Polimerler (Plastikler) Polimerler genellikle petrol türevi ürünlerden elde edilen malzemelerdir. Yapılarında genellikle C, H, O, N, S bulunur. Yaygın olarak kullanılan polimerlere örnek olarak Polietilen (PE), polivinilklorür (PVC), Teflon, polikarbonat (PC) silikon, ve kauçuk olarak verilebilir.
Polimerlerin karakteristik özellikleri Sünek, hafif ve ucuz malzemelerdir. Yapılarındaki bağların karakteri nedeniyle dayanımlar düşüktür. İkincil bağlar içeren türleri kolay şekillendirilebilirler, düşük sıcaklıkta yumuşarlar ve erirler Elektriksel olarak yalıtkandırlar. Düşük termal dirence sahiptirler.
KOMPOZİTLER (KARMA MALZEMELER) Metal, seramik ve polimerlerden, iki veya daha fazla malzemenin biraraya getirilmesi ile bu malzemelerin üstün özelliklerini aynı malzemede toplayan veya yepyeni bir özellik ortaya çıkaran malzemeler kompozit malzeme olarak adlandırılır. Beton, Karbon-elyaf Takviyeli Cam-elyaf Takviyeli, Araba Lastiği Ahşap (doğal kompozit)
İLERİ MALZEMELER İleri teknoloji uygulamalarında kullanılan malzemeler ileri malzemeler olarak adlandırılır. Yarı iletkenler Biyo-malzemeler Akıllı malzemeler Nano-mühendislik malzemeler
Yarı iletkenler İletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar.( Si, Ge) Normal halde yalıtkandırlar. Isı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldığında veya gerilim uygulandığında iletkenlik özelliği kazanır. İçlerine bazı özel maddeler katılarak ta iletkenlikleri arttırılabilir. Elektroniğin temel elemanlarından olan diyot ve transistörlerin üretiminde kullanılırlar.
Biyo-malzemeler Biyomalzeme; vücudun işleyişine yardımcı olmak üzere üretilen ve geliştirilen malzemelerdir. Yapısı itibariyle vücut ile sürekli temas halinde bulunmaktadır. Ortopedi alanında kullanılan protezler ve diş alanında kullanılan dolgular biyomalzemelere örnek olarak gösterilebilir.
Akıllı malzemeler Yaşayan organizmlarda görüldüğü gibi bulundukları ortamda meydana gelen değişikleri hissedebilen ve önceden belirlenen bir cevap oluşturan malzemelerdir. Bir akıllı malzeme, giriş sinyalini algılayan bir çeşit sensör ve bu sinyale uygun bir cevap oluşturan bir uyarıcıdan oluşur. Örnek: Şekil hafızalı alaşımlar, piezoelektirk seramikler, Manyetostriktif malzemeler
Nanomalzemeler Nanometre boyutlarıyla karakterize edilen malzemeler (nanometre milimetrenin milyonda biridir ve insan saç telinden yaklaşık olarak 100,000 kat daha küçüktür)
2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning MALZEME YAPISI a) Atom-altı Mertebede: Elektronlar, çekirdeği oluşturan protonlar nötronlar ve bunların etkileşimi Figure 2.8 The atomic structure of sodium, atomic number 11, showing the electrons in the K, L, and M quantum shells. 2 a) Atomsal Mertebede: Atomların belirli bir düzende dizilmeleri ve atomlar arası bağlar
c) Mikroskopik Mertebede: Malzemelerin mikroskop altında tane yapıları ve fazlarının incelenmesi 2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson L d) Makroskopik Mertebede: e 7.17 The effect of annealing temperature structure Çıplak gözle of görülebilen cold-worked metals. (a) cold fter recovery, (c) after recrystallization, an grain yapısal growth. özellikler