doç. dr. atilla evc øn afyon kocatepe Üniversitesi ©...

10/23/2016

1

Doç. Dr. Atilla EVCİN Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü

1

Yardımcı Kaynaklar The Science and

Engineering of Materials, 4th ed Donald R. Askeland – Pradeep P. Fulay, Wendelin J. Wright

Hardcover: 944 pagesPublisher: CL-Engineering; 6 edition (June 21, 2010)Language: EnglishISBN-10: 0495296023ISBN-13: 978-0495296027

2

Yardımcı Kaynaklar Materials Sience and

Eng.:An Introduction, John Wiley and Sons Inc (2003) William D. Callister

Hardcover: 992 pages Publisher: John Wiley and Sons; 8th edition (December 30, 2009) Language: English ISBN-10:0470419970 ISBN-13: 978-0470419977

3

Yardımcı Kaynaklar Introduction to Materials

Science for Engineers , James F. Shackelford, McMillan Pub. Co.

Publisher: Prentice Hall ISBN-13: 9780133826654

ISBN: 0133826651

4

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016

http://www.novapdf.com


10/23/2016

2

Yardımcı Kaynaklar An Introduction To

Materials Engineering And Scıence, Brian S. Mitchell, John Wiley & Sons, Inc., Publication

ISBN 978-0-471-43623-2 - John Wiley & Sons

5

Yardımcı Kaynaklar Malzeme Bilimi ve

Mühendisliği, William D. Callister , David D. Rethwisch, Çeviri Ed. Kenan Genel,

Nobel Yayın, 2013 ISBN: 978-605-133-418-9

6

Yardımcı Kaynaklar Malzeme Bilimi ve

Mühendisliği, William F. Smith, Çev. Nihat G. Kınıkoğlu,

Literatür Yayıncılık, 2005

7

Yardımcı Kaynaklar Malzeme Bilimi,

Kaşif Onaran, Seçkin

Yayıncılık, 2011

8





10/23/2016

3

Yardımcı Kaynaklar Biomaterials Science, Third

Edition: An Introduction to Materials in Medicine, Buddy D. Ratner, Allan S. Hoffman, Frederick J. Schoen, Jack E. Lemons, Academic Press, 2012

ISBN-13: 978-0123746269 ISBN-10: 0123746264 Edition: 3rd

9

Yardımcı Kaynaklar Biomaterials: The

Intersection of Biology and Materials Science, Johnna S. Temenoff and Antonios G. Mikos, Prentice Hall, 2008

ISBN-13: 978-0130097101 ISBN-10: 0130097101 Edition: 1st

10

Yardımcı Kaynaklar Biomaterials: An

Introduction, Joon Park and R. S. Lakes, Springer 2007

ISBN 978-0-387-37880-0

11

Yardımcı Kaynaklar An Introduction to

Biomaterials, Second Edition (Biomedical Engineering), Jeffrey O. Hollinger, CRC Press 2011

ISBN 9781439812563

12





10/23/2016

4

Arasınav % 30 Ödev % 20 Final % 50

Devam şartı % 70

13

Ders Notları www2.aku.edu.tr/~evcin

Adresinden dersler sekmesinden indirilebilir.

Dosya şifresi mlz15

14

Dersin Müfredatı1 Malzeme Bilimine Giriş2 Atom yapısı, bağları ve özellikleri3 Kristal yapılar ve geometrisi4 Atomik ve İyonik Dizilmeler Düzenlerde Hatalar5 Malzemelerde Atom ve İyon Hareketleri6 Malzemelerin mekanik özellikleri7 Malzemelerin elektriksel ve manyetik özellikleri8 Malzemelerin karakterizasyon teknikleri9 Biyomalzemelere giriş ve biyouyumluluk10 Biyomalzemelerin sınıflandırılması11 Biyomalzemelerin özellikleri12 Metalik biyomalzemeler13 Polimer biyomalzemeler14 Seramik ve doğal biyomalzemeler15 Cam seramikler, Dental porselenler ve Kaplamalar16 Biyomalzemelerin üretimi ve Karakterizasyonu

15

16

Bölüm Çıktıları

1.1 Malzeme Bilimi ve Mühendisliği nedir?

1.2 Malzemelerin sınıflandırılması 1.3 Malzemelerin fonksiyonel

sınıflandırılması 1.4 Yapıya dayalı olarak malzemelerin

sınıflandırılması 1.5 Çevresel ve diğer etkiler 1.6 Malzeme tasarım ve seçimi





10/23/2016

5

17

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği nedir?

Malzeme, kendilerinden birşeyler oluşturulan ve yapılan maddelerdir.

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, malzemelerin yapı, özellik ve işlenmeleri arasındaki ilişkiyi inceleyen bilim dalıdır.

Malzeme Bilimi ve Mühendisi ise malzeme biliminin sunduğu yapı ve özellik arasındaki bilgiye dayanarak, arzu edilen özellikte malzemelerin tasarlanması ve imal edilmesi ile ilgilenen mühendistir.

18

Özellik belli bir dış etkiye karşılık olarak, cins ve büyüklük bakımından malzemenin kendine özgü bir biçimde verdiği cevap ve tepkidir.

Yapı, malzemedeki bulunan atom yada iyonların düzenlenmelerinin açıklamasıdır.

Performans malzemenin kullanım sırasında özelliklerinin bir fonksiyonu olarak değişim gösteren bileşenidir.

Proses şekillenmiş ürünler için onların özelliklerini değiştiren yada kullanışlı malzeme haline dönüştürme yöntemleridir.

Proses, yapı, özellik ve performans ilişkisi

Proses Yapı Özellik Performans

Bu dört bileşen arasındaki ilişki açısındanmalzemelerin yapısı, nasıl işlem gördüklerine bağlıiken malzemelerin performansı da özelliklerinin birfonksiyonu olarak değişir.

Malzeme bilimi ve mühendisliği bilim dalını oluşturan dört bileşen ve aralarındaki ilişki

Özellik Mekanik özellikler: Dayanım, gevreklik,

süneklik, tokluk, yorulma, sürünme, vs.

Fiziksel özellikler: iletkenlik, ısıl özellikleri, özgül ağırlık, optik özellikleri (şeffaflık), vs

Kimyasal özellikler : Bileşimi, ortamdan etkilenmesi-korozyon, oksidasyon, vs.

20





10/23/2016

6

Yapı• Atomaltı seviyede: Elektronlar, çekirdeği oluşturan

protonlar / nötronlar ve bunların etkileşimi,

• Atomik seviyede: Atomların belirli bir düzende dizilmeleri ve atomlar arası bağlar,

• Mikroskopik seviyede: Mikroskop kullanılarak incelenen microyapı (tanecik boyutu ve şekli vs.)

• Makroskopik seviyede: Gözle görülebilen makro yapı,

21

Atomik yapı Kristal yapı

Mikroyapı Makroyapı

Performans

Herhangi bir ortamda istenilen fonksiyonları yerine getirebilmesi.

23

Proses Proses yapıyı ve özellikleri değiştirir. Örnek çeliğin soğuma hızı mikroyapı ilişkisi

24





10/23/2016

7

25

Malzemelerin Sınıflandırılması Metal ve Alaşımlar Seramikler, Camlar ve Cam-Seramikler Polimerler (plastikler),

Termoplastikler ve Termosetler Yarıiletkenler Kompozit Malzemeler

•Katı malzemeler; geleneksel olarak metaller, seramikler ve polimerler olarak üç ana kategoriye ayrılır.

•Bunun yanında, iki ya da daha fazla malzemenin birlikte kullanılması sonucu oluşturulan kompozit (karma) malzemeler de vardır.

•Diğer bir grup ise yarı iletkenler, biyo-malzemeler, akıllı-malzemeler ve nano-mühendislik malzemeleri gibi, ileri teknoloji uygulamalarında kullanılır ve ileri malzemeler olarak adlandırılır.

Metaller Bir veya daha fazla metalik elementten olusur. Örnek: Demir, Bakır, Aluminyum. Metallik element, metalik olmayan elementi

(C, N gibi) bünyesinde barındırabilir. İnorganik olup atomları düzenli bir şekilde yer

aldığı kristal yapıya sahiptir. İyi elektrik ve ısıl iletkenliğe sahiptir. Çoğu oda sıcaklığında dayanımlı ve sünek olup

yüksek sıcaklıklarda bile nispeten dayanımlarını korurlar.

26

27

Metaller

28





10/23/2016

8

Seramikler Birbirine kimyasal olarak bağlı metalik ve metal

olmayan elementlerden oluşan, organik olmayan malzemelerdir.

Kristal yapıda veya kristal olmayan yapıda veya bunların karışımı olabilir.

Mekanik olarak kırılgandırlar. Yüksek sertlik, yüksek sıcaklık dayanımı, yüksek

aşınma direnci göstermektedirler. Isıyı az geçirir. Bu bakımdan yüksek sıcaklık sıvı metal ve ısıl islem fırınlarında astar olarak kullanılır.

Örnek- Porselen, cam, silisyum nitrür29

Seramikler• Seramik malzemelerin büyük bir kısmını

oksitler, karbürler ve nitrürler oluşturur.• Alüminyum oksit (alümina, Al2O3), silisyum

dioksit (silika, SiO2), silisyum karbür (SiC),silisyum nitrürün (Si3N4) yanında, kilminerallerinden oluşan (yani porselen) –geleneksel seramikler ve de cam ve çimentoyaygın olarak kullanılan seramik malzemelerolarak sayılabilir.

30

31

Seramikler

32





10/23/2016

9

Polimerler Organik (karbon içeren) uzun molekül zincirlerine

ve ağına sahip çoğu kristal olmayan malzemelerdir.

Bazılarında kristal ve kristal olmayan kısımlar beraberce bulunabilir.

Elektriği kötü iletirler. Dolayısı ile yalıtkandırlar. Mukavemet ve süneklilik büyük değişiklikler

göstermektedir. Çoğunlukla düşük yoğunluğa , düşük bozunma

ve yumuşama sıcaklığına sahiptirler. Örnekler:- Poli Vinil Klorür (PVC), Polyester.

33

34

Polimerler

35

© 2003 Brooks/Cole Publishing / Thom

son Learning™

36





10/23/2016

10

37


son Learning™

Farklı kategorilerdeki malzemelerin mukavemetleri

38

39

Yarıiletkenler

Hacim olarak büyük miktarlarda değillerdir ancak önemli malzemelerdir.

Silisyum en bilinen örneğidir. Değişik katkı elementleriyle özellikleri

değiştirilebilir. Yarı iletkenler kristal yapıdadır. Yani atomları

belirli bir sistemle sıralanmıştır. Bu yapı tekli kristal (mono kristal) ya da çoklu

kristal (poli kristal) olabilmektedir.

40





10/23/2016

11

• Kompozitler (karma malzemeler); metal, seramik ve polimerlerden iki ya da daha fazla malzemenin bir araya getirilmesi ile oluşan malzemelerdir.

• Kompozit malzeme tasarımında, bir malzemenin tek başına sergileyemeyeceği özelliklere ve de kendisini oluşturan malzemelerin en iyi özelliklerine sahip olan bir malzemenin üretilmesi amaçlanır.

• Küçük boyutlu cam elyafların (fiberlerin) bir polimer (genellikle, epoksi ya da poliester) matris içinde bulunduğu cam-elyaf, yaygın olarak kullanılan kompozitlerden biridir.

Kompozitler

42

Kompozitler Iki veya daha fazla malzemenin karışımı Malzemeler birbiri içinde çözünmez ve

birbirlerinden bir ara yüzeyle ayrılır. Iki tip kompozit malzeme vardır : Lifli, Parçacıklı Anafaz (matris)

Cam lif, beton gibi

43

Teknolojik olarak diğer önemli bir malzeme de, karbon elyafların bir polimer matris içinde bulundukları karbon elyaf takviyeli kompozitler (KETK)’dir.

KETK, bazı uçak ve uzay uygulamalarında, yüksek teknolojili spor ekipmanlarında (örneğin, bisiklet, golf sopası, tenis raketi ve kayak) kullanılmaktadır.

Son zamanlarda, otomobil tamponlarında da kullanılmaya başlanmıştır.





10/23/2016

12

• Yüksek teknoloji uygulamalarında kullanılan malzemeler bazen ileri malzemeler olarak adlandırılır.

• İleri malzemeler, tipik olarak özellikleri iyileştirilmiş geleneksel malzemeler veya yeni geliştirilmiş yüksek performanslı malzemeler olabilir. Genellikle maliyetleri yüksektir.

• İleri malzemeler, yarı iletkenleri, biyo-malzemeleri ve “geleceğin malzemeleri” olarak adlandırabileceğimiz akıllı malzemeler ile nano-mühendislik malzemelerini kapsamaktadır.

İleri Malzemeler

• Yarı iletken malzemelerin elektriksel özellikleri, elektriksel açıdan iletken metal ve alaşımları ile yalıtkan seramik ve polimer malzemelerin arasındadır.

• Bu malzemelerin elektriksel özellikleri, yapılarında çok düşük konsantrasyonlarda bulunan empürite atomlarının varlığına oldukça duyarlıdır.

• Yarı iletkenler, yaklaşık son otuz yılda, elektronik ve bilgisayar endüstrisinde, (dolayısıyla günlük hayatımızda), devrime yol açan entegre devrelerin gelişmesini sağlamıştır.

Yarı İletkenler

47

Malzemelerin Fonksiyonel Sınıflandırılması

Uzay Biyomedikal Elektronik Malzemeler Enerji Teknolojisi ve Çevresel Teknolojiler Magnetik Malzemeler Fotonik yada Optik Malzemeler Akıllı Malzemeler Yapısal Malzemeler

• Biyomalzemeler, vücudun hastalanmışveya hasarlı kısımlarının yerinegeçmek üzere insan vücudunayerleştirilen parçalarda kullanılır. Bumalzemelerin zehirli maddeüretmemesi ve vücut dokusu ileuyumlu olması gerekir.

• Buraya kadar bahsedilen bütünmalzemeler, yani metal, seramik,polimer, kompozit ve yarı iletkenlerbiyomalzemeler olarak kullanılabilir.

Biyomalzemeler





10/23/2016

13

• Akıllı malzemeler, birçok teknoloji üzerinde önemli etkileri bulunan en yeni malzeme grubudur.

• Akıllı nitelemesi bu malzemelerin, yaşayan organizmalarda görüldüğü gibi, bulundukları ortamda meydana gelen değişiklikleri hissedebildiklerine ve önceden belirlenen bir cevap oluşturabildiklerine işaret etmektedir.

• Bir akıllı malzeme (ya da sistemi), giriş sinyalini algılayan bir çeşit sensör ve bu sinyale uygun bir cevap oluşturan bir aktüatörden (uyarıcıdan) oluşur.

Akıllı Malzemeler

• Aktuatörlerde (uyarıcılarda), şekil hafızalı alaşımlar, piyezoelektrik seramikler, manyetostriktif malzemeler, elektroreolojik/manyetoreolojik akışkanlar olmak üzere dört farklı malzeme türü yaygın olarak kullanılır.

• Optik fiberler, bazı polimerler de dâhil olmak üzere piezoelektrik malzemeler ve mikroelektromekanik sistemler, sensörler de kullanılan malzeme ve cihazlar arasındır.

Nanomalzemeler, dört temel malzeme türünün herhangi birine ait olabilir.

Bu malzemelerin özelliklerini inceleyen çalışmalara da nanoteknoloji adı verilmiştir.

Parçacık boyutları atomsal boyutlara yaklaştığında, malzemelerin sergiledikleri bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerde çarpıcı değişiklikler meydana gelir.

Nanomalzemeler

• Bu özgün ve olağandışı özellikleri sayesinde nanomalzemeler elektronik, biyomedikal, spor, enerji üretimi ve diğer endüstriyel uygulamalarda kendilerine yer edinmişlerdir.

• Nanomalzemelerin sağlık üzerine etkileriyle ilgili olarak hazırda yeteri kadar çalışma bulunmamasına rağmen, deri, akciğer ve sindirim sistemi yoluyla hızlı bir şekilde vücut tarafından emilebilecekleri ve yeterli konsantrasyonlarda bulunmaları durumunda, akciğer kanseri ya da DNA hasarı gibi sağlık riskleri içerdikleri konusunda endişeler vardır.





10/23/2016

14

Enerji darboğazı açısından ümit vaat eden nükleer enerji konusundaki problemlerin çözümü; yakıtlar, depolama malzemelerinin yapılarını ve radyoaktif atıkların depolanma imkânlarını içermektedir.

Araç ağırlıklarının azaltılmasının yanında, motor çalışma sıcaklıklarının arttırılması da yakıt sarfiyatını iyileştirecektir.

Modern Malzeme Gereksinimleri

• Kullandığımız malzemelerin çoğu yenilenebilir olmayan, yani tekrar oluşturulamayan kaynaklardan elde edilmektedir.

• Yenilenebilir olmayan bu kaynakların zamanla tükenmekte olması; yeni rezervlerin bulunmasını, karşılaştırılabilir özelliklere sahip aynı zamanda çevreye daha az zararlı yeni malzemelerin geliştirilmesini ve/veya geri dönüşüm çabalarının arttırılması ile yeni geri dönüşüm teknolojilerinin geliştirilmesini gerekli kılmaktadır.

55


son Learning™

56

Yapıya dayalı olarak malzemelerin sınıflandırılması

Kristalin malzeme bir yada birçok kristalden meydana gelir. Herbir kristalde atom yada iyonlar geniş bir aralıkta periyodik düzenlenme gösterirler. Tek kristal sadece tek bir kristalden yapılmış kristali malzemedir. (tane sınırları yoktur) Tane bir polikristalin malzemedeki kristallerdir. Polikristalin malzeme birçok kristalden meydana gelmiş malzemedir. (Tek bir kristale sahip tek kristal ile kıyaslandığında). Tane sınırları polikristalin malzemenin taneleri arasındaki bölgelerdir.





10/23/2016

15

57

Çevresel ve diğer etkiler

Aşağıdaki faktörler tasarımda bileşenlerin beklenmedik şekilde zarar görmelerine yol açabilir :

Sıcaklık Korozyon Yorulma Deformazsyon hızı

58


son Learning™

59


son Learning™

Malzemelerdeki gelişmeye paralel bir şekilde dış kaplama kullanım sıcaklıkları artış göstermiştir.

60





10/23/2016

16

61

Malzeme tasarım ve seçimi

Yoğunluk, birim hacmin kütlesi (g/cm3 or lb/in3)

Mukavemet Ağırlık oranı bir malzemenin mukavemetinin yoğunluğuna bölünmesiyle elde edilir.

62

63

Jet uçakları: Hafif ve yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler

Otomobiller: hafiflik ve ucuzluk

Bilgisayar: yüksek hızda işlem ve bilgi-depolama özelliği,

Spor malzemeleri: hafiflik, estetik

64

Malzeme tasarım ve seçimi

Bir implant için malzeme seçimi ?

Kriter

Malzeme

Maliyet





doç. dr. atilla evc øn afyon kocatepe Üniversitesi ©...

Documents