MALZEME VE MALAT TEKNOLOJLER

MALZEME VE MALAT TEKNOLOJLERKompozit, seramik, cam ve plastik malzemelerKOMPOZT MALZEMELERKompozit Malzemenin TanmKendini oluturan farkl fazdaki bir ya da daha fazla elemann oluturduu ve bu elemanlarn kombinasyonlarnn rettiinden farkl zelliklere sahip malzeme sistemidir.rnekler: Birletirilmi Karbrler (Co tutkal ile) Astarlar ieren bileenleri plastik kalplama Karbon siyah ile kartrlm lastik Tahta (Sentezlenmi bir kompozitten elde edilen)

Neden Kompozitler nemli? Bileikler mukavemetli ve kat olabilir, yine de arl az olabilir, o halde mukavemet-arlk oran ve sertlik-arlk oran baz zamanlarda elik ve ya alminyumdan daha byktr. Fatigue(yorgunluk) zellikleri genelde ortak mhendislik metallerinden daha iyidir. Dayanrlk zelliinde de bazen daha iyidir Kompozitler paslanmaz olarak dizayn edilebilir; Paslanmaz elik gibi Yalnz metal, seramik ya da polimerlerle elde edilemeyecek zellikler kombinasyonunu kompozitlerle baarmak mmkndr.

Kompozit Malzemelerin Dezavantajlar ve Kstlar Bir ok nemli kompozitin anizotroptur zelliklerdeki farklar llen ynlerdir bu avantaj da olabilir dezavantaj da Polimer tabanl kompozitlerin bir ou are kimyasal tepkimeye ya da zclere baldr, polimerlerin kendileri ile tepkimeye girme de hassas olmas gibi Kompozit malzemeler genellikle pahaldr Kompozit malzemelere ekil vermek iin kullanlan imalat yntemleri ou zaman maliyetli ve yavatr.

Kompozit Malzemelerin snflandrlmas1. Geleneksel(Traditional) Kompozitler Doada bulunan kompozitler ya da uzun yllardr medeniyetler tarafndan retilen kompozitler. rnek: Tahta beton asfalt2. Sentetik Kompozitler- Bu modern malzeme sistemleri normal olarak, bileenleri ayr ayr retilen ve kontroll bir metotla istenen yapya, zelliklere ve para boyutlarna sahip bileenleri reten imalat endstrileri ile ilikilidir.

Kompozit Malzemenin zellikleri Bir kompozit malzeme semede,genellikle zelliklerin belirli zelliklerden ok bir optimal kombinasyonu aranr rnek: Uak gvdesi ve uan kanatlar hafif ve gl olmal ayrca sert ve dayankl olmal. eitli fiber destekli polimerler bu zelliklere sahiptir rnek: Saf kauuktek bana is olduka zayftr. Gerekli miktarda C siyah ekleyerek mukavemet ve NR artrlabilir

SERAMK MALZEMELERBir metal (veya yar metal) ile bir veya daha ok ametalin birlemesinden oluan organik bileiklerdir.nemli rnekler Silis : Silikon dioksit (SiO2 ), cam rnlerinin ana malzemesidir.Almina : Alminyum oksit (Al2O3), andrclardan yapay kemiklere kadar birok yerde kullanlr.Hidra alminyum silikat (Al2Si2O5(OH)4) gibi daha karmak bileikler : bir ok kil rnlerinde ana malzeme olarak kullanlrlarSeramik Malzemelerin zellikleri Yksek sertlik, elektriksel ve termal yaltkanlk, kimyasal denge ve yksek erime scakl Krlgan, yumuaklk yok denecek kadar azdr ki bu seramiklerin ilenmesinde ve veriminde problemlere neden olabilmektedir. Baz seramikler yar saydamdr, pencere cam(silis bazl) bunlara en ak rnektirSeramik rnleri Kil yap rnleri tulalar, kil boru ve fayans Isya dayanakl seramikler yksek scaklklara dayanabilen bu seramikler beher,humus, frn duvarlar yapmnda kullanlrlar. Betonda kullanlan imento inaatlarda ve yol yapmnda kullanlr. Beyaz porselen rnleri kil ve dier minerallerin karmndan oluan mlek,toprak kaplar,ini,porselen ve dier sofra takmlar. Cam ieler,gzlk,lensler,pencere cam ve ampuller Andrclar alminyum oksit ve silikon karbit Kesici takm malzemeleri tungsten karbit,alminyum oksit ve kbik bor nitrit Yaltkan seramikler elektrik aktarma bileenleri ieren uygulamalar ,bujiler ve mikro elektronik ipler Manyetik seramikler rnek : bilgisayar hafzalar Cam lifleri termal yaltkan ynler,glendirilmi plastikler(lif cam) ve fiber optik iletiim hatlar Uranyum oksit (UO2) bazl nkleer yaktlar Biyoseramikler yapay diler ve kemikler

Seramiin 3 Temel Kategorisi1. Geleneksel Seramikler mlekler, tulalar, yaygn olarak kullanlan andrclar ve imento gibi kil rnleri2. Yeni seramikler daha ok oksit ve kalsiyum karbr vs. bazl gelitirilmi seramiklerdir. Geleneksel seramiklere gre mekanik ve fiziksel olarak daha stn zelliklere sahiptirler3. Camlar silis bazldrlar ve kristal olmayan yaplaryla ayrlrlar. Ayrca, cam seramikler l ilem sayesinde byk lde kristal yapya dntrlebilirler

Seramiklerin Sertlik zellikleri Teorik olarak seramiklerin dayankll metallerden daha fazla olmaldr nk kovalent ve iyonik ba tipleri metalik badan daha kuvvetlidir. Fakat metalik bada yksek gerilime maruz kalndnda plastik deformasyona sebep olan kaymaya izin veren temel mekanizma vardr Seramik balar ise daha katdr ve gerilim altnda esnemeye izin vermez Kayma konusundaki bu yetersizlii yznden seramiklerde gerilimi emmek ok daha fazla zor olmaktadr.

Seramiklerin Basn Kuvveti Seramik malzemelerin gerilme kuvvetini snrlandran zayflklar basnl gerilimlerde nerdeyse hi etkili deillerdir. Seramikler basnta gerilmeye gre olduka kuvvetlidir. Bu yzden mhendislik ve yap uygulamalarnda tasarmclar seramik bileenleri gerilme veya bklmeden ok basnta kullanrlar

Seramiklerin Fiziksel zellikleri Younluk genel olarak seramikler metallerden hafif polimerlerden ardr. Erime scaklklar ou metalden yksektir Baz seramikler erimeden ayrrlar Elektriksel ve Termal iletkenlik metallerden dktr, ama sra deerleri byktr bu yzden baz seramikler iletken bazlar yaltkandr Termal Genileme metallerden biraz daha azdr fakat krlganlktan dolay etkileri daha zararldr.

Geleneksel Seramiklerin HammaddeleriSeramik Hammaddeleri KL Kil, Hidra alminyum silikatlarn saf molekllerinden olumutur. En yaygn killer Kalonit minerali (Al2Si2O5(OH)4) bazldr. Su ile kartrlnca kil plastikleir. Yksek scaklkta stldnda sert ve youn bir malzemeye dnr Bu yzden kile ancak slak ve yumuakken ekil verilebilir daha sonra stlarak son rn oluturulurSeramik Hammaddeleri SLS Doada eitli formlarda bulunmaktadr, en nemlisi kuvarstr. Kuvarsn ana kayna kumtadr Maliyeti dktr ; ayrca dayankldr ve kimyasal olarak kararldr Camda ana bileendir ve dier seramik rnlerinde de nemli bir malzemedirSeramik Hammaddeleri ALMN Boksit bir ok almin bu mineralin ilenmesiyle oluur. Alminyum cevheri olarak da bilinen bu madde hidra alminyum oksit, alminyum hidroksit ve demir yada manganez benzeri maddelerin karmlardr Boksit ayrca metalik alminyumun ana kaynadr. Korindon byk miktarda almin ieren Al2O3 n daha saf fakat daha az rastlanan bir trdr Seramik almini bir andrc olarak dilileri bilemede ve sya dayankl tula olarak frnlarda kullanlr

Geleneksel Seramik rnleri Toprak kaplar ve sofra takmlar Tula ve kiremit Refraktrler Ayrtrclar

CAM MALZEMELERFiziksel zelliklerSaydamlk geen n gelen a oran olup camlarda K= % 80 - % 98dir. Bu nedenle cam, en saydam plastikten daha yksek bir saydamla sahiptir. Krma indisi, dorudan camn younluu ile ilgilidir. Normal camda 1.52 olan krma indisi kristal camda 1.60dr.Yumuama scakl 500-600 0C arasnda bulunmaktadr CAM MALZEMELERMekanik zelliklerCam malzemelere ilikin olarak basn dayanm, ekme dayanm, elastisite modl ve Poisson oran gibi zellikler nemlidir. Cam krlgan gevrek trde bir malzeme olup darbeye ve ekil deiimlerine dayankl deildir. Buna karlk basn dayanm olduka yksektir. Cam gibi krlgan maddelerin basn ve ekme dayanmlar arasnda byk fark vardr. Bu fark cam malzemede yaklak 20 katna ular. Cam cisimlerin dayankll ekme dayanm ile belirlenmektedir. Camn ekme dayanm 20-90 MPa, basn dayanm ise 500-900 MPa arasnda deimektedir. Cam anmaya dayankl bir malzemedir. Camn elastisite modl 45000-100000 MPadr. Poisson oran ise 0.22dir. Maddenin bir hali olduu gibi bir seramik trdr Maddenin bir hali terimi kat bir malzemenin dzensiz(kristal olmayan) yapsn ifade etmektedir Cams durum bir malzemede erimi kristal yapnn ekillendirilmek iin soutulmas srasnda oluur Bir seramik tr olarak cam inorganik ve ametal bir bileiktir (yada karmdr) ve kat hale kristallemeden geer

Cam yapmnda neden ok miktarda SiO2 kullanlr? nk SiO2 en iyi cam ekillendiricidir Silis cam rnlerinde ana bileendir, genellikle toplam kimyann %50 si ile %75 ini oluturur Silis sv halden soutularak kat hale geerken doal olarak cama dnr, dier birok seramik ise kat kristallendirme gerektirirCam yapmnda kullanlan dier malzemeler Sodyum oksit (Na2O), kalsiyum oksit (CaO), alminyum oksit(Al2O3), magnezyum oksit (MgO), potasyum oksit (K2O), kurun oksit (PbO) ve bor oksit (B2O3) Fonksiyonlar: Istldnda akkanlar lem srecinde erimi camda akkanl arttr Asitlere, suya ve dier maddelere kar kimyasal drenci arttr Renk ekle Optik uygulamalar iin krlma indeksini deitir

Cam rnleri Pencere cam Kaplar kavanozlar, fincanlar, ieler Ampuller Laboratuar zcaciyesi cam tpler, deney ieleri ,kk ieler Cam fiberler izolasyon, fiber optikler Optik camlar lensler

CamSeramiklerSeramik bir malzeme camn sl ilemde ok kristalli yapya dntrlmesiyle elde edilir Kristal faz sras oran : %90 la %98 arasnda evrilmemi cams madde olarak kalmaktadr Tanecik yaps : genellikle 0.1 1.0 m (4 ve 40 in), arasnda geleneksel seramiklere gre ok daha kktrler Bu saf kristal yap camseramikleri dier camlara gre daha kuvvetli klar Ayrca kristal yaplar yznden camseramikler ak renkli deil mattr(genellikle gri yada beyaz)

Seramikle ilgili ElementlerKarbon Mhendislik ve ticari nemin iki alternatif formu :Grafit ve Elmas Silikon(silisyum) Bor Karbon, silisyum ve bor seramik malzeme deildir fakat bazen : Seramik uygulamalarnda kullanlrlar Kendi nemli uygulamalar vardrGrafitTabakalarn formunda kristal,Cin yksek bir ieriiyle karbondan olutur Katmanlardaki atomlar arasndaki balar kovalenttir ve bu yzden gldr fakat katmanlar birbirine zayf van der Waals kuvvetiyle baldr Bu yap grafiti anizotropik yapar, kuvvet ve dier zellikler yne bal olarak deiir Toz halinde iken yalayc maddedir fakat geleneksel kat formda refraktrdr Grafit fiber ekline getirildiinde kuvvetli yap malzemesine dnrElmasKbik kristal yapda kovalent bal atomlardan oluan karbondur Bu yap yksek sertlik salar Endstriyel uygulamalar : kesici takmlar, makineler iin dili bileyicileri, krlgan malzemeler yada ar andrc malzemeler Endstriyel ve suni elmaslar 1950 lerden bu yana ok yksek basn altnda grafitin 3000C (5400F) civarnda stlmasyla retilmektedir

Seramikle ilgili ElementlerSilisyum(silikon)Periyodik tabloda karbonla ayn grupta bulunan bir yar metaldir Yer krede en bol bulunan elementtir. Yer kabuunun arlka 26% sn oluturur Kimyasal bileik olarak sadece doada bulunur kayalarda,kumda,kilde,toprakta ya silikon dioksit eklinde yada daha karmak silikat bileenleri eklinde zellikleri : sert,krlgan,hafif,oda scaklnda kimyasal olarak inaktif ve yar iletkendir Silikonun nemi ve Uygulamalar malatta en ok seramik bileikleri (SiO2 camda ve silikat kilde) ve alamlar;alminyum,bakr,elik kullanlr Ayrca metalrjik ilemlerde indirgen faktr olarak kullanlrlar Elektronik imalatta saf silikonun temel yar iletken madde olarak nemli teknolojik nemi vardr Gnmzde entegre devrelerin ok nemli bir ksm silikondan retilmektedirBorPeriyodik tabloda alminyumla ayn grupta bulunan bir yar metaldir Yer kabuunun arlka sadece % 0.001 kadarn oluturur genellikle mineral eklinde bulunur; boraks(Na2B4O7 10H2O) ve kernit (Na2B4O74H2O) zellikleri :hafif,yariletken ve fiber formda ok kat(yksek esneklik katsays) Uygulamalar: B2O3 camda, nitrit olarak (cBN) kesici aletlerde ve nerdeyse saf formda fiber olarak polimer matris bileiklerde kullanlr.

POLMERLERPolimer: Her biri birbirine bal tekrarl birimlerden oluan uzun zincir moleklleri ieren bir bileimdir. Bir tek polimer moleklnde binlerce hatta milyonlarca birim bulunabilir. Polimer kelimesi Yunancada ok anlamna gelen poly ve paral anlamna gelen meros (ksaltmas mer) kelimelerinden olumaktadr. ou polimerlerin temeli karbona dayanr ve o yzden organik kimyasallar dikkate alnmaldr.

Polimer eitleri Polimerler plastikler ve kauuklar olarak ayrlabilir. Mhendislik malzemeleri gibi onlar da aadaki 3 kategoriye ayrmak uygundur;1. Termoplastik polimerler2. Termoset polimerler3. Elastomerler(1) ve (2) plastik (3) kauuktur.

Termoplastik Polimerler-Termoplastikler (TP) Oda scaklnda katdrlar fakat yalnzca birka yz derece stldklarnda yapkan akkanlardr. Bu zellikler onlarn kolaylkla ve ekonomik olarak rne dnmelerine izin verir. nemli bozulmalar olmadan tekrar tekrar soutma ve stma dnglerine maruz braklabilirler. Termoplastikler gibi tekrar tekrar snma dnglerine dayanamazlar. lk stldnda, kalp yapma iin yumuar ve akar.Fakat ykseltilmi scaklklar bir de bir kimyasal reaksiyon retmek malzemeyi ergimeyen bir kat maddeye katlatrr.Eer tekrar stlrsa termosetler bozunur ve yumuamaktan ok kmrleir.ElastomerlerPolimerler olduka dk gerilime maruz brakldklarnda ar elastik uzama gsterirler. Kauuk olarak da bilinirler. Baz elastomerler 10 un bir faktr tarafndan uzatlabilirler ve yinede tamamen kendi orijinal ekillerine geri dnerler. zellikleri termosetlerden olduka farkl olduu halde, termoplastiklerden farkl benzer bir yapy paylarlar

Polimerlerin rnekleri Termoplastikler: Polietilen, polivinil klorid, polipropilen, polistiren ve naylon Termosetler:Fenolikler, epoksiler ve baz polyesterler. Elastomerler:Doal kauuk(vulkanize).Tonaj doal kauuunkini aan sentetik kauuk.Polimerler Neden nemlidir: Plastikler genellikle ilave bir ilem gerektirmeden kark para ekillerine kalpla girebilirler. ebeke eklindeki proseslerle ok uyumludur. Hacimsel temelde, polimerler:Metallerle fiyatta rekabeti Genellikle retmek iin metallerden daha az enerji gerektirir. Baz plastikler onlar baz uygulamalarda cam ile rakip yapacak ekilde yar saydam ve/veya saydamdr.

Polimerlerin Genel zellikleri Metal ve seramiklere gre dk bal younluk Baz polimerler iin iyi yke dayanm oran Yksek anma dayanm Dk elektrik ve s iletimiMhendislik Malzemeleri Olarak Polimerlerin Kstlamalar Metal ve seramiklere gre dk bal dayanm Dk esneklik katsays (sertlik) leme scaklklar yalnzca birka yz derece ile snrldr. Viskoelastik zellikleri yk tama uygulamalarnda belirgin bir snrlama olabilir Baz polimerler gne nlarna ve dier nm ekillerine maruz kaldnda bozunurlar.

KATKI MADDELER Bir polimerin zellikleri , katk malzemeleri katlarak , yararl bir ekilde deiir. Katk maddeleri ya molekler yapy deitirir ya da kinci bir faz ekler , sonu olarak polimeri kompozit malzemeye dntrr.FONKSYONLARINA GRE KATKI MADDELERNN TRLER Doldurucu Polimerin dayanklln arttrr ya da maliyeti drr. Plastizerler Polimeri yumuatr ve akkanl arttrr. Renklendirici Boya maddesi ya da boyalar Yalayclar Srtnmeyi azaltr ve akkanl arttrr Alev nleyici Polimerlerin kolay tutumasn azaltr apraz balantl etmen Termosetler ve elastomerler iin Ultraviole k emicileri Gne nn zararl etkilerini azaltr. Antioksidanlar Oksitlenmenin zararlarn azaltr

TERMOPLASTK POLMERLER (TP) Bir termoplastik polimer , kat halden stlarak ,viskozitesi yksek bir svya dnr. Sonra tekrar soutularak kat hale geri dner. Bu stma ve soutma dngs , polimerin kalitesini bozmadan pek ok defa tekrar edebilir. Termoplastik polimerlerin dorusal makromolekller iermesinin sebebi syla apraz balantl hale gelmemesidir. Termosetler ve plastomerlerin syla kimyasal yaplarnn deimesine tezat olarak ; termoplastik polimerlerin moleklleri apraz ba yapar ve srekli bu polimeri belirlerTERMOPLASTKLERN MEKANK ZELLKLER Dk elastisite modl (katlama) E , iki ya da sra byklk ile metallerden ve seramiklerden dktr. Dk gerilme kuvveti Gerilme kuvveti , metallerin %10 unu oluturur. Metallerden ya da seramiklerden ok dk sertlik Ortalamadan ok yksek sneklik Yksek orandaki deerler , polistren iin %1 uzamadan %500 uzamaya ya da polipropilen iin daha fazlasTERMOPLASTKLERN FZKSEL ZELLKLER Metaller ya da seramiklere oranla dk younluk Polimerler iin tipik zgl arlk 1.2 Seramiklerin zgl arl = 2.5 Metallerin zgl arl = 7.0 Termal genlemenin ok yksek katsays Aa yukar metallerin deerinin 5 kat ve seramiklerin deerinin 10 katdr ok dk erime scaklklar zgl slar metallere gre 2 kat ve seramiklere gre 4 kat fazladr Termal iletkenlikleri byklk olarak metallerden 3 kat azdr Elektriksel zelliklere kar yaltmldrlar

TERMOSETNG POLMERLER (TS) TS polimerleri , molekllerde apraz balantl , 3 boyutlu ve kovalent bal yap eklinde sralanr apraz balantyla birleen kimyasal reaksiyonlara balant ad verilir Sonu olarak biimsel blm (rnein elektrik dmesi rtcs , aydanlk sap ) byk makro molekllerden oluur Her zaman ekilsizdir ve geici cam scakl ortaya koymazTERMOSETLERN GENEL ZELLKLER VE KARAKTERSTKLER Sert elastisite modl termoplastiklerden 2 ila 3 kat daha byktr Kolay krlr , neredeyse sneklii yoktur Yaygn zenlerde termoplastiklere oranla daha az znrler Yksek servis scaklna termoplastiklerden daha yatkndr Erimezler Bunun yerine klrler ve yanarlarELASTOMERLERPolimerler dk gerilimle balantl konularda yksek elastik deformasyonlara meyillidir Bazlar %500 e ya da daha fazlasna eriir ve hareketsiz orijinal ekline geri dner ki kategoridedir:1. Doal lastik Biyolojik bitkilerden elde edilir2. Sentetik polimerler termoplastik ve termoseting polimerlerinde kullanlana benzeyen ve polimerizasyon proseslerinde retilen polimerlerdirELASTOMERLERN KARAKTERSTKLER Elastomerler uzun zincirli apraz balantl molekllerden oluur (termoseting polimerlerindeki gibi) Etkileyici elastik zelliklerini 2 etmene borludurlar:1. Molekller , gerilme olmakszn birbirine skca balanmtr2. apraz balanma derecesi termosetlerden ok daha azdr

TERMOPLASTK ELASTOMERLER (TPE)Bir termoplastik bir elastomer gibi davranr Elastomer zellikleri , kimyasal apraz balantdan gelmez , malzemedeki sert ve yumuak zelliklerin fiziksel balantsndan ileri gelir Konvensiyonel elastomerler , scaklk etkisiyle ve srtnme dirancinin ykselmesiyle ayrd edilemezler rnler : Ayakkablar, kauuk bantlar kablo kaplama dkm otomotiv paralar ,fakat d lastikler rnek tekil etmez