MALZEME BİLGİSİ
DERS 2
DR. FATİH AY
www.fatihay.net
[email protected]
DERSİN AMACI:
• Malzeme Biliminde temel kavramları tanıtmak
ÖĞRENECEKLERİNİZ:
• Malzeme yapısı
• Yapının özelliklere olan etkisi
• Malzemenin işlenmesinin yapıya etkisi
DERSİN ÖĞRENCİYE KATKISI:
• Malzemeyi uygun şekilde kullanmayı öğretmesi
• Malzemenin anlaşılması ile yeni tasarım fırsatlarının anlaşılması
BÖLÜM I -GİRİŞ
 MALZEME BİLİMİ NEDİR?
 NEDEN ÖĞRENMELİ (veya fikir sahibi olmalıyız?)
 MALZEMELERİN TOPLUMSAL ETKİLERİ




Taş Devri
Bronz (Tunç) Çağı
Demir Çağı
Şimdi?
 Silikon Devri?
 Polimer Çağı?
ÖRNEK – DİZ İMPLANTI
Yaşlanma veya bazı hastalıklarla eklemler bozulur. Özellikle aşırı yüklenenler (diz gibi)
ÖRNEK – DİZ İMPLANTI
ÖRNEK – DİZ İMPLANTI
ÖRNEK – DİZ İMPLANTI
Gereklilikler
 Mekanik dayanım (bir
çok tekrara dayanmalı)
 Kayganlık
 Biyouyumluluk
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Bilimi
Malzemelerin yapıları ile ilişkileri arasındaki
özelliklerin ortaya konması ile ilgilenir
Malzeme Mühendisliği
Yapı-özellik ilişkilerine dayanarak istenen bir
dizi özelliği kazandırmak üzere, malzeme
yapısının tasarlanması ve mühendisliğini yapar
Malzeme Mühendisliği
Malzeme Bilimi
Malzeme Bilimi
Malzeme Mühendisliği
YAPI: Malzemenin içinde bulunan bileşenlerin oluşturdukları düzendir.
YAPI
MikroYAPI
MakroYAPI
YAPI
Atom altı seviyesi
Her atomun elektronik yapısı atomlar arasındaki etkileşimi
tanımlar
Atomik seviye
Malzemelerdeki atom dizilimleri (Aynı atomların farklı
özellikleri olabilir. Örn. Karbonun iki formu: grafit ve elmas)
Mikroyapı
Malzemenin küçük sınırları mikroskoplarla tanımlanır.
Makroyapı
Yapısal elemanlar çıplak gözle görülebilir
MALZEME ÖZELLİKLERİ
 Mekanik
 Elektrik
Bir yük veya kuvvet
Isı Kapasitesi
Isı İletkenliği
Isı
Manyetik Geçirgenlik
Manyetik alan
 Optik
 Bozunma
Elektrik İletkenliği
Dielektrik Sabiti
Elektrik alan
 Isıl (Termal)
 Manyetik
Elastiklik Modülü
Dayanım
Tokluk
Kırılma İndisi
Yansıtma Oranı
Elektromanyetik
Kimyasal Etki
Korozyon Hızı
YAPI, İŞLEM VE ÖZELLİKLER
- İşlem yapıyı değiştirebilir
Örnek: Yapı ve çeliğin soğutulma
oranı
Sertlik (BHN)
- Özelliklerin yapıya bağlı değişimi
Örnek: Sertlik ve çeliğin yapısı
Soğutulma Oranı (ºC/s)
MALZEMELERİN SINIFLANDIRILMASI
SERAMİKLER
METALLER
o
o
o
o
o
o
Demir
Bakır
Alüminyum
Titanyum
Krom
Nikel
o
o
o
o
o
o
Oksitler
Karbürler
Nitrürler
Alümina
Silisyum Dioksit
Silisyum Karbür
POLİMERLER
o Polyetilen
o Polypropilen
o Polyvinilklorür
(PVC)
o Naylon
o Plastik
o DNA
KOMPOZİTLER
o
o
o
o
Cam Elyaf
Karbon Elyaf
Kemik
Ahşap
İLERİ MALZEMELER
o
o
o
o
Yarı iletkenler
Biyomalzemeler
Akıllı Malzemeler
Nanomalzemeler
METALLER:
- Dayanıklı ve sünek
- Yüksek ısıl ve elektriksel
iletkenliğe sahip
- Işığı geçirmez ve yansıtıcıdırlar
POLİMERLER: Kovalent Bağ  e’ların paylaşımı
- Yumuşak, sünek, düşük dayanımlı, düşük yoğunluklu
- Isıl ve elektriksel yalıtkan
- Optik olarak yarı geçirgen veya geçirgendirler
SERAMİKLER: İyonik Bağ Metal-Ametal
elementlerinin bileşikleri (Oksitler, karbidler, sülfidler,
nitridler)
- Kırılgan, camsı, elastik
- Yalıtkandırlar
KOMPOZİTLER : Polimer
matris içerisinde güçlendirici cam
fiber
YARIİLETKENLER: Bilgisayar çipleri için
Si wafer (alttaş)
AKILLI MALZEMELER:
NANOMALZEMELER VE NANOTEKNOLOJİ
Angstrom = 1Å = 1/10,000,000,000 metre = 10-10 m
Nanometre = 10 nm = 1/1,000,000,000 metre = 10-9 m
Mikrometre = 1μm = 1/1,000,000 metre = 10-6 m
Milimetre= 1mm = 1/1,000 metre = 10-3 m
NANOTEKNOLOJİ VİDEOLARI
http://www.youtube.com/watch?v=i4J6uC22Hwo
http://www.youtube.com/watch?v=7hZ5hinf9vo
http://www.youtube.com/watch?v=kHnen2nSmDY
http://www.youtube.com/watch?v=tY99KZMuG-k
MALZEME SEÇİM SÜRECİ
1- Yapılacak Uygulama Seçilir  Gerekli özelliklere karar verilir
Özellikler: mekanik, elektriksel, ısıl, manyetik, optik, bozulma
2- Özellikler  Aday malzemeye(lere) karar verilir
Malzeme: yapı, kompozisyon
3- Malzeme  Uygun işleme karar verilir
İşlem: Yapıyı ve tüm şekli değiştirir
Örnek: Kalıplama, sinterleme, buhar biriktirme, katkılı şekillendirme,
birleştirme, yaşlandırma
ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLER
Bakırın elektriksel direnci
• Bakıra safsızlık eklenmesi direnci arttırır
• Bakırın deforme edilmesi direnci arttırır
TERMAL (ISIL) ÖZELLİKLER
Bakırın termal iletkenliği
Çinko eklendiğinde düşer
MANYETİK ÖZELLİKLER
Manyetik Depolama
- Kayıt bölgesi manyetik kafa tarafından
manyetize edilir
Manyetik Geçirgenlik ve Kompozisyon
- %3 oranında atomic Si eklemek Fe’i daha iyi bir kayıt
ortamı haline getirir
OPTİK ÖZELLİKLER
Optik geçirgenlik:
Alüminyum oksit malzeme yapısına göre saydam, yarı saydam ve opak olabilir
Çoklu kristal: düşük
gözeneklilik
Tek kristal
Çoklu kristal: yüksek
gözeneklilik
BOZUNMA
Gerinme ve tuzlu su çatlaklara yol açar
Isıl işlem: Tuzlu suda çatlak hızını azaltır
MALZEME SEÇİM SÜRECİNİN ÖNEMİ
Farklı malzemelerin farklı
kristal yapılar gösterir
Kuvvet
http://www.youtube.com/watch?v=R5hfWSfAVfM
http://www.youtube.com/watch?v=Gc35pWEr5RA
TOPLUMSAL ETKİLER
TOPLUMSAL ETKİLER
İlk Elektrik Mühendisi
İlk Malzeme Mühendisi
TOPLUMSAL ETKİLER
İlk Çevre Mühendisi??
HAFTAYA ÖDEV
ÖĞRENİM ÇIKTILARI
1. Malzemenin kullanılabilirliğine (uygulanabilirliğine) karar veren altı özelliği
listeleyebilirsiniz.
2. Bir malzemenin yapısal elemanı dendiğinde ne anladığınızı anlatabilirsiniz? İki
adet yapısal eleman söyleyebilirsiniz.
3. Tasarım, üretim ve malzemenin kullanımı için gerekli dört bileşeni söyleyebilirsiniz.
4. Bu bileşenler hakkındaki ilişkiyi kısaca tarif edebilirsiniz. Malzeme seçim sürecinde
etkin olan üç kriter söyleyebilirsiniz.
5. Katı malzemelerde üç ana sınıflandırmayı söyleyebilirsiniz. Her birinin kimyasal
özellikleri hakkında bilgi verebilirsiniz.
6. Diğer malzeme sınıflandırmayı söyleyerek özelliklerinden bahsedebilirsiniz..
2. DERSİN SONU
Download

MALZEME BİLGİSİ - Yrd.Doç.Dr.Fatih AY