Malzeme: Tanımlama ve Seçim
Tanım:
“ Malzeme <Ar.> kendisinden her türlü nesne (obje) oluşturulabilen, ahşap, metal, deri,
Çev: Wahrig Deutsches Wörterbuch, Wissen Media Verlag 2002
taş gibi katı maddeler”
Malzeme Seçimi:
“ Parçaların özellikleri malzeme seçiminde belirleyici bir rol oynar. Özelliklerin optimizasyonunda ise şu hususlara
dikkat edilmelidir: parçanın nihai özellikleri üretim sırasında belirlenen malzeme özelliklerine, yarı-mamül ve
nihai-mamül aşamalarındaki imalat yöntemlerince (şekillendirme, ayırma, birleştirme, kaplama, özellik
değiştirme v.b.) meydana gelen istenen veya istenmeyen özellik değişimlerine, yapısal dizayn sırasında malzeme
özelliklerinin etkilenmesine (harici gerilim sistemi) ve ayrıca üretim- ve yüklenme-nedenli kalıntı gerilmelere
(dahili gerilim sistemi) bağlı olarak değişir.
Malzeme seçimi için bahsedilen bu kriterlerin yanısıra enerji ve hammadde tarafında artış gösteren yetersizlik
(kıtlık) eğilimleri de diğer belirleyici kriterler olabilir, örneğin geliştirilmiş korozyon ve aşınma dayanımı ile
ürünlerin kullanım ömürlerinin artması, çok miktarda üretilen ürünler için kullanılan malzeme ve bileşen
parçalarının geri kazanılması ve ayrıca enerji tasarrufu sağlayan malzeme üretim ve imalat proseslerinin tercih
edilir olması gibi. Dolayısıyla günümüzde çevrenin korunması ve iş güvenliği gibi kavramlar artan şekilde önem
kazanmaktadır. ”
Çev: W. Beitz, K.-H. Küttner: Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 18. Aufl., Springer 1995
Malzeme Gruplarının Ayrımı
Metalik Malzemeler
►
►
►
Demir esaslı metaller
Demir-dışı metaller
Toz metalurjik (T/M) malzemeler
Organik Malzemeler
►
►
Doğal organik malzemeler (ör: ahşap)
Sentetik organik malzemeler:
Polimerler
Metallerin başlıca özellikleri:
•
•
•
•
•
•
Tanım:
Kristalin yapı
Metalik parlaklık/görünüm
Mukavemet, Şekillendirilebilirlik, Sertleşme potans.
Elektriksel ve ısıl iletkenlik
Uygun asit ve tuz çözeltilerinde çözünme
Sulu metal-tuzu çözeltilerinde katyonlar verme
İnorganik-metalik olmayan
Malzemeler
Doğal
mineral
malzemeler
Polimerler, doğal hammaddelerden sentetik olarak veya
dönüştürme esasısyla elde edilen makromoleküler
(organik) maddelerdir ve belirli şartlar altında plastik
olarak şekillendirilirler.
Sınıflandırma:
• Polimerizasyon
• Termoplastikler
• Polikondenzasyon
• Termosetler (Duroplastikler)
• Katılmalı polimerizasyon
• Organik yüksek polimerlerden • Elastomerler (Elastikler)
• Akışkan plastikler (Fluidoplastikler)
türetilenler
Üretime göre
Şekillendirme davranışına göre
Tek-kristal
malzemeler
Camlar
Seramikler
Beton
Fiberli (elyaf) malzemeler
Kompozitler
(Matris+Takviye Fazı)
Periyodik Tablo - Elementler
Malzeme Üretim Yöntem ve Süreçleri
Yrd. Doç. Dr. Enbiya Türedi
DIN 8580 Standardına Göre İmalat Yöntemleri
DIN 8580 “İmalat Yöntemleri” (Standart DIN 8580:2003-09) mühendislikte imalat yöntemlerinin genel bir şemasını
aşağıda verildiği şekilde sunmaktadır (Tablo 1: Ana grupların temel karakteristikleri):
Şekil oluşturmak
Bütünlük oluşturmak Bütünü tamamlamak
Temel grup 1
Ana şekillendirme
Malzeme özelliğini
değiştirmek
Şekil değiştirmek
Temel grup 2
Şekil değiştirme
Bütünü azaltmak
Temel grup 3
Ayırma
Bütünü artırmak
Temel grup 4
Ekleme/Birleştirme
Temel grup 5
Kaplama
Temel grup 6
Özellik değiştirme
1-6 arasıdanki temel gruplar ayrıca grup ve alt gruplara ayrılmıştır. Örneğin ana şekillendirme:
Temel grup
1. Ana
şekillendirme
Gruplar
Alt gruplar
1.1 Akışkan durumdan şekillendirme
1.1.1 Döküm
1.2 Plastik durumdan şekillendirme
1.2.2 Enjeksiyon kalıplama
1.3 Hamur durumdan şekillendirme
1.2.4 Ekstrüzyon
1.4 Tane veya toz durumundan şekillendirme
1.3.2 Slip (çamur) döküm
1.5 Kırpıntı veya fiber durumundan şekillendirme
1.4.3 Termal püskürtme ile
şekillendirme
1.8 Gaz veya buhar durumundan şekillendirme
1.9 İyon durumundan şekillendirme
1.8.1 Fiziksel buhar fazından
çöktürme (PVD)
Not: Ana şekillendirme grubunda -kaplamanın aksine- kaynaklama ve lehimleme açısından uygulama söz konusu
olmadığı için 1.6 ve 1.7 nolu grup numaraları boş geçilmiştir.
DIN 8580 Standardına Göre İmalat Yöntemleri
DIN 8580 “İmalat Yöntemleri” (Standart DIN 8580:2003-09) mühendislikte imalat yöntemlerinin genel bir şemasını
aşağıda verildiği şekilde sunmaktadır (Tablo 1: Ana grupların temel karakteristikleri):
Şekil oluşturmak
Bütünlük oluşturmak Bütünü tamamlamak
Temel grup 1
Ana şekillendirme
2. Şekil
değiştirme
3. Ayırma
Malzeme özelliğini
değiştirmek
Şekil değiştirmek
Temel grup 2
Şekil değiştirme
Bütünü azaltmak
Temel grup 3
Ayırma
Bütünü artırmak
Temel grup 4
Ekleme/Birleştirme
Temel grup 5
Kaplama
Temel grup 6
Özellik değiştirme
2.1 Basma ile şekil değiştirme
2.1.1 Haddeleme
2.2 Çekme ve basma kombinasyonuyla şekil değiştirme
2.1.3 Kalıpta şekillendirme
2.3 Çekme ile şekil değiştirme
2.1.5 Ekstrüzyon
2.4 Eğme ile şekil değiştirme
2.2.2 Derin çekme
2.5 Kayma ile şekil değiştirme
2.3.1 Gererek şekillendirme
3.1 Bölme
3.2.1 Tornalama
3.2 Geometrik olarak belirli bir talaş kaldırma
3.2.2 Delme
3.3 Geometrik olarak belirsiz bir talaş kaldırma
3.2.3 Frezeleme
3.4 Kaldırma/çıkarma/oyma
3.3.2 Zımparalama
3.5 Sökme
3.3.3 Honlama
3.6 Temizleme
3.3.4 Lepleme
DIN 8580 Standardına Göre İmalat Yöntemleri
DIN 8580 “İmalat Yöntemleri” (Standart DIN 8580:2003-09) mühendislikte imalat yöntemlerinin genel bir şemasını
aşağıda verildiği şekilde sunmaktadır (Tablo 1: Ana grupların temel karakteristikleri):
Şekil oluşturmak
Bütünlük oluşturmak Bütünü tamamlamak
Temel grup 1
Ana şekillendirme
4. Ekleme /
Birleştirme
Temel grup 2
Şekil değiştirme
Bütünü azaltmak
Temel grup 3
Ayırma
4.1 Montaj
4.2 Doldurma
4.3 Mekanik olarak birleştirme
.
.
.
4.8 Kaynakla birleştirme
5. Kaplama
Malzeme özelliğini
değiştirmek
Şekil değiştirmek
5.1 Boyama, Vernikleme
5.2 Emaye kaplama, Sırlama
5.3 Elektrostatik kaplama
5.4 Termal püskürtme ile kaplama
.
.
.
5.9 Galvanik kaplama, Kimyasal kaplama
Bütünü artırmak
Temel grup 4
Ekleme/Birleştirme
Temel grup 5
Kaplama
Temel grup 6
Özellik değiştirme
6. Özellik
değiştirme
6.1 Şekil değişimi ile sertleşme
ör: Haddeleme, çekme, dövme, vs.
6.2 Isıl işlem
ör: Tavlama, suverme, izo. dönüşüm, vs.
6.3 Termomekanik işlem
6.4 Sinterleme ve Pişirme
6.5 Manyetikleştirme
6.6 Işınlama (Radyasyon)
6.7 Fotokimyasal yöntemler
Malzeme Üretim Teknikleri (ÜSD)
2011-2012 Bahar YY
Yrd. Doç. Dr. Enbiya Türedi
SERAMİKLER / CERAMICS / KERAMIK
Seramik: bir metal (yarı-metal) ve bir ametalden oluşan inorganik bileşen
“Seramik malzemeler inorganik ve metalik olmayan malzemelerdir. Kural olarak oda
sıcaklığında ham haldeki bir karışımdan şekillendirilir ve yüksek sıcaklıklardaki bir
sinterleme işlemi ile tipik malzeme özelliklerine ulaşırlar.” (DIN V ENV 12212)
Köken:
keramos (pişmiş kilden yapılan eşyalar, Yunanca’dan)
Örnek:
silika (SiO2)  çoğu cam ürünün temel bileşeni
alumina (Al2O3)  abraziflerden suni (yapay) kemiklere / diş protezlerine …
kaolen (Al2Si2O5(OH)4)  çoğu kil ürünün temel bileşeni
SERAMİKLER / CERAMICS / KERAMIK
Dikkat:
seramik bileşenleri meydana getiren elementler dünya kabuğunda bolca bulunur…
Özellik:
yüksek sertlik
iyi elektriksel ve ısıl izolasyon
kimyasal olarak stabil (kararlı)
yüksek ergime sıcaklıkları
saydamlık (bazı seramikler): camlar
kırılganlık ve yetersiz süneklik: proses ve kullanım kısıtlaması
Sıvı metal döküm
Saydam / yarı-saydam alumina
Seramiklerin dezavantajı: kırılganlık
SERAMİKLER / CERAMICS / KERAMIK
Seramik ürün grupları:
• kil esaslı inşaat ürünleri (tuğla, toprak künk, kiremit vs.)
• refrakter seramikler (fırın duvarları, ateş tuğlası, potalar, kalıplar)
• betonda kullanılan çimento (beton kompozittir, bileşenleri seramik)
• beyaz seramik eşyalar (çanak-çömlek, porselen vs.)
• camlar (şişeler, bardaklar, mercekler, pencereler, ampuller)
• cam fiberler (izolasyon yünü, takviyeli plastikler (fiberglas), fiber optik kablolar)
• abrazif aşındırıcılar (alüminyum oksit ve silisyum karbür)
• kesici takımlar (tungsten karbür, alüminyum oksit ve kübik bor nitrür)
• seramik izolatörler (elektrik iletim hatları, bujiler, devre kartları)
• manyetik seramikler (bilgisayar bellekleri)
• nükleer yakıtlar (uranyum oksit, UO2)
• biyoseramikler (yapay diş ve kemik protezleri)
Ergitme potası
İzolasyon yünü
Cam fiber ürünler
Alumina aşındırıcı
cBN kesici takımlar
SERAMİKLER / CERAMICS / KERAMIK
Sınıflandırma:
(1) geleneksel seramikler:
çanak-çömlek, tuğla gibi kil esaslı ürünler, genel abrazifler,
çimento
(2) ileri teknoloji seramikleri: silikat olmayan ve yeni geliştirilmiş oksitler, karbürler,
nitrürler (üstün mekanik özelliklere sahip yeni seramikler)
(3) camlar:
silika esaslı kristalin olmayan (amorf) yapılar
(4) cam-seramikler:
ısıl işlemle büyük oranda kristalin yapıya dönüştürülmüş
camlar
Geleneksel seramikler
Alman Parlamento (Reichstag)
binasının cam kubbesi
İleri teknoloji seramikleri
Cam-seramik teleskop yansıtıcısı
SERAMİKLERİN YAPI ve ÖZELLİKLERİ
Bağ yapısı:
kovalan ve iyonik (yüksek sertlik ve rijitlik, ama düşük süneklik)
(yüksek sıcaklık dayanımı, ergime/ayrışma)
iletkenlik: metaller  iyi (serbest elektrn.), seramikler  kötü
Yapı:
kristalin (istisna: camlar ve cam-seramikler)
daha karmaşık (farklı atom boyutları, farklı iyon değerlikleri)
tek kristal/çok kristalli yapı (tane boyutu  mek.öz. etkiliyor)
amorf yapılar  camlar (erimiş silis + diğer oksitler)
MEKANİK ÖZELLİKLER
Tipik özellikler:
rijit ve kırılgan (kusursuz elastik davranış)
sertlik ve e-modül (metallerden daha yüksek  Tablo 7.2)
rijitlik ve sertlik (ileri teknoloji seramikleri >> geleneksel seramikler ve camlar)
Mukavemet:
seramikler teoride daha iyi olmalı (atomik bağ yapısı nedeniyle)
ancak  metallerin kristal kafesinde kayma (slip) özelliği var!!
Yüksek gerilme:
metalde  plastik deformasyon (kayma düzlemleri)
seramikte  gevrek kırılma (rijit bağ yapısı, yapı içi hatalara aşırı duyarlılık)
MEKANİK ve FİZİKSEL ÖZELLİKLER
İyileştirmeler:
(seramiklerde
mukavemet
artırma)
(1) başlangıç hammaddeleri daha üniform yapmak
(2) tane boyutunu küçültmek (polikristalin seramikler için)
(3) gözenekleri azaltmak
(4) yüzeyde basma gerilmeleri oluşturmak (sırlama ile)
(5) fiber (elyaf) takviyesi kullanmak
(6) ısıl işlem uygulamak (alumina, plast. def. altında soğutma)
FİZİKSEL ÖZELLİKLER
Yoğunluk:
polimerler > seramikler > metaller
Ergime sıcaklığı:
polimerler > metaller > seramikler (ergime/ayrışma)
Elektrik ve ısıl
iletkenlik:
seramiklerde genelde düşük (izolatör olarak kullanım)
(metaller  iletken olarak kullanım)
Isıl genleşme:
seramiklerde genelde düşük (ancak yine de çok hassas)
Soru: Mutfakta yemekleri neden seramik tencerede pişiremeyiz/ısıtamayız?
(termal şok ve termal çatlaklar seramiklerde dikkat edilmesi gereken hususlar)
İstisna: bazı camlar ve cam-seramikler  çok düşük ısıl genleşme öz.
Uygulamalar:
ısıya dayanıklı cam kap (Pyrex, Borcam)
teleskop yansıtıcısı (Zerodur)
GELENEKSEL SERAMİKLER
Temel gruplar:
mineral silikatlar, silis (silika) ve mineral oksitler
Temel ürünler:
pişmiş kil (çanak-çömlek, tuğla, karo), çimento, doğal abrazifler (alumina)
ayrım: camlar (silikat seramik ama amorf)
Tarihsel gelişim:
pişmiş kil ürünleri  Orta-doğu 10.000 yıl öncesi
toprak ürünler  Eski Mısır’da M.Ö. 4000’lerde ticari ürün
porselen  ortaya çıkış Çin 9.YY
HAMMADDELER
Kil:
temel hammadde, sulu (hidrate) alüminyum silikatlar, ör: kaolen (Al2Si2O5(OH)4)
en önemli özelliği  suyla karıştırıldığında şekil alabilen, kalıplanabilen plastik bir kıvam
 yüksek sıcaklıkta (pişirme / firing) yoğun, mukavim bir malzemeye dönüşür
Silis (silika):
bir diğer temel hammadde (cam, beyaz pişen ürünler, refrakterler ve abrazifler),
doğada kuvars/quartz (kumtaşı)  bol ve ucuz, sert ve kararlı
Feldispat (feldspar):
doğal hammadde (P, Na, Ca veya Ba içeren aluminyum silikatlı mineraller)  KAlSi3O8
kil + silis + feldispat  dayanıklı toprak ürünleri, porselenler
Alumina:
korund (mineral) veya boksit (cevher), renkli saf olmayan korund: safir ve yakut,
uygulama  taşlama disklerinde abrazif aşındırıcı, fırınlarda refrakter tuğla
Silisyum karbür:
doğada mineral olarak bulunmaz (istisna: göktaşları), silisin kömürle 2200°C’de
reaksiyonu ile üretilir, uygulama  abrazif aşındırıcı olarak kullanılır
GELENEKSEL SERAMİK ÜRÜNLER
Çömlekler ve
sofra takımları:
dayanıklı ve dayanıksız toprak ürünler, porselenler
hammaddeler  kil ve diğer mineraller (silis, feldispat)
Tuğla ve çini (karo): İnşaat tuğlası, toprak künk, kiremit, drenaj ürünleri
silisli ve çakıllı ucuz kil hammaddeler  presleme + pişirme (düşük T)
Refrakterler:
tuğla şeklinde fırınlarda ve potalarda (yüksek sıc. direnci, ısıl izolasyon,
kimyasal kararlılık), bileşenler  alumina + silis ve diğerleri (MgO ve CaO)
Abrazif
aşındırıcılar:
taşlama diskleri ve zımpara kağıdı (alumina ve silisyum karbür)
SiC  2600 HV, Al2O3  2200 HV
YENİ (İLERİ TEKNOLOJİ / MÜHENDİSLİK) SERAMİKLER(İ)
Yeni seramikler:
(1) sentetik olarak geliştirilen mühendislik seramikleri
(2) proses tekniklerinde gelişmeler  yapı ve özelliklerin dizayn edilmesi
aluminyum silikatlar yerine  oksitler, karbürler, nitrürler ve borürler
Oksit seramikler:
en önemlisi alumina (fark: safiyet ve partikül boyutu),
optimize edilmiş proses  daha iyi mukavemet ve tokluk, sıcak sertlik, düşük
ısıl genleşme ve yüksek korozyon direnci
Uygulamalar: aşındırıcı (taşlama diski), biyoseramikler (yapay kemik ve diş
protezleri), elektrik izolasyonu, elektronik bileşenler, camlarda alaşımlama
bileşeni, refrakter tuğla, kesici takım uçları, buji kovanı vs. mühendislik uyg.
Karbürler:
SiC, WC, TiC, TaC ve Cr3C2; SiC hariç metalik matris (Co/Ni)  cermet
SiC  abrazif, rezistans ısıtıcı, çelik yapımında katkı, pota, teleskop aynası
WC, TiC ve TaC  yüksek sertlik ve aşınma direnci, kesici takımlar vs.
Cr3C2  kimyasal kararlılık ve oksidasyon direnci gerektiren uyg.
Nitrürler:
Si3N4, BN ve TiN; sert ve kırılgan, karbürlerden daha düşük Terg.
Si3N4  yüksek sıc. uyg.; Tox. 1200°C, Tdecomp. 1900°C; düşük ısıl genlş., ısıl şok
ve sürünme direnci, korozyon day.,  gaz türbini, roket motoru, ergitme potası
BN  hBN (yağlayıcı), cBN (kesici takımlar, aşındırıcı diskler, çeliklere uygun)
TiN  yük. sertlik, aşınma direnci, düş. sürtünme k., el. iletken, PVD kaplama
Sialon  Si4Al2O2N6 (Si3N4 gibi + oxidas. direnci); kesici takım, yük. sıc. uyg.
CAMLAR
Cam:
hal olarak  amorf, kristalin olmayan katı madde
seramik olarak  inorganik ve kristalleşmeden katı duruma soğuyan metalik
olmayan bileşen(ler karışımı)
Kimyası
ve özellikleri:
temel bileşen  silis (silika); doğada kristalin  ergitme + hızlı soğutma
%50-75 arası katılır (en iyi cam oluşturucu) + diğer oksitler (bkz. Tab. 7.4)
diğer oksitler  (1) flaks (eritici) fonksiyonu, (2) eriyiğin akışkanlığını artırma,
(3) kristalleşmeyi geciktirme, (4) ısıl genleşmeyi azaltma, (5) kimyasal
kararlılığı artırma, (6) renklendirme ve (7) kırılma indisini değiştirme (optik)
CAM ÜRÜNLERİ
Pencere camı:
(1) soda-kireç camı (1800’ler, üfleme)  soda (Na2O)+kireç (CaO)+silis (SiO2)
(2) pencere camı (modern)  yakın bileşim + MgO (devitrifikasyon)
Cam kaplar:
modern yöntemler  daha hızlı soğutma (kireç daha az önemde)
kimyasal kararlılık, cam şişe ve benzer cam kaplar
Ampul camı:
ampul ve diğer ince cam ürünler (kadehler vs.)  soda yüksek, kireç düşük
seri üretim, hammaddeler ucuz, sürekli ergitme fırını kullanımı
Laboratuvar
gereçleri:
kimyasallara dayanıklılık (beher, cam tüp vs.) ve ısıl şok direnci  yüksek silika
B2O3 katkısı  ısıl genleşme katsayısını düşürür
Cam fiberler:
Uygulamalar: kompozit takviyesi, izolasyon yünü, fiber optik kablolar
E-glass  en çok kullanılanı, ekonomik, iyi çekme mukavemeti
S-glass  daha yüksek mukavemet, daha pahalı
izolasyon yünü  soda-kireç-silis bileşiminden üretilir, çatı şiltesi vs.
fiber optik  iki katmanlı uzun cam fiber (içte yük. dışta düş. indisli katman)
Optik camlar:
gözlük, mercek ve optik parçalar (kamera, mikroskop, teleskop)
farklı kırılma indisli bileşimler  crown glass ve flint glass
crown glass  düşük kırılma indisi
flint glass  yüksek PbO katkısı ile yüksek kırılma indisi
CAM-SERAMİKLER
Cam-seramik:
ısıl işlemle camın polikristalin yapıya dönüştürülmesi (%90-98 kristalin)
renk opak (gri/beyaz), küçük tane boyutu (0,1-1,0 µm)  yük. mek. özellikler
Proses:
(1) ergitme ve şekillendirme (cam işleme), (2) soğutma, (3) ısıtma ve
çekirdeklenme (TiO2, P2O5 ve ZrO2), (4) ısıl işlem sıcak. çıkma ve büyüme
Avantajlar:
(1) camsı yapıda verimli prosesleme, (2) hassas boyut kontrolü ve (3) iyi
mekanik ve fiziksel özellikler
Özellikler:
yüksek mukavemet (camlara kıyasla), gözeneksiz yapı, düşük genleşme
katsayısı (uzay teleskobu aynası  Zerodur), ısıl şoklara yüksek direnç
Uygulamalar:
pişirme sistemleri (mutfak), ısı eşanjörleri ve füze radomları
MgO-Al2O3-SiO2  yüksek elektrik direnci, elektrik/elektronik uygulamaları
SERAMİKLERLE İLGİLİ ÖNEMLİ ELEMENTLER
Karbon:
(1) grafit  kristalin (hex.) tabakalar (kovalan/van der Waals), anizotropik,
toz grafit  katı yağlayıcı (tribolojik), bulk grafit  refrakter (pota, fırın don.),
fiber grafit  takviye malzemesi (yüksek mukavemet ve elastisite modülü)
(2) elmas  kübik kristalin kafeste kovalan bağlı karbon at. (çok yük. sertlik)
doğal elmas  10.000HV, yapay elmas  7.000HV; Uyg.: sert-kırılgan (seram.)
malz.  kesici takım, taşlama diski; oksidasyon direnci 650°C
Silisyum:
yarı-metal; yerkürede  %26; kimyasal bileşik (kaya, kum, kil ve toprakta)
kübik kristal k., sert ve kırılgan, hafif, kimyasal inaktif @RT, yarı-iletken
element olarak elektronikte, oksit ve silikat olarak seramik, cam ve metalürjide
Bor:
yarı-metal; yerkürede az (%0,001); doğada boraks ve kernit minerali; hafif ve
çok rijit (fiber); yarı-iletken öz.; endüstride daha çok bileşik halde  nikel
elektro kaplama (çözelti), camlarda (B2O3), kesici takımlarda (cBN),
kompozitlerde (bor fiber)
Malzeme Üretim Teknikleri (ÜSD)
2011-2012 Bahar YY
Yrd. Doç. Dr. Enbiya Türedi
Camlarda Parça Ürünlerin İmalatı
Cam üretim
aşamaları: 
1. Hammadde
hazırlık ve
ergitme
2. Şekillendirme
3. Isıl işlem
Şekillendirme Yöntemleri:
1) Savurma (spinning)  Fig. 12.2
2) Presleme  Fig. 12.3
Camlarda Parça Ürünlerin İmalatı
3) Üfleme (blowing)
4) Döküm
 Fig. 12.4 (bas ve üfle prosesi/press-and-blow process)
 Fig. 12.5 (çift üfleme prosesi/blow-and-blow process)
Camlarda Parça Ürünlerin İmalatı
3) Üfleme (blowing)
4) Döküm
 Fig. 12.4 (bas ve üfle prosesi/press-and-blow process)
 Fig. 12.5 (çift üfleme prosesi/blow-and-blow process)
Düz ve Silindirik Cam İmalatı
1) Düz cam plakanın haddelenmesi  Fig. 12.6
2) Yüzdürme prosesi
 Fig. 12.7
3) Cam tüplerin çekilmesi
 Fig. 12.8
Cam Fiberlerin Şekillendirilmesi
1) Santrifüjik püskürtme (centrifugal spraying)
2) Sürekli filaman çekme (drawing of continous filaments)  Fig. 12.9
Camların Isıl İşlemi ve Bitirme (Finishing)
Isıl işlemler:
1) Tavlama (annealing)  gerilim giderme (500°C)
2) Temperleme  camın tokluğunu artırma
Bitirme (finishing):
1) Taşlama
2) Parlatma
3) Kesme
Malzeme Üretim Teknikleri (ÜSD)
2011-2012 Bahar YY
Yrd. Doç. Dr. Enbiya Türedi
Seramikler
Geleneksel seramikler:
doğada bulunan minerallerden
(ör: çanak, çömlek, porselen, tuğla, çimento)
Yeni seramikler:
sentetik olarak üretilen hammaddelerden
(ör: kesici takımlar, yapay kemik, nükleer yakıt, elektronik devre kartı)
Ortak nokta:
başlangıç: toz
Üretim:
toz  karışım  şekillendirme  pişirme (sinterleme)  bitirme
Al2O3 (alumina) tozu
Al2O3 (alumina) refrakter ürünler
Seramikler
Geleneksel seramikler:
doğada bulunan minerallerden (temel bileşen: silikatlar)
(ör: çanak, çömlek, porselen, tuğla, çimento)
Üretim:
Fig. 17.1
Peki tozları nasıl elde ediyoruz ?  Hammadde hazırlama !!
Seramiklerde Hammadde Hazırlama
Geleneksel seramikler:
tozların öğütülmesi,
boyutlandırılması,
sınıflandırılması
Hammadde karıştırma:
tozların su ve diğer
katışkılarla
karıştırılması
(plastik kıvam
gereksinimi)
Geleneksel Seramiklerde Şekillendirme Yöntemleri
Plastik kıvam:
tozlar (kil) şekillendirme için plastik kıvamda olmalı  sulu karışım
Yöntemler:
kıvama göre dört farklı yöntem (Fig. 17.4)
% 25-40 su içeriği  slip döküm (kil çamur kıvamında akıcı)
% 15-25  plastik şekillendirme yöntemleri (kil plastik hamur gibi)
% 10-15  yarı-kuru presleme (kil yaş halde)
% 0-5  kuru presleme (kil kuru halde, plastik durum söz konusu değil)
Geleneksel Seramiklerde Şekillendirme Yöntemleri
Slip Döküm:
(slip casting)
sulu çamur kıvamındaki kil içerikli slip hazırlama
alçı (Paris plaster) kalıp gereksinimi (suyu emer)
kalıp cidarında tortu (birikim) oluşumu (Fig. 17.5)
kalıp şeklini alma ile şekillendirme
harici basınç uygulanmaksızın yüksek yoğunluk eldesi
içi boş parça üretim imkanı
Geleneksel Seramiklerde Şekillendirme Yöntemleri
Plastik şekillendirme:
(plastic forming)
 manuel yönt.:
plastik kıvamda karışım
 mekanize yönt.:
 savurmalı seramik döküm (jiggering, bkz. Fig. 17.6)
üç aşamalı: külçe yerleştirme, vurarak ön-şekillendirme ve savurma ile son.
sadece rotasyon simetrik parçalar
el yordamıyla şekillendirme (günümüzde sanatsal ve dekoratif amaçlı)
çömlekçi çarkı vs.
 plastik presleme
gözenekli kalıpta kil çamuru sıkıştırılır ve vakumlanır (suyu hızla emilir)
rotasyon simetrik olmayan parçalar da şekillendirilebilir
 ekstrüzyon
profil kesitli uzun seramik ürünler (boşluklu tuğla, drenaj borusu vs.)
Geleneksel Seramiklerde Şekillendirme Yöntemleri
Yarı-kuru presleme:
(semi-dry pressing)
az nemli toz yığını kalıpta preslenir (Fig. 17.7)
fazla toz yığını kalıp kenarında çapak (flash) bırakır
Kuru presleme:
(dry pressing)
hiç nem içermeyen toz yığını kalıpta preslenir
çapak oluşmu gözlenmez
özel dayanıklı çelikten kalıp kullanmak gerekir (kalıp aşınması!!)
presleme yardımcı kimyasalları (yağlayıcı ve bağlayıcı katkılar katılabilir)
daha basit şekilli parçalar için tercih edilir
Ürünler: banyo karoları, elektrik izolatörleri, refrakter tuğlalar
Geleneksel Seramiklerde Kurutma İşlemi
Kurutma:
su plastikleştirici olarak rol oynar ve şekillendirme sonrası uzaklaştırılır
Fig. 17.8  kil hacminin su miktarı ile değişimi
Fig. 17.9  kuruma hızı ve kil hacminin su miktarı ile değişimi
Geleneksel Seramiklerde Pişirme İşlemi
Pişirme:
yüksek sıcaklıkta toz partiküllerinin sinterlenerek yapının gözenekliliğinin
azaltılması ve mekanik/fiziksel/kimyasal özelliklerinin geliştirilmesi
yapıda büzülme meydana gelir
geleneksel seramiklerde fırın (kiln) pişirme için kullanılır
sırlı seramik ürünler önce pişirilir, sonra sırlanır sonra tekrar sırlama için
tekrar pişirilir
sırsız seramik ürünler bir defa pişirilir
Yeni Seramikler
Yeni seramikler:
kil yerine sentetik tozlar (oksitler, karbürler, nitrürler veya borürler)
suyla karıştırıldığında plastik kıvam yok  ilave katkılar gerekli
benzer yöntemlerle şekillendirilebilirler
toz safiyeti ve ince boyutlu olması çok önemli  mekanik özell. etkiliyor!
Katkılar (additives):
plastikleştiriciler (plasticizers)
bağlayıcılar (binders)
ıslatma yardımcısı (wetting agents)
deflokülantlar (defloculants)
yağlayıcıları (lubricants)
Yeni Seramiklerin Şekillendirilmesi
Şekillendirme Yönt.:
Geleneksel seramik ve toz metalurjisi yöntemleri geçerli
 Presleme ve sinterleme (TM adaptasyonu)
 Slip döküm, ekstrüzyon ve kuru presleme (geleneksel seramiklerden)
Sıcak Presleme:
kuru presleme gibi ancak sıcaklık da uygulanıyor
İzostatik Presleme:
her yönden eş miktarda sıkıştırma basıncı uygulanıyor (sıcak ve soğuk
yapılabilir)
Yeni Seramiklerin Şekillendirilmesi
Tape döküm:
film şeklinde seramik üretimi (Fig. 17.10)
Seramik enjeksiyon
kalıplama:
plastik ve toz metal enjeksiyon kalıplama yöntemlerinin uyarlaması
Yeni Seramiklerin Sinterleme İşlemi
Sinterleme:
Yüksek sıcaklıkta yapının yoğunlaştırılması (bkz. Şekil)
tüm özelliklerde gelişme
 katı-hal sinterlemesi
 sıvı faz sinterlemesi
 reaksiyon sinterlemesi
Malzeme Üretim Teknikleri (ÜSD)
2011-2012 Bahar YY
Yrd. Doç. Dr. Enbiya Türedi
POLİMERLER
Tanım:
Polimer, her bir molekülü birbirine bağlı tekrarlayan birimlerden meydana gelen uzun
zincir moleküllerinden oluşan bileşiklerdir.
Köken:
Yunanca; poly  çok ve meros (mer)  kısım, parça
Çoğu polimer karbon esaslı  organik kimyasal (madde)
Sınıfları: (1) Termoplastikler (TP)  katı maddeler @RT, fakat ısıtmayla  viskoz sıvı @100-200°C
ürün eldesi için kolay ve ekonomik (sürekli ısıtma-soğutma)
(2) Termosetler (TS)  ilk ısıtmada yumuşarlar ve kalıplanabilirler, fakat yük. sıcaklıkta
kim. reaksiyonla sertleşir ve ergiyemez hale gelirler, ancak bozunabilir ve kömürleşirler.
(3) Elastomerler (E)  lastikler, düşük bir gerilme ile büyük bir elastik uzama gösterirler.
uzama  10x. Özellikleri farklı olsa da, molekül yapısı TP’den ziyade TS’lere benzer.
Termoplastik ürünler
Termoset ürünler
Elastomer ürünler
POLİMERLER
Önemi:
 karmaşık şekilli parçalara doğrudan şekillendirilebilirler (net-shape processing)
 mukavemetin istenmediği mühendislik uygulamalarında öne çıkarlar: (1) düşük
yoğunluk, (2) bazı polimerler için iyi mukavemet/ağırlık oranı, (3) yüksek korozyon direnci,
(4) düşük elektriksel ve ısıl iletkenlik.
 hacimsel olarak maliyet konusunda metallerle rekabetçi bir konum
 hacimsel olarak üretim konusunda metallerden daha az enerji gerektirir (düşük sıcak.)
 bazı plastikler saydam veya yarı-saydamdır, bazı uygulamalarda camlara alternatiftir
 kompozit malzemelerde çok geniş olarak kullanılırlar
Eksileri:
(1) metal ve seramiklere göre mukavemet düşük
(2) elastisite modülü veya rijitlik de düşüktür (elastomerlerde istenen bir özellik)
(3) kullanım sıcaklıkları birkaç yüz derece ile sınırlıdır (TP  ergime, TS ve E  bozunma)
(4) bazı polimerler güneş ışınları ve diğer radyasyon türleri ile bozunabilir
(5) plastikler viskoelastik özellikler gösterir, ki yük yataklama uygulamalarında ciddi sorun!!
Net-shape üretim imkanı
Plastiklerin sıcaklık dayanımı düşüktür
Viskoelastik davranış
POLİMERLERLE İLGİLİ TEMEL BİLGİLER
Yapı:
küçük moleküllerin büyük moleküller oluşturmak üzere birleşmesi, zincir-benzeri yapı
monomer  ör: etilen (C2H4); kovalan bağlı molekül, güçlü zincir yapısı (primer bağlar)
makromoleküller (zincirler) arası zayıf (sekonder) bağlar  polimerlerin zayıflığı
Polimerizasyon:
(1) katılım (zincir) polimerizasyonu  çift karbon bağı açılır (katalizör), zincir uzar
(2) basamak polimerizasyonu  iki reaktif monomer bir araya getirilir, yan ürün çıkar (su)
kondenzasyon polimerizasyonu da denir
KATILIM (ZİNCİR) POLİMERİZASYONU
BASAMAK (YOĞUŞMA/KONDENZASYON) POLİMERİZASYONU
POLİMERLERİN MOLEKÜLER YAPILARI
Lineer, dallanmış ve çapraz bağlı polimerler: (Figure 8.7)
lineer polimer  zincir benzeri yapı (termoplastikler)
dallanmış polimer  H atomları C ile yer değiştirir, zincir dallanır (termoplastikler)
çapraz bağlı polimer  dallar veya diğer moleküller arasında primer (kovalan) bağ oluşur
hafif çapraz bağlı yapı  elastomerler, yoğun çapraz bağlı yapı (ağ yapısı)  termosetler
HOMO- KO- ve TERPOLİMERLER
Homopolimer:
ör: polietilen, polipropilen, polistiren ve diğer bir çok yaygın plastik
molekülleri hep aynı ve tekrarlayan merlerden oluşur
Kopolimer:
molekülleri iki farklı türde ve tekrarlayan birimlerden (mer) oluşur
ör: etilen-propilen kopolimeri –(C2H4)n(C3H6)m-  n ve m: 10-20
Türleri (Figure 8.8): (a) değişken kopolimer  merler her bir konumda değişerek yer alır
(b) rasgele  merler gelişigüzel (rasgele) düzendedir
(c) blok  aynı tür merler uzun zincir boyunca gruplaşma eğilimindedir
(d) asılı  bir mer türü diğer merlerin oluşturduğu omurgaya dallanarak bağlanır
Diğerleri:
Terner (üçlü) polimerler (terpolimerler) de ayrıca sentezlenebilmektedir.
ör: ABS plastiği (acrilonitril-bütadien-stiren)
POLİMERLERE İLİŞKİN BAZI TANIMLAR
Polimerizasyon derecesi (DP): polimerdeki n değerinin ortalaması, yük. DP  yük. muk. ve viskozite
Molekül ağırlığı (MW):
moleküldeki merlerin molekül ağırlıkları toplamı, n × mer ağırlığı
Kristalinite derecesi:
kristalin kısmın toplam ağırlıktaki %-oranı,
yüksek kristalinite  yoğunluk, mekanik özellikler (mukavemet,
rijitlik, tokluk) ve ısı direncinde artış, saydamlıkta azalma
Cam(sı) geçiş sıcaklığı (Tg):
bazı amorf malzemelerde (TP, E) görülen bir karakteristik
sert-kırılgan  yumuşak-plastik davranış
genleşme hızında artış (Figure 8.10)
ÖNEMLİ TİCARİ POLİMERLER
Termoplastikler:
Acetal (polioksimetilen)
Akrilikler (PMMA, PAN)
Akrilonitrilbütadienstiren (ABS)
Selülozlar (selüloz asetat  CA; selüloz asetat-bütirat  CAB; fiber  Rayon)
Floropolimerler (politetrafloretilen, PTFE  Teflon)
Polyamidler (naylon, fiber  aramid (Kevlar))
Polikarbonatlar (PC)  CD malzemesi
Polyesterler (polietilteraftalat, PET)
Polietilen (LDPE, HDPE)
Polipropilen (PP)
Polistiren (PS)
Polivinilklorür (PVC)  kapı-pencere malzemesi
Termosetler:
Amino reçineler (amino gruplu (NH2)  üre- veya melamin-formaldehid)
Epoksiler (epoksid/etilen oksit (C2H3O) veya epiklorohidrin (C3H5OCl) bazlı)
Fenolikler (fenolformaldehid  Bakelite)
Polyesterler (TS olarak kompozit matrislerde)
Polyimidler (TS olarak  PI (Kapton veya Kaptrex))
Poliüretanlar (üretan esaslı (NHCOO)  köpük)
Silikonlar (inorganik; siloxan bağlar (-Si-O-);  sıvı/elastomer/termoset reçine)
ELASTOMERLER
Tanım:
çapraz bağlı uzun zincirli moleküller, çapraz bağ oranı düşük
Özellik:
elastisite  (1) uzun moleküller gerilme yokken sıkıca bir arada bulunur, (2) çapraz bağ
derecesi TS’lere kıyasla oldukça düşüktür; gerilme  Fig. 8.12 ve 8.13
Bağ:
çapraz bağ oluşumu  kür işlemi (curing / setting) elastomerlerde  vulkanizasyon
ÖNEMLİ TİCARİ ELASTOMERLER
Doğal:
Doğal kauçuk (NR)  (Hevea brasiliensis  latex  poliizopren)
Sentetik:
Bütadien kauçuğu, polibütadien (BR)
Butil kauçuğu (kopolimer; poliisobutilen + poliizopren)
Kloropren kauçuğu (CR)  ilk suni kauçuk (1930’lar)  Neoprene
Etilen-propilen kauçuğu (EPDM)  terpolimer (etilen+propilen+dien)
İzopren kauçuğu (doğal kauçuğun sentetiği  poliizopren)
Nitril kauçuğu (kopolimer  bütadien + akrilonitril)
Poliüretanlar (düşük çapraz bağlı poliüretan termosetler)
Silikonlar (en yaygın  polidimetilsiloksan)
Stiren-bütadien kauçuğu (SBR)  (Buna-S, Almanya, WWII)  max. prod. %40
POLİMER GERİ-KAZANIMI
Sorun:
1 milyar ton plastik çöp (1950-bugün)  birincil kararlı bağlar (yavaş bozunma)
Geri-kazanım:
dünya’da yıllık üretim 200 milyon ton, sadece ABD’de bunun 1/8
geri-kazanım ABD için  % 6
Geri-kazanım: atılmış plastikleri toplama ve tekrar değerlendirme  yeni ürünler
Zorluk:
(1) plastiklere kıyasla geri-kazanılmış çoğu metal daha hacimli ve daha ağır
(2) homojen karışmamış çeşitli kimyasal kompozisyonlarda gelen plastik atıklara
kıyasla cam atıklar hep silis esaslı
(3) çoğu atık plastik kendisinden kolaylıkla ayrılamayan dolgular, boyalar ve diğer
katkılar içermekte
(4) maliyet dalgalanmaları  geri-kazanım faaliyetini etkiliyor
PIC:
plastic identification code
(1) polietilen tereftalat (2-lt lik içecek şişeleri)
(2) yüksek dansiteli polietilen (süt/ayran bidonları veya şişeleri)
(3) polivinilklorür (pvc borular)
(4) düşük dansiteli polietilen (yumuşak şişeler ve kapaklar)
(5) polipropilen (yoğurt ve margarin kapları)
(6) polistiren (yumurta kartonları, kuplar)
(7) diğer ör: polikarbonat veya ABS
Kullanım:
TP  tekrar ergitme; TS ve E  dolgu, kaplama malzemesi
BİYO-ÇÖZÜNÜRLÜLÜK (BIODEGRADABILITY)
Tanım:
bakteri ve mantar gibi doğada bulunan mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılan
plastikler (geleneksel plastik ürünler biyo-çözünebilir değildir)
(1) kısmen çözünebilir plastikler  dolgu malzemesi doğal polimer (sünger
benzeri kısmen dönüşmüş yapı)
(2) tamamen çözünebilir plastikler (aka biyoplastikler)  hem matrisi hem
dolgusu doğal ve yenilenebilir kaynaklardan olan polimerler (nişasta  TP ürün,
laktik asit (mısır nişastası veya şekerkamışının fermantasyonundan)  polilaktik,
selüloz (keten/kenevir)  fiber (kompozit))
Malzeme Üretim Teknikleri (ÜSD)
2011-2012 Bahar YY
Yrd. Doç. Dr. Enbiya Türedi
Ekstrüzyon
Proses ve ekipman 
Ekstrüzyon vidasının detayı 
Ekstrüzyonda Farklı Kalıp Biçimleri ve Ekstrüde Edilen Parçalar
Ekstrüzyonla
boşluksuz profil üretimi 
Boşluklu profil üretimi 
Ekstrüzyonda Farklı Kalıp Biçimleri ve Ekstrüde Edilen Parçalar
Elektrik kablosu imalatı 
Ekstrüzyon Hataları
 Erime kırılması (melt fracture)
Sharkskin ve Bambooing 
Levha ve Film İmalatı
Yarık kalıp (slit-die) ekstrüzyonu 
Ekstrüzyon sonrası hızlı soğutma 
Levha ve Film İmalatı
Film üfleme (blown-film) ekstrüzyonu 
Kalenderleme (calendering) 
Fiber/Filaman Üretimi (Spinning) ve Kaplama Prosesleri
Eğirme (spinning) ile fiber üretimi 
Düzlem (planar) kaplama prosesleri 
Enjeksiyon Kalıplama (Injection Molding)
Devasa bir enjeksiyon kalıplama
cihazı 
Enjeksiyon kalıplama cihazı kesidi
Enjeksiyon Kalıplama (Injection Molding)
 Enjeksiyon kalıplama aşamaları
Enjeksiyon kalıpları
Basınçlı Kalıplama (Compression Molding)
Basınçlı kalıplama yöntemi 
Aktarmalı Kalıplama (Transfer Molding)
Aktarmalı kalıplama yöntemi 
Üflemeli Kalıplama (Blow Molding)
Ekstrüzyon üflemeli kalıplama 
Enjeksiyon üflemeli kalıplama 
Isıl Şekillendirme (Thermoforming)
 Vakumlu ısıl şekillendirme
Basınçlı ısıl şekillendirme
Isıl Şekillendirme (Thermoforming)
Pozitif kalıpla ısıl şekillendirme
 Ön-gerdirmeli ısıl şekillendirme
Mekanik ısıl şekillendirme
Malzeme Üretim Teknikleri (ÜSD)
2011-2012 Bahar YY
Yrd. Doç. Dr. Enbiya Türedi
Kompozit nedir?
Kompozit: İki veya daha fazla, farklı türde malzemenin birlikte kullanıldığı ve bu farklı
malzemelerin farklı özelliklerine de sahip, hafif yapılı malzemelerdir.
Her kompozitte genellikle iki tip madde/bileşen bulunur; matris ve takviye malzemesi. Genel
olarak takviye malzemesi (İng: reinforcement) taşıyıcı görev üstlenir, ve etrafında bulunan
matris faz ise onu bir arada tutmaya ve desteklemeye yarar.
Takviye malzemesi/fazı fiberler, partiküller veya whisker’lar olabilirken, matris malzemesi ise
metaller, plastikler ve seramiklerdir.
Fiber ve reçine kullanılarak oluşturulan
kompozit malzeme
Sürekli fiberli ve kısa fiberli kompozitler
Kompozit Malzemeler – Matrislere göre Sınıflandırma
Polimer matrisli kompozitler (Polymer Matrix Composites – PMC)
Prensip olarak Fonksiyonelliğin Artırılması için Partikül takviyesi
(termo-/elektro-fiziksel özellikler, kimyasal dayanıklılık)
ama aynı zamanda üretim teknikleri nedeniyle de (İşlenebilirlik);
Mukavemet ve E-Modül’ün artırılması için Fiber takviyesi
Metal matrisli kompozitler (Metal Matrix Composites – MMC)
Özellikle yüksek sıcaklıklarda Mukavemet ve E-Modül’ün artırılması için öncelikle hafif
metal matrislere Partikül ve Fiber takviyesi
Seramik matrisli kompozitler (Ceramic Matrix Composites – CMC)
Hasar toleransını artırmak için Partikül ve Fiber takviyesi (“sünekvari kırılma
davranışı”)
Her matris türüne göre bir takviye fazının
eklenmesi için farklı gereksinimler
Kompozit Malzemeler – Matrislere göre Sınıflandırma
Örnekler
Matris
PMC
MMC
CMC
Kullanım sıcaklığı [°C]
Takviye fazı
Epoksi
Cam fiberler
Fenol
Karbon fiberler
Polyimide
Aramid fiberler
Aluminyum
Karbon fiberler
Titanyum
SiC – Partikül
Magnezyum
Al2 O3 – fiberler
(Si)SiC
Karbon fiberler
Al2 O3
Al2 O3 – fiberler
Si 3 N4
SiC – fiberler
RT
200
400
600
800
1000
Her sıcaklık aralığı için
tasarlanmış kompozit malzemeler
1200
1400
1600
1800
Niçin Kompozit Malzeme?
Yoğun yükler altında çalışan yapısal bileşenler/malzemeler için daima daha
karmaşık ve zorlayıcı gereksinimler:
düşük yoğunluk
hafif yapılı konstrüksiyonlar (enerji tasarrufu, emisyon azaltımı – zararlı
madde standartları, daha iyi ekolojik denge)
teknolojik verimlilik
mekanik özellikler
(yüksek mukavemet, E-modül, hasar davranışında daha yüksek tolerans)
termal ve kimyasal dayanıklılık
tribolojik özellikler (sürtünme katsayısı, aşınma direnci)
Karmaşık gereksinimler listesi geleneksel
monolitik parçaların kullanımını
sınırlandırmaktadır.
Uygulama: Yarış Otomobillerindeki Fren Diskleri için C/C Kompozitler
Motivasyon: Hafif yapı, yüksek sıcaklık dayanımı, termal yük altında kritik sürtünme davranışı
Formula 1 (McLaren Mercedes)
Kaynak: akebono brake industry
DTC, Le Mans (Toyota GT One, ...
Kaynak: ams, sport auto
Uygulama: Sivil Havacılıkta Kompozit Malzemelerin Potansiyeli
Kompozitlerin Yapısal Ağırlık Gelişimine Katkısı
Yapısal Kompozit Kütlesi [%]
60
50
A350-900 XWB
40
A400M
30
A380
20
A320
10
A310-200
A300
A340-600
A340-300
0
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Airbus uçaklarındaki kompozit uygulamalarında sürekli artış
2015
Uygulama: PMC’ler – Uçak Teknolojisi
Motivasyon: Hafif yapı, yüksek rijitlik
acc. to: HEXCEL Corporation, annual report, 2000
Uygulama: Gemi İnşasında kullanılan PMC’ler
Karbon fiberlerde “high tech” uygulamalar
Köpüklü bir iç-merkez üzerinde %100 karbon fiber kompozit kaplama
tabakasından oluşan Visby yapısı mükemmel mekanik ve elektrofiziksel
özellikler sunar.
Su jeti giriş ağzı ve kanalı teknenin gövdesine tüm
uzunluk ve bölmeler boyunca monte edilmiştir ve
büyük bir rijitliğe sahip homojen bir yapı meydana
getirir.
Ref.: ThyssenKrupp Marine Systems
PMC’ler için Endüstriyel Uygulamalar – Hobi Araçları Endüstrisi
Motivasyon: Hafif yapı, yüksek rijitlik
Hobi araçları için hafif yapı konstrüksiyonunda GFRP ve CFRP malzemeler
Bir snowboard’un yapısı (şematik)
Olasılıklar
Kaynak: HEXCEL Corporation, yıllık rapor, 2000
Diğer uygulamalar: golf sopaları, tenis raketleri, olta sapları, sörfbordları, ...
Uygulama: Otomobil Endüstrisinde SMC (Sheet Moulding Compound)
Alfa Romeo
Renault
Class A – SMC (1) ve BMC (Bulk Moulding Compound)
kombinasyonundan oluşan bir motor kaputu – ağırlık kazancı: %15
John Deere
SMC çatı çerçevesinin iç
kısmı (diğer dahili
parçalarla birlikte)
Çarpışma bölgesindeki yapı bileşeni – ağırlık kazancı: %20
Daimler
Chrysler
Verniklenmiş dış
SMC tavan gövdesi
SMC’den imal edilmiş tavan ve yan spoylerleri ve kabin basamakları
Quelle: Design Manual: „SMC/BMC: Design for Success!”, European Alliance for SMC
PMC’lerde Endüstriyel Uygulamalar – Enerji Teknolojileri
Çok hafif rüzgar türbin kanatları için kontrüksiyon malzemesi olarak GFRP ve CFRP’ler
Yeni kurulan rüzgar türbinleri ve yatırımlar (MW)
Yıllar
Kaynak: HEXCEL Corporation, yıllık rapor, 2000
ve altarnaturk.org
Kaynak: DEWI GmbH
Carbon/Carbon (C/C) Kompozitlerinde Hasar Toleransı
acc. to SGL, 1995
Kompozit Malzemelerde Takviye Türleri ve Mimarileri
Malzeme Üretim Teknikleri (ÜSD)
2011-2012 Bahar YY
Yrd. Doç. Dr. Enbiya Türedi
Polimer Matrisli Kompozitlerin Şekillendirme Prosesleri
Polimer matrisli kompozitler (PMC):
içersine fiber veya partikül gibi bir takviye gömülmüş
olan polimer matrisli malzemeler.
Fiber takviyeli polimerler (FRP’s):
mukavemet/ağırlık veya E-modül/ağırlık oranı yüksek
(uçak, otomotiv, denizcilik, spor eşyaları vb.)
Şekillendirme  Fig. 15.1
PMC’ler için Başlangıç Hammaddeleri
Matris:
Termosetler (TS)  fenolik reçine, epoksi, doymamış polyester
Termoplastikler (TP) 
Elastomerler (E)
Takviye:
fiberler  karbon, cam, polimer (kevlar)
partiküller  SiC, Al2O3, karbon karası
Matris ve Takviye Fazının Karıştırılması
Kalıplama karışımları:
SMC, BMC, DMC, TMC gibi yöntemler (Fig. 15.2)  kısa fiber kull.
Prepreg’ler
(pre-impregnated):
tape, çapraz katlı tabakalar veya kumaşlar  uzun fiber kullanımı !!
Açık Kalıp Prosesleri
Açık kalıp (open mold):
negatif veya pozitif kalıp kullanımı (Fig. 15.3)
1. El yatırması
(Hand Lay-up):
tekne gövdesi imali için (1940’lar)  Fig. 15.4
reçine + takviye birlikte uygulanır; seri imalata uygun değil
ürünler: tekne, sahne aksesuarı, yüzme havuzu, konteynır tankları, vs.
Not: Şimdiye kadar bu yöntemle imal edilmiş en büyük gemi/tekne İngiliz Kraliyet Donanması için 85 m
uzunluğunda !!
Açık Kalıp Prosesleri
2. Püskürtmeli kalıplama
(Spray-up):
3. Otomatik tape yatırma:
(Fig. 15.6)
el yatırma yönteminin mekanize geliştirilmiş versiyonu (Fig. 15.5)
fiber kesme/doğrama tertibatı var, reçine birlikte püskürtülür
kısa ve rasgele yönlü fiberler az miktarda kullanılabilir (dezavantaj)
sağlık açısından güvenlik tedbirleri gerekli!!
ürünler: tekne, banyo ve duş teknesi, oto/kamyon gövde parçası vs.
Kapalı Kalıp Prosesleri
1. Basmalı kalıplama
(compression molding):
kapalı kalıpta reçine ile takviye karışımını sıkıştırma
SMC, BMC, TMC kalıplama:
kalıp içerisinde önceden karıştırılmış reçine+takviye şekilln.
Preform kalıplama:
takviye ve reçine ayrı katmanlar halinde istiflenir, kalıplanır
Elastik rezervuar kalıplama:
iki fiber katmanı arasında köpük (reçine): sandviç (Fig. 15.7)
Kapalı Kalıp Prosesleri
2. Aktarmalı kalıplama
(transfer molding):
•
•
•
kapalı kalıpta ön şekillendirilen takviye malzemeye reçine enjeksiyonu
(bkz. Şekil)
Resin transfer molding, RTM
Thermal expansion resin transfer molding, TERTM
Vacuum assisted resin transfer molding, VARTM
Ön-şekillendirme
Yerleştime/yükleme
Kalıplama
Kalıptan çıkarma
Çapraz bağ
oluşumu
Enjeksiyon
Talaşlı işlem
Kapalı Kalıp Prosesleri
2. Enjeksiyon kalıplama
(injection molding):
•
•
kapalı kalıpta ön şekillendirilen takviye malzemeye reçine enjeksiyonu
(bkz. Şekil)
Conventional injection molding
Reinforced reaction injection molding, RRIM
Ayrı bileşenler
A
Bileşeni
B
Bileşeni
Dozaj
Dozaj
Karıştırma
işlemi
KALIP
Filaman Sarım Yöntemi
Filaman sarımı
(filament winding):
mandrel üzerine reçineli fiberler sarılır (Fig. 15.8)
çeşitli sarım teknikleri (Fig. 15.9), ekipman (Fig. 15.10)
Pultrüzyon Yöntemleri
Pultrüzyon:
pulling+extrusion: fiber takviyeli profil üretimi (Fig. 15.11)
1950’lerde GFRP’den balık oltası imali için geliştirilmiş bir yöntem
Pultrüzyon Yöntemleri
Pulforming:
pultrüzyon ile üretilen profile eğimli şekil verilir (Fig. 15.12)
otomotivde yaprak yay üretimi için kullanılır
Diğer PMC Şekillendirme Yöntemleri
Savurma döküm:
reçine ve takviye malzemeleri birlikte kendi ekseni etrafında dönen
kalıba aktarılır, merkezkaç kuvveti ile boşluksuz bir döküm elde edilir.
Silindir haddeleme
(tube rolling):
bir mandrel üzerine takviye sarılır ve haddelenerek sıkıştırılır
(Fig. 15.13)
Sürekli laminatlama
(continous laminating):
tabakalı takviye ve reçine karışımlı yapı oluşturma
Kesme yöntemleri:
reçineli takviye karışımları belli ebatlarda kesilerek proseslenir
(cermet veya yüksek hız takım çeliği kesiciler veya elmas kesici takım)
Seramik Malzemelerin Tanımı
En basit haliyle seramik malzemelerin tanımı şöyle yapılabilir:
“Seramik malzemeler inorganik ve metalik olmayan malzemelerdir. Kural olarak oda sıcaklığında ham
haldeki bir karışımdan şekillendirilir ve yüksek sıcaklıklardaki bir sinterleme işlemi ile tipik malzeme
özelliklerine ulaşırlar.” (DIN V ENV 12212)
Alman Seramik Cemiyeti (DKG) tarafından verilen tanımlama:
“Seramik, nihai ürüne kadar olan üretim prosesleri ile ilgilenmekte olan kimya teknolojilerinin ve/veya
metalurjinin bir branşıdır. Seramik malzemeler inorganik ve metalik olmayan (bu arada kısmen metalik
bağ içerebilen), suda hemen hemen çözünmeyen ve en az %30 kristalin malzemelerdir. Kural olarak oda
sıcaklığında ham bir karışımdan şekillendirilirler ve tipik malzeme özelliklerini bir ısıl işlem (sinterleme)
ile elde ederler. Bu sıcaklık çoğunlukla 300°C’nin üzerindedir. Bazen şekillendirme yüksek sıcaklıklarda
veya ergime sıcaklığının da epey üzerinde yapılır ve kristalizasyon ile işlem tamamlanır.”
Aksine Anglo-Sakson kullanımda “ceramics” terimi ilaveten cam, emaye, cam-seramik ve inorganik
bağlayıcıları (çimento, kireç, alçı) da, yani inorganik ve metalik olmayan tüm maddeleri içermektedir.
Ayrıca bu tanımlamaya göre tek kristal yapıda kullanılan malzemeler, örneğin değerli ve yarı-değerli taşlar
(elmas, yakut, safir vb.) ile yarı-iletkenler (silisyum, galyum arsenit vb.) de seramiklere girmektedir. Bu ise
günümüzde elektronikte kullanılan malzemelerin en önemlileri seramiklerden sayılmaktadır anlamına
gelir.
Çev: Verband der Keramischen Industrie e.V.: Brevier Technische Keramik; H. Schaumburg: Keramik
Tarihsel Gelişim
Seramik kelimesi yunanca keramos’tan gelmektedir. Keramos aynı zamanda kil ve kilden yapılan ürünler anlamını
taşımakta ve Sanskritçe’de “yakmak/pişirmek” anlamına gelen bir kelimeden gelmektedir. Dolayısıyla “seramik”
öncelikle toprak esaslı malzemelerin bir pişirme prosesi ile üretildiği nesneleri ifade etmektedir.
Kaynak: Greg Geiger, Technical Information Manager, American Ceramic Society
12700
Japon proto-Jomon
döneminde seramik
üretiminin başlangıcı
6500
Halka sarma tekniği ile
Jiangsu’da en eski Çin
seramikleri
12000
8000
960 - 1279
Song dönemi, Klasik Çin seramikçiliği dönemi, dayanıklı çanak-çömlek
ca. 1223
3500
581 - 907
Japonya’da Keşiş Dogen ve Çömlekçi Toshiro ile çay
Çömlekçi çarkının
Metal-oksit renkleri
seramikçiliği
ilk ortaya çıkışı
İÖ 206 – İS 220
907 - günümüz
1279’dan sonra
1616
Çin’de Han dönemi,
Jingdezhen’de
Çin’de Yuan dönemi Porselen üretimi Kore
Çömleklerde
çiçek
figür.
2500
Porselen endüstrisi
üzerinden Japonya’ya ulaşıyor
1368’den sonra
Çin’de proto(İnce porselen)
Ming
dönemi
porselen
4500
Çin’de ilk pişirme fırınları
4000
İ.Ö.
420 - 581
Çin’de beyaz porselen
0
İ.S.
2000
1000
12./13. YY.
ca. 24000
3000
500
Siegburg’da AvrupaSeramik figürler, Avrupa’da ilk fırın
Almanya’da çömlekçi çarkı
Rönesans seramikleri:
nın en eski dayanıklı
Çek Cumhuriyeti (Habascheschti, Romanya)
530
Mayolika ve fayans
4. - 15. YY.
çömlekleri
7000
Kızıl figürlü seramikler
Bizans seramikleri
Seramiklerin Avrupa’da yayılması
700
14./15. YY.
(Cilalı taş devri, halka ve spiral
Yunanistan’da siyah figürlü seramikler
seramik reçetelerden
sarma tekniği, açık ateşte pişirme)
(Korint, sonra Atina’nın çömlek semti Kerameikos)
damıtma balonu
Yanlış anlaşılma olmaması için vurgulamak gerekir ki, burada sadece Çin, Japonya ve
Avrupa’daki gelişmeler ele alınmıştır.
Mesopotamya (ki dünyanın en zengin renkli seramikleri buradadır), Orta Doğu,
Anadolu, Güney ve Güneydoğu Asya, Kore, Avustralya ve Okyanusya, Afrika ve diğer
bölgelerdeki seramik üretimindeki kültürel kazanımlar bu nedenle göz ardı
edilmemelidir.
İnsanlık tarihine ait seramik kalıntıları dünyanın her yerinde bulunmaktadır.
12. - 15. YY.
Ortaçağ seramikçiliği
(sarmalama, sürme, döndürme;
Madenden kil çıkarma; çömlekçi
birlikleri/locaları organizasyonu)
19. YY.
Gaz ve yağ bazlı
çalışan fırınlar
1774
Duchâteau tarafından
ilk seramik protezler
1743, İngiltere
E. Booth tarafından
Avrupa’da ilk taş
ürünler
1708
Meißen (Almanya)’da Johann Friedrich
Böttger tarafından sert porselenin keşfi
Tarihsel Gelişim
El yordamıyla şekillendirme yöntemleri
Şekillendirme, seramik işlemenin başlangıcından
modern zamanlara kadar, plastik ve el yordamına
dayanan şekillendirme prosesi ile sınırlıydı.
Aletsiz olarak elle yordamıyla gerçekleştirilen
şekillendirmeye elle şekillendirme denilmektedir.
►
►
►
►
►
Yoğurma
Elle şekil.
Kalıplama
Dövme
Döndürme
Modelleme
Sarma
Montaj
Halka sarma
Spiral sarma
Bölgelere göre çömlekçi çarkının ilk ortaya çıkışları
İlk çömlekçi çarkları İÖ 3500’lü yıllara kadar
gitmektedir. Sadece yerleşik düzende yaşayan
(göçebe olmayan) topluluklarda bulunmaktaydı.
Hızlı dönen çömlekçi çarklarının geliştirilmesi ile
verimlilikte artış meydana gelmiş ve piyasa için
seri üretimi mümkün kılmıştır. Aynı zamanda da
eşyalarda egemen olan şekli etkilemiştir.
Çömlekçi çarkının temel türleri, solda yavaş dönenler, sağda hızlı dönenler
aus: Sven Frotscher, dtv-Atlas Keramik und Porzellan, Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2003
Yöntemler:
Tarihsel Gelişim
Endüstriyel şekillendirme yöntemleri
Plastik (yoğurulabilir) konumda şekillendirme yöntemleri sanayileşme döneminde gelişimine devam etmiştir.
İlave olarak günümüzde de hala kullanılan slip döküm ve ayrıca çeşitli varyasyonlarıyla birlikte presleme
yöntemleri geliştirilmiştir. Bunda öncelikle öğütme ve ince öğütme teknikleri ile katışkıların kimyasının
anlaşılmaya başlanması ve kalıp malzemelerinin gelişimi etkili olmuştur.
Yöntemler:
►
►
►
►
►
Çevirme (Döndürme)
Presleme / Döküm
Zımbalama (Dövme)
Titreşim
Patlatmalı şekillendirme
Slip Döküm
Plastik şekil verme
Dolu döküm
Sıkma
Boşaltmalı (akıtma)
döküm
Enjeksiyon
Kombine döküm
Presleme
Sıcak presleme
İzostatik presleme
Kuru presleme
Döner kalıplama
Dövme
Ekstrüzyon
Yaş presleme
aus: Sven Frotscher, dtv-Atlas Keramik und Porzellan, Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2003
Plastik şekillendirme
•
•
•
•
Presleme
 Nem içeriği %15-25 arasında kalan ham karışımlar
Ekstrüzyon:
Haddeleme:
Enjeksiyon:
Sıkma/Kıvırma:
Ortaya çıkışı 1780; Karışımın bir boru şekilli kalıptan preslenmesi; ör: tuğla üretimi
Ortaya çıkışı 1946, İngiltere; Dönen bir hadde ile karışımın ezilerek şekillendirilmesi
Karışım (yak. %18 nem) bir silindir içinden geçirilerek kapalı bir kalıba enjekte edilir (15-20 m/s)
önceden ekstrüde edilmiş yarı-mamüllerin son şekillendirmesidir (ör: saksılar)
 Girdi (hammadde) olarak tozlar kullanılır. Boşluk içermeyen kalıplarda granüllerin preslenmesi
Yaş presleme (rijit metal kalıplarda tek yönlü basınç), kuru presleme (çelik kalıpta presleme; en sık tercih edilen yöntem),
izostatik presleme (elastik bir kalıp içinde presleme), sıcak presleme (presleme ve sinterleme) ve ayrıca patlatmalı
şekillendirme (bir çelik kalıp içinde ham karışım patlatılır)
Tarihsel Gelişim
Endüstriyel
Şekillendirme Yöntemi
18. yy. sonlarında FransaTournay’da geliştirilmiştir;
yayılması ise 19. yy.’dan
itibarendir
Gereksinim:
Nem oranı (su miktarı)
%30-40 arasında dökülebilir
kıvamda bir süspansiyon.
Döküm yapısı elektroforez
veya basınç uygulanarak
hızlandırılabilir.
Sınıflandırma:
• Akıtmalı döküm
• Dolu döküm
• Boşluklu döküm
Kalıptan çıkarma sonrası
kalan nem miktarı % 12-16.
Slip dökümde (akıtmalı döküm) proses basamakları
Çev: Sven Frotscher, dtv-Atlas Keramik und Porzellan, Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2003
Slip Döküm
Tarihsel Gelişim
Çev: Sven Frotscher, dtv-Atlas Keramik und Porzellan, Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2003
Seramik ürünlerin pişirilmesi
Kısa pişirme
Seramik ürünlerin pişirilmesi ilk olarak
açık ateşte gerçekleştirilmiştir (kireç
ocağı, açık ocak, ocak ateşi vb.)
M.Ö. 6000’lerde ilk olarak Abu Dhahir,
Irak’ta görülmüştür, M.Ö. 4500’lerde ise
Çin, Banpo’da ilk fırın kullanılmıştır.
Avrupa’da ise en eski fırın Romanya’da
(Habascheschti) bulunmuştur ve M.Ö.
3000’li yıllara uzanmaktadır.
Çömlek
Kristal sır
Raku
Saat
Seramik pişirme programları (opsiyonel)
Çev: Sven Frotscher, dtv-Atlas Keramik und Porzellan, Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2003
Silikat seramikler için tipik
pişirme/sinterleme sıcaklıkları:
Seramik
Kuvvetli tuğla
Çanak-çömlek
> 1000
Vitrifiye çömlek
1300
Porselen
1400
Refrakter seramik
120-573°C
Reaksiyon
aşaması
Sıcaklık (°C)
1100 - 1280
> 1100°C
1000-1100°C Sır ve seramik
Vitrifikasyon
yapının
başlangıcı ve
ergimesi
sinterleme
20-120°C
Su
buharlaşır
> 1600
Sıcaklığın etkisi
573°C
Kuvars
dönüşümü
600-1000°C
Yapısal oluşum
(sinterleme)
Seramiklerin Sınıflandırması
Kullanıma göre sınıflandırma
Çev: Sven Frotscher, dtv-Atlas Keramik und Porzellan, Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2003
Özelliklerine göre sınıflandırma
► Malzeme yapısı
Safsızlıkların büyüklüğü, karışımdaki tozların
tane büyüklüğü, yapısal karakteristikler
Kaba seramik: > 0,1 ... 0,2 mm
İnce seramik: < 0,1 ... 0,2 mm
Kap-kacak
(Çaydanlık)
Yapı seramikleri
(Tuğla)
Teknik seramikler Dekoratif seramik
(çip yuvası)
(biblo)
ayrıca karo ve fayansları da içerir
Hammadde tozların büyüklüğüne göre sınıflandırma
Yapıyı oluşturan bileşenler (taneler,
partiküller) çıplak gözle görülemezler.
► Su emme oranı
İşlem: Seramik suya daldırılır, 110°C’de
kurutulur, kütleler birbirine oranlanır
Seramik
İnce seramik
Yapı: poröz ve renkli
çanak-çömlek (toprak ürün.)
dekoratif seramik
Fayans
Mayolika
Yapı: poröz ve beyaz
Kaba seramik
Yapı: poröz
tuğla
seramik borular
terrakotta
şamot
taş ürünler
Yapı: yoğun
Yapı: yoğun ve renkli
klinker
örgü tuğla
asite dirençli seramik
kil esaslı borular
dayanıklı taş ürünler
Yapı: yoğun ve beyaz
porselen
ince kil ürünler
Çev: Sven Frotscher, dtv-Atlas Keramik und Porzellan, Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2003
poröz kaba seramik
poröz ince seramik
yoğun kaba seramik
yoğun ince seramik
Su emme oranı
>6
>2
<6
<2
Teknik seramikler, porselen eşyalar, dekoratif
seramik ürünler, sıhhi seramik ürünler, duvar ve
yer karoları (fayanslar) ve seramik esaslı
aşındırıcılar (zımpara) ince seramiklere dahildir.
Kaba seramikler ise tuğla veya diğer geleneksel
refrakter malzemeleri kapsar.
Teknik Seramikler
Teknik seramikler, teknik uygulamalar
için geliştirilen seramik malzeme ve
ürünleri kapsamaktadır.
Literatürde geçen
• ileri teknoloji seramikleri
• yapısal seramikler
• konstrüksiyon seramikleri
• endüstriyel seramikler
• mühendislik seramikleri
• fonksiyonel seramikler
• elektriksel seramikler
• kesici takım seramikleri
• biyo-seramikler
gibi terimler teknik seramiklerin önem
ve yerini vurgulamaktadır.
Buradaki terimler kısmen de olsa
kapsam olarak önemli bir örtüşme
içerdiğinden bir sınıflandırma yapmak
çok anlamlı değildir.
1932 Aluminyumoksit
implantların geliştirilmesi
1850’de seri
fincan
izolatör
1820’de
İngiltere’de üretimi
ilk şamot
üretimi
1808 Dişhekimi
1774
Zonzi’den
Duchâteau
Paris’te ilk
tarafından ilk
porselen diş
seramik
protez
14-15. yy.
Seramik esaslı
damıtma
balonu
reçeteleri
17-18. yy.
Fayanstan
eczacı
kapları
1935’te Rutil
seramikleri ile ilk
denemeler
1930’da Almanya’da
sinter-aluminanın
bujiler için
geliştirilmesi
1900’de ilk
sentetik aşındırıcı
(SiC) üretimi
1900’de Steatit’in
Steatits
keşfi
ve ilk
porselen buji
1950’de ferrit
esaslı oksit
seramiklerden
ilk kalıcı
mıknatıslar
1951’de ilk
sıcaklığa bağlı
geçiş dirençleri
1950’de
silisyumdan ilk
varistörler
1930’da Siemens
tarafından seri
oksit seramik
üretimi
1917 ABD’de bujiler
için Sillimanit’in
geliştirilmesi
Zaman
Çev: Sven Frotscher, dtv-Atlas Keramik und Porzellan, Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2003
Açıklamalar:
Fayans
İtalya Faenza şehrinden gelir, terrakotta, mayolika ve diğer toprak ürünlerden (yarıporselenler, beyaz ürünler) meydana gelir.
Sillimanit Al[6]Al[5][O|SiO4] = Al2SiO5, rombik (eşkenar dörtgen), Sertlik 6 - 7
Varistör
SiC’den imal edilen gerilime bağlı direnç gösteren malzemeler
Teknik Seramikler: Tanımlar
İleri teknoloji seramikleri, DIN V ENV 12212 standardına göre “ileri düzeyde geliştirilmiş, yüksek performanslı,
belli başlı fonksiyonel özelliklere sahip, esasen metal-dışı ve inorganik malzemeler” şeklinde tanımlanmaktadır.
İleri teknoloji seramikleri terimi, öncelikle porselen, sağlık gereçleri, duvar ve yer karoları ve ayrıca yapısal
seramikler gibi geleneksel kil esaslı seramiklerden ayrı olarak kullanılmaktadır. Bu tanımlama “Japon İnce
Seramikler Birliği”nin formülasyonu ile uyuşmaktadır.
Yapısal seramikler, standartlarda tanımlanmış bir terim olmamakla birlikte, eğilme ve basma gerilmeleri gibi
mekanik yüklere dayanması gereken herhangi bir şekle sahip seramik malzemeler anlaşılmaktadır. Endüstriyel
ve mühendislik seramikleri terimleri ile aynı pratik anlama sahiptirler.
Fonksiyonel seramikler, geçerli ve aktif bir fonksiyon için malzemenin intrinsic (tabiatında var olan) özelliklerinin
kullanıldığı ileri teknoloji seramikleridir, ör: seramik yapı elemanlarında elektrik, manyetik, dielektrik veya optik
karakteristikler gibi.
Elektriksel seramikler malzemenin elektroteknik ve elektronikteki spesifik (özgül) özelliklerinden ötürü kullanıldığı
ileri teknoloji seramikleridir. Genel olarak elektroteknik öncelikle yalıtım özelliği ve mekanik mukavemeti, elektronik
ise ferroelektrik davranış, yarı-iletkenlik, doğrusal olmayan elektriksel direnç, iyon iletkenliği ve süper iletkenliği
kullanır.
Kesici takım seramikleri, üstün aşınma ve sıcaklık dirençleri nedeniyle talaşlı işlemlerde (tornalama, delme,
frezeleme) kullanıma uygun ileri teknoloji seramikleridir.
Biyo-seramikler ise medikal uygulamalarda kullanıma uygun ileri teknoloji seramikleridir ve kemikler, dişler ve
sert dokuların onarımı veya değiştirilmesinde kullanılan ürünleri kapsamaktadır.
Diğer tanımlamalar ilgili standartta verilmiştir.
Çev: Verband der Keramischen Industrie e.V.: Brevier Technische Keramik
Teknik Seramiklerin Sınıflandırması
Fonksiyonalite
Yapısal seramik
Kesişmeler mümkün !
Fonksiyonel seramik
önemli özellikler/ temel ilgi alanları
 Mekanik özellikler
- Sertlik
- Yüksek sıcaklık mukavemeti
- Rijitlik
- HT-Sürünme dayanımı
- Düşük özgül ağırlık
- Geliştirilmiş kırılganlık
- Isıl şok direnci
 Kimyasal özellikler
- Asit ve bazlara karşı direnç
- HT-oksidasyon direnci
- Sıcak korozyon direnci
- Kül ve cüruflara direnç
- Biyo-inert ve biyo-uyumlu özellikler
Fiziksel fonksiyon ve özellikler
 Elektrofiziksel özellikler
- Piezo-seramik (aktuatörler, sensörler)
- Manyetik malzemeler
- Dielektrikler (yalıtkanlar)
- İyonik iletkenler (sensörler)
- Süper iletkenler
- İzolatörler, Dirençler
- Kondansatörler
 Termofiziksel özellikler
- Isı ileticiler
- Isı izolatörler
- Isıl genleşenler
 Tribolojik özellikler
- Sertlik ve aşınma direnci
- Sürtünme katsayısı
- Yüzey özellikleri
 Optoelektronik özellikler
- Emissivite (yayınırlık)
- Selektif saydamlık
- LED
 Dekoratif özellikler
 Yarı-iletkenler
Teknik Seramiklerin Sınıflandırması (Uygulama Örnekleri)
Kaynak: V. Hopp: Stoff- und Energieumsatz, VCH Weinheim 1997, S. 392
Malzeme grupları
Kimyasal ismi, bileşimi
Uygulama için örnekler
Al2TiO5, ZrO2
Isıl (termal) izolasyon
Si3N4, SiC
Türbin pervanesi (çarkı), Ön-yanma odası
Al2O3, Al2O3-TiC, SiAlON, WC, TiC, TaC
Talaşlı işlemler için malzemeler
B4C, BN (kübik)
Aşındırıcı partiküller, kum püskürtme nozulları, kurşun
geçirmez yelekler
Al2O3, Si3N4, SiC
Yataklar, kayar ring contaları, püskürtme nozulları
Yüksek sıcaklık dirençli
seramikler
Müllit (3Al2O3∙2SiO2), Al2O3, Si3N4 , RSiC, Al2(TiO3)3
Termo eleman koruyucu borular, yüksek sıcaklık
fırınları, brülör nozulu, oksidasyon önleyici kaplamalar
Biyo-seramikler
Al2O3, ZrO2, Hidroksiapatit (Ca10(OH)2(PO4)6)
Implantlar, endoprotezler
Al2O3, AlN, BeO
İzolatörler, altlıklar
Porselen, steatit ve kordierit (magnezyum-silikat),
MgO
İzolatörler
BaTiO3, SiC
Kondansatörler, dirençler, ısıtıcılar
Dop edilmiş zirkonyumdioksit (ZrO2)
Elektrokimyasal hücrelerde katı elektrolit
b-Aluminyumolsit (b-Al2O3), Sc2O3-ZrO2, CaS
İyonik iletkenler
ZrO2, SiC
IR-Spektrometreler için ışınım oluşturucu
ZrO2, HfO2
Köprüler-yalıtkanlar
In2O3-ZrO2, SnO2-ZrO2, ZnO-ZrO2
Saydam, iletken filmler
Piezo-seramikler
Kurşun-zirkonat / Kurşun-titanat PZT (Pb(Zr,Ti)O3)
Osilatörler, filtreler, ateşleyiciler, dönüştürücüler
Elektro-optik seramikler
Lityum-Niobat (LiNbO3)
Optik frekans çoklayıcılar, frekans modülatörleri
Motor seramikleri
Kesici seramikler
Aşınmaya dirençli
seramikler
Elektro-seramikler
M(2+)Fe(3+)2O4
veya
M(2+)O∙Fe2O3)
Alıcılar, magnetler (mıknatıslar)
Manyetik seramikler
Ferrit (genelde:
Sensörler
ZrO2, ZnO, Y2O3-ZrO2
Detektörler, gaz çıkış sensörleri, varistörler
Fiber takviyeli seramikler
C/C (karbon fiber takviyeli karbon), C/C-SiC (SiCkaplama)
Motor parçaları, sıcak gaz kanalları, modüler hafif
yapılar, fren diskleri
Membranlar
TiO2, ZrO2
Nano-filtrasyon membranları
(ff. = feuerfest)
aus: Armin Petzold: Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe (Charakteristik, Eigenschaften, Anwendungsverhalten)
Teknik Seramiklerin Sınıflandırması
DIN EN 60672 standardına göre: Seramik ve Cam İzolasyon Malzemeleri (karşılaştırma: VDE-Klasifikasyon 0335)
Silikat seramikler
•
•
•
•
•
Alkali aluminyum silikatlar („Teknik Porselenler“)
C100
Magnezyum silikatlar (Steatit ve Forsterit)
C200
Toprak alkali aluminyum silikat ve zirkonporselenler (ör. Kordierit) C400
Poröz aluminyum silikatlar ve magnezyum-aluminyum silikatlar
C500
Düşük alkali içerikli mullit seramikleri
C600
„ Silikatkeramik ist die älteste Gruppe aller Keramiken. Der dominierende Anteil feinkeramischer Erzeugnisse ist silikatischer
Natur. Wesentlicher Bestandteil dieser mehrphasigen Werkstoffe sind Ton und Kaolin, Feldspat und Speckstein als Silikatträger.
Daneben werden auch Komponenten wie Tonerde und Zirkon zur Erzielung spezieller Werkstoffeigenschaften, z.B. hoher
Festigkeiten, verwendet. Im Sinterbrand entsteht neben den kristallinen Phasen meist ein hoher Anteil an Glasphase, deren
wesentlicher Bestandteil Siliziumoxid ist. “
Oksit seramikler
• Yüksek elektriksel geçirgenlikli titanat ve diğer seramikler
• Yüksek aluminyum oksit içerikli seramik malzemeler
• Diğer tür oksit esaslı seramik malzemeler
C300
C700
C800
Oksit olmayan
seramikler
• Karbürler (ör. SiC, B4C)
• Nitrürler ve «oksit olmayan» seramik izolasyon malzemeleri
• Borürler (titanyum borür)
C900
Anmerkungen: • Carbide sind i.d.R. elektrisch leitend und haben daher hier keine Nummer ! Boride: nur Spezialanwendungen.
• Weitere Gruppen: GC - Glaskeramische Werkstoffe / GM - Werkstoffe aus glasgebundenen Glimmern / G - Gläser
Silikat Seramiklerin Uygulama, Özellik ve Düzeni
Uygulama:
Isı teknolojisi
Kimya teknolojileri
Çevre teknolojileri
Diğer:
Yüksek ve alçak gerilim teknolojileri: İzolatörler, Sigorta kartuşları,
Katalizatörler, Yuvalar, Elektriksel kurulum tertibatları
Özellikler:
Refrakterler
• Porselen:
• Steatit:
yüksek mek. mukavemet ve kimyasal dayanım, çok iyi izolasyon kapasitesi.
en iyi mek. ve dielektrik özellikleri (özel veya yüksek frekans steatit malz.),
iyi işlemlenebilirlik (abrazyonca zayıf hammadde esaslı), düşük büzülme.
• Kordierit: düşük ısıl genleşme katsayısı, mükemmel termal şok direnci, ısıl iletken alaşımlara
karşı ilgisiz (kimyasal reaksiyon olmaz).
• Mullit:
değişim gösteren özellikler: çok yüksek mukavemet ve yüksek sıcaklık sürünme
direnci veya üst düzey termal şok direnci.
aus: Brevier Technische Keramik, Verband der Keramischen Industrie e.V.
Karşılaştırma: Silikat seramikler  Oksit/oksit olmayan seramikler
Hammadde
Bulunabilirlik
Kimyasal saflık
Sinterleme sıcaklıkları
Proses kontrolü
Mekanik özellikler
Fonksiyonel özellikler
Maliyet
Silikat seramik
Oksit / oksit olmayan
seramik
doğal
yüksek
görece düşük
görece düşük
iyi
görece iyi
elektr.: çok iyi
görece düşük
sentetik
değişken
yüksek
yüksek
orta – iyi
iyi – çok iyi
çok iyi
görece yüksek
Sinterleme sıcaklıkları
technische
Keramik
Alumina porseleni
Kuvars porseleni
Steatit
Kordierit
Al2O3
RSiC
SSiC
Si3N4
Tipik sinterleme
sıcaklığı, °C
yak. 1250
yak. 1300
yak. 1300
1350 – 1400
1600 – 1800
2300 – 2500
yak. 1900
yak. 1700
Teknolojik Uygulamalar
Ar. Gör. Dr. Enbiya Türedi
Teknik Seramiklerin Sınıflandırması
Kimyasal Bileşim
Oksit seramikler
Karakteristik: iyonik bağ
oksijen ortamında kararlı
• Aluminyumoksit (Al2O3)
• Mullit (3 Al2O3 x 2 SiO2) (saf)
• Magnezyumoksit (MgO)
• Spinell (MgAl2O4)
• Zirkonyumoksit (ZrO2)
TZP, PSZ, FSZ
Y2O3-, CaO-, MgO-, CeO2-Stabilizasyonu
• Aluminyumtitanat (Al2TiO5)
• Titanyumoksit (TiO2)
• Silisyumdioksit (SiO2)
Silika camı
• Kurşunzirkonattitanat
PZT
• Baryumtitanat (BaTiO3),
Stronsiyumtitanat (SrTiO3)
• Çinkooksit (ZnO)
Sensörler
• Cam seramikler
Oksit olmayan seramikler
Karakteristik: kovalan bağ
çok yüksek sertlik
yüksek Elastisite Modülü
en yüksek ergime sıcaklıkları
• Silisyumkarbür (SiC)
S-SiC, HP-SiC, HIP-SiC, RB-SiC, SiSiC, R-SiC, N-SiC
• Silisyumnitrür (Si3N4)
GPS-SN (GD-SN), HP-SN, HIP-SN, RB-SN, SRB-SN
• Aluminyumnitrür (AlN)
Yüksek ısıl iletkenlik
• Borkarbür (B4C)
• Bornitrür (CBN, HBN)
• Kromkarbür (Cr3C2)
• Titanyumkarbür (TiC)
• Titanyumborür (TiB2)
• Titanyumnitrür (TiN)
• Tungstenkarbür (WC)
• Teknik Karbonlar
Grafit, Elmas, Karbon fiberler
Seramik bir Malzeme Olarak Sert-Metal (WC-Co)
Krank mili işleme için
kesici uç takviyeli freze
takımı
Mikroyapı görüntüleri:
İnce taneli sert-metal (THM)
En ince taneli sert-metal (THM-F)
Kennametal Widia GmbH & Co. KG,
Essen
Kesici uçlar
(kaplanmış)
Tornalama
Frezeleme
VHM Serisi freze takımları
Tornalama (Aluminyum)
Yivli freze takımları
Kesici takım takviyeli matkap uçları
Freze takımları
ARNO Werkzeuge (Karl-Heinz Arnold GmbH, Ostfildern) firmasının ürün kataloglarından
Aşınmayı Azaltıcı Alternatif Çözümler: Sert-Metal / Sert Katman Çiftleri
Uygulama:
esasen metal işleme (tornalama, frezeleme,
delme, kesme vb.) endüstrisinde kesici
malzeme olarak kullanım
CVD ile elmas kaplanmış kesici takımın
kesit görüntüsü
Sert-Metal üzerinde CVD katmanı (parlatılmış)
CVD ile elmas kaplanmış
kesici takım
Kaynak: IWF, TU Berlin & Fraunhofer IST, Braunschweig
Sert-Metal Kullanılan Tünel Delme Makinası (TBM)
Manş Denizi Tüneli için kullanılan delme kafası
( 8,16 m), WIRTH Maschinen- und Bohrgeräte Fabrik GmbH, Erkelenz
Toprak ve sert kayalar için Robbins Single Shield TBM
Teknik Seramiklerin Yaygın Kullanılanlarının Özellikleri
Yoğunluk
r
[g/cm3]
Ergime /
Hava atm.’de Isıl iletkenlik
Bozunma Sıc. max. kullanım
l 30-100
TS, Tm
sıcaklığı, Tmax
[W/mK]
[°C]
[°C]
1400 - 1700 3020 - 151000
Isıl genleşme
katsayısı
a 20-1000
Elastisite
Modülü
E
Vickers
Sertliği
HV
Eğilme
Mukavemeti
sB, sf,m
Kırılma
Tokluğu
KIC
[10-6 1/K]
[GPa]
[-]
[MPa]
[MNm-3/2]
7,0 - 8,8
300 - 380
1700 - 2370
300 - 520
3-5
880 HV 0,5
140
3,2
Al2O3
3,7 - 3,97
2050
TiO2
4,23
1860
1000
11,725
9
230
ZrO2 PSZ
5,0 - 6,27
2700
900 - 1600
1,5 - 3
5,0 - 10,0
200 - 210
SiO2
1,92 - 2,65 1725 - 1830
1000
ca. 1,4
0,5amorph-12,3
30 - 70
1100 - 1250 500 - 1000
741 HV5 -1120
30 - 40
bis 12
amorph: 0,79
C Grafit
2,1 - 2,3
3800
450
1000-1500 (a,b);
4 - 6 (c)
-1,5 (a,b);
28,3 (c)
1000 (a,b);
36 (c)
C Elmas
3,51
3800*
400
400 - 2000
1,1
1050
4500-10000
850
3,5
SiC SSIC
3,08 - 3,20
2760
1400 - 1750 12020 -401000
4 - 4,8
370 - 450
2500 - 3300
300 - 800
3 - 4 (8)
Si3N4
3,11 - 3,21
1910*
1100 - 1650
(15 - 43)20
3,3
180 - 800
1500 - 2200 600 - 1500
4 - 5 (10)
TiC
4,94
3017
600 - 800*
17,2
7,4 - 7,8
300 - 450
ca.3000 HV 0,5
225 - 450
1,7 - 3,8
TiN
5,21
2950*
600 - 700*
28,9
9,4
ca. 260
ca.2400 HV 0,5
493
3,4 - 5,5
B4C
2,52
2445
600 - 1447
(30 - 42)25
4,5 - 5,6
450 - 470
4980
310 - 350
2,9 - 3,7
AlN
3,0 - 3,26
2400-2800* 1000 - 1900
140 - 320
2,7 - 5,6
310 - 375
1230
300 - 350
3,35
(48 - 58)20
11,50-100
206
1 C 60
GG-20
Uyarılar:
7,85
1460
< 500
120 (a,b)
490-550 HV 10 Çekme:
800
140
7,15
1120 - 2000
< 500
45 - 52
10,5-12 0-100 90 - 115 160-240 HV 10 Çekme: 200
< 20
• Teknik seramiklerin birçok önemli özelliği, ör. Elektro-seramiklerin fonksiyonel özellikleri burada verilmemiştir. Bu liste en popüler
seramiklerin yalnızca önemli değerlerini göstermektedir.
• Seramiklerin malzeme verileri kural olarak üretim yöntemi, yoğunluk ve porozite ile hammaddenin saflık ve partikül tane büyüklüğü
dağılımı ve ayrıca yapıya bağlı olarak çok kuvvetli bir biçimde dağılım gösterir. Burada verilen değerler literatürden alınmış örnek
değerlerdir.
• Değerler kural olarak oda sıcaklığı ve normal basınç için verilmiştir. Termofiziksel değerler kural olarak bir sıcaklık aralığı için verilmiştir.
Sıcaklıklar indeks olarak °C cinsinden belirtilmiştir.
• * ile gösterilen sıcaklıklar bozunma veya süblimleşme sıcaklıklarıdır.
Kaynak: Brevier Technische Keramik; H. Schaumburg: Keramik; D.W. Richerson: Modern Ceramic Engineering; AZoM.com; diğer kaynaklar
Özet: Teknik Seramiklerin Özellikleri
Avantajları:
•
•
•
•
•
•
•
•
Yüksek sertlik ve aşınma direnci
Yüksek elastisite modülü
Düşük özgül ağırlık
Yüksek sıcaklık mukavemeti
Asit ve bazlara karşı kimyasal kararlılık
Fonksiyonel nitelikler (termofiziksel, elektrofiziksel, elektromekanik)
Uzun ömürlü / uzun süre saklanabilen hammadde esaslı
İyi bir çevresel güvenlik / duyarlılık
Dezavantajları:
•
•
•
•
•
•
Plastik şekil alabilirlik yok  gevrek kırılma
Lokal gerilim artışlarına karşı hassasiyet (noktasal ve çizgisel yükler, çentikler)
Sinterleme sonrası parçalarda kritik kalıntı gerilme dağılımı
Düşük termal (ısıl) şok direnci
Ön-hazırlık, şekillendirme ve ısıl işlem tekniklerinde maliyetli ve zaman isteyen
üretim prosesleri
Sert malzemelerin yüzey işlemlerinde yüksek maliyet
Seramik Üretimi: Şematik Genel Proses Şeması
Hammadde eldesi / sentezi
İstisnalar:
Gaz fazından veya termal püskürtme yöntemleri ile çöktürme,
Sol-Gel tekniği, organik veya organometalik prekürsörlerden piroliz
Hammadde hazırlama / öğütme, ince öğütme
!
 Toz
Karışım hazırlama / Feedstock eldesi
 Plastik şekil alabilir karışım,
çamur (slip) vb.
Şekillendirme
 “Yeşil” durum, yeşil parçalar,
ham kütle
Yeşil konumda işlemleme
Kurutma / Bağlayıcı giderme (Yakma)
 “Beyaz” durum
Ön-sinterleme (Ön-pişirme) / Beyaz işlemleme
Sinterleme (Pişirme)
Nihai işlemleme (talaşlı işlem, bitirme)
 Kaba parça
 Bitmiş parça
Seramik Parçaların İmalat Teknolojileri
Hammadde ve karışım hazırlama teknikleri:
Sinterleme ve ısıl işlem teknikleri:
•
•
•
•
•
• Sinterlemede difüzyon mekanizmasının
temelleri
• Basınçsız sinterleme, sıcak presleme
• Sıcak izostatik presleme (HIP) ve gaz
basıncıyla sinterleme
• Endüstriyel fırınlar ve ısıl işlem teknikleri
• İmalatta malzeme akışı ve manuel kontrol
sistemleri
• Seramik üretim sahalarında proses ve
ekipman teknolojileri
Toz karakterizasyonu
İnceltme teknikleri, ince öğütme
Karıştırma, emülsiyonlaştırma, dispersiyon
Bağlayıcı ve katışkıların kimyasal teknolojisi
Yarı-mamüllerin ve katı içerikli
süspansiyonların karakterizasyonu
• Püskürtmeli kurutma ve granülasyon
• Plastik davranışlı karışımların hazırlanması
Şekillendirme yöntemleri:
• Slip (çamur) döküm, basınçlı slip döküm
• Enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon, şerit döküm
(doctor blade)
• Eksenel presleme
• Soğuk izostatik presleme (CIP), kuru ve yaş
matrisli presleme
• Yeşil işleme
• Talaşlı imalat yöntemleri (hard machining)
Üretim ölçüm teknolojisi:
•
•
•
•
•
Boyutsal ölçüm ve yüzey karakterizasyonu
Mekanik özelliklerin belirlenmesi
Termofiziksel özelliklerin belirlenmesi
Mikroskopi ve mikroyapı analizi
Kalite kontrol (TQM yöntemleri)
Camlar
Cam, amorf (kristalin olmayan) bir katı malzemedir. Camlar tipik olarak gevrek/kırılgan ve optik
Genel bakış: • Silikat camlar (Alkali-toprak alkali-silikat camlar, borosilikat camlar, kurşun silikat camları)
• Oksidik bir ve daha fazla bileşenli camlar (silika camı, bor camı, fosfat camı)
• Oksidik olmayan ve silikat olmayan camlar (halojen cam, sülfür, selen, tellür camı)
En yaygın cam türü yüzyıllardır pencere ve bardaklarda
kullanılan soda-kireç camıdır. Yaklaşık olarak %75
silika (SiO2) artı Na2O, CaO ve küçük miktarlarda pek
çok katışkıdan oluşur.
Cam -bir madde olarak- bilim ve endüstride önemli bir
rol oynar. Kimyasal, fiziksel ve özellikle optik
özellikleri camı örneğin düz cam, cam kaplar, optik ve
optoelektronik malzemeler, laboratuvar ekipmanları,
ısı izolasyonu (cam yünü), takviye malzemeleri (cam
takviyeli plastik, cam fiber takviyeli beton) ve sanatsal
uygulamalar için eşsiz bir malzeme kılmaktadır.
aus: Armin Petzold: Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe (Charakteristik, Eigenschaften, Anwendungsverhalten)
olarak saydamdır. Camsı yapı “dondurulmuş veya aşırı soğutulmuş bir ergiyik” durumundadır.
Alman Parlamento (Reichstag) binasının cam kubbesi (Foto: Olaf Possin)
Silikat camı
Silika (SiO2) camın temel bir bileşenidir. Doğada
kuvarsın vitrifikasyonu yıldırımın kumlara
düşmesiyle meydana gelir ve fulgurit denilen içi boş,
dallanmakta olan kökler şeklindedir.
Cam üretiminin tarihçesi Mezopotamya’da M.Ö.
3500’lere kadar uzanmaktadır. Cam terimi geç Roma
İmparatorluğu devirlerinde gelişmiştir. Zamanında
Roma cam yapım merkezi olan Trier (Almanya)’da
latinceye bir terim «glesum» olarak muhtemelen
germen dilinden geçmiştir.
Kuvars kumu (silika) ticari cam üretiminde ana
hammaddedir. (Foto: Radomil)
Cam
Ağ oluşturan oksitler: SiO2, B2O3 ve P2O5
Eriticiler: ergime sıcaklığını düşürür
Oksitler
Eriticiler
Stabilizatörler
Stabilizatörler: CaO, BaO, PbO, MgO ve
ZnO
Kuvars
Kristal yapısında SiO2 (Kuvars kristali)
Cam yapısında SiO2 (Kuvars camı)
Camların Biçimlendirilmesi
Ana maddelerin hazırlanması ve eritme evrelerinden sonra sıra dinlendirilmiş cam hamurunun biçimlendirilmesine gelir. Cam
malzeme, sekiz yöntemle biçimlendirilir:
a) Üfleme (Şişirme) Yöntemi
Camcılıkta "pipo" denilen uzun içi boş olan çubuğun ucuna alınan maden, bir miktar şişirilerek fıska denilen minik bir top
şekline getirilir ve soğuktan çok fazla etkilenip çatlamayacak kadar soğutulur. Daha sonra yapılacak cam ürününün ağırlık
ve boyutları dikkate alınarak fıskanın ucuna tekrar maden alınır. Alınan maden, kalıp kullanılacaksa kalıptan bir miktar
küçük boyutta şişirilip kalıba sokulur. Kalıp içerisinde üflemeye devam edildiğinde kalıbın şekil boy ve desenlerine göre cam
elde edilir. Kalıp kullanılmayacaksa sallama, uzatma gibi yöntemlerle cama şekil verilir. Bu durumda çeşitli araç gereç
kullanılarak cam soğuyup sertleşene kadar istenilen şekillere sokulabilir.
b) Dökme-Silindirleme Yöntemi
c) Çekme Yöntemi
d) Yüzdürme Yöntemi
Günlük hayatın büyük bir kısmında yer eden ev camlarının üretiminde bu yöntem kullanılmaktadır. Büyük boyutlarda ve
her iki yüzeyi düz olan ev-ofis camları ısıcamların üretiminde kullanılan yüzdürme yöntemi,ergimiş camın yoğunluğu
camın yoğunluğundan daha ağır ve erime derecesi daha düşük olan sıvı kalayın üstüne kontrollü bir şekilde dökülüp
yüzdürülmesiyle şekillendirme yöntemidir
e) Presleme Yöntemi
Pres tezgahlarında manuel olarak madenci tarafından "fonga" denilen ucu top şeklindeki uzun bir çubuk ile bırakılan
maden, otomatik ve el preslerine bağlanan küçük boyutlardaki kalıplara bırakılır. Uygulanan basınçla sıkışan, iç ve dış
kalıbın içerisinde soğutularak cam elde edilir. büyük boyutlarda pres yönteminin kullanılmasında çeşitli sakıncalar bulunur.
Maksimum 2,5 kg'a kadar pres yöntemi ile üretim yapılabilir.
f) Lif Haline Getirme Yöntemi
g) Köpük Haline Getirme Yöntemi
h) Savurma Yöntemi
Bu yöntemde 500-900 devir arasında moment verilmeye müsait tezgahlara bağlı kalıplar içerisine farklı tarzlarda bırakılan
akıcı biçimdeki maden, dönüş esnasında santrifüj kuvvetin etkisiyle dışa doğru açılma eğilimi gösterirler. Taban, bazı
bardak çeşitleri, avizeler, meyvelikler ve bu tarzdaki cam çeşitleri bu yöntemle elde edilirler.
ı) Diğer biçimlendirme yöntemleri
Camların İşlenmesi
Biçimlendirme sonrasında üretilen cam, kullanılacak niteliklere sahip olmayabilir. Aşağıda belirtilen yöntemler ve uygulanan
işlemlerle camı kullanılacak alana uygun hale getirilmektedir.
Kesim işlemi
Üretim ardından istenilen boyutlara ulaşmayan camlar istenilen ebat veya şekil düzeltme amacıyla kesim işlemi
yapılmaktadır.
Temperleme
Temperleme işlemi; yatay hat üzerinde camın dış yüzeylerine daha fazla basınç gerilimi, cam ortasına ise dolaylı
bir çekme gerilimi kazandırmak için, ölçüsüne göre kesilmiş ve kenarları düzeltilmiş camın, ergime noktasına
kadar (625-645 °C) kontrollü ısıtılıp, hızla soğutularak camın yüzeylerine 6000 Pa basınç ön gerilimi
kazandırma aşamalarını içerir.
Rodajlama
Camın keskin uçlarına elmas taş ile profil kazandırma işlemidir.
Lamine
Kırılmaz cam olarak bilinsede aslında kırılan fakat dağılmayan camdır. Plaka haline getirilmiş iki plaka camın iki
tarafıda yapışkanlı bir folyo (p.v.b.) ile birleştirilmesi ile oluşur.
Renklendirme
Şeffaf camlar camın uygulama alanına göre dekoratif bir görüntü oluşturmayacağı için kullanım alanına göre
renklendirilebilirler.
Folyolama
Asit ve kumlama
Asit ve kumlama işlemi, cam yüzeyinde aşındırma meydana getirerek dekoratif görüntü verme işlemleridir.
Bombeli Temper
Bu işlemde temperleme anında ısıl şok uygulanan cam soğutulmadan, belirli redius (yarıçap) oranında bükülür.
Temper makinesindeki soğutma bükülme anında uygulanmaktadır. Bir kenarı 230mm'den küçük olan camlar
silindirler arasında tutunamayacağından dolayı temperleme ve bombeleme yapılamaz.
Cam-seramik Üretimi (CERAN®, ROBAX®)
Cam ile Seramiğin Ayrım Noktası:
«Devitrifikasyon»: Belirli bir sıcaklık düzeyinde ve çekirdeklenmelerin eşliğinde cam malzemelerin kristalleştirilmesi.
«Cam-seramik»:
Camlardan veya cam ergiyiklerinden kontrollü kristalizasyon ile üretilen seramik.
1. Aşama: Cam eldesi
Cam-seramik ocak tablalarının üretimi:
Belirli bir Zaman-Sıcaklık çevrimi ile seramikleştirme işlemi
(700 - 1100°C)
Çekirdeklenme merkezleri yapıda bulunmalı
Partikül yoğunluğu: 109 - 1017/cm3
Kristalit büyüklüğü: 0,1 - 1 µm
Bu değer < 0,4 µm ise malzeme saydam olacaktır.
2. Aşama: Cam-seramik eldesi
Cam-seramikler aslında Schott Glas (Mainz, Alm.)
tarafından astronomik teleskopların yansıtıcısı için
geliştirilmiştir.
Kendine özgü bazı özellikleri (ör: çok düşük ısıl genleşme
katsayısı) nedeniyle bu ve bunun gibi diğer teknik
uygulamalarda değerini ve önemini kanıtlamıştır.
Cam-Seramikler: Uygulama Örnekleri
Very Large Telescope Projesi
Paranal Gözlemevi, Cerro Paranal, Şile (rakım 2640 m, max. 8,2 m,
kütle 20 t, Dünya’nın en büyük cam-seramik gövdesi,
Seramikleştirme prosesi (ZERODUR®) bir yıldan fazla sürmüştür)
Ocak tablası
„Chandra“ X-Işın Teleskobu (NASA)
Uzay Teleskopları
Farklı yansıtıcı malzemelerinin ısıl dayanıklılık
ve spesifik rijitlik değerleri karşılaştırması
Dünya’nın atmosferik geçirgenliğini (opaklığını) baz alan bir elektromanyetik
spektrum diyagramı ve spketrumun farklı bölgelerini kapsayan teleskop türleri
Ref: Onaka, T. And Nakagawa, T., Adv. in Space
Res. 36 (2005) 1123-1127
Uzay teleskop programı
Kurum ve Fırlatılış
Yansıtıcı Malzeme
Dalgaboyu aralığı
Hubble (HST)
NASA/ESA, 1990
ULE®
UV, optik ve yakın kızılötesi
Spitzer (SST)
NASA, 2003
Berilyum
Yakın kızılötesi
Akari (ASTRO-F)
JAXA, 2006
SiC
Yakın ve uzak kızılötesi
Herschel (HSO)
ESA, 2009
SiC
Uzak kızılötesi ve mm-altı
SPICA
JAXA, 2010  2017
HB-C-SiC
Orta ve uzak kızılötesi
James Webb (JWST)
NASA/ESA/CSA, 2013
Berilyum
Yakın ve orta kızılötesi
Uygulama: Binek Oto Fren Diskleri için Cf/Si(RB)SiC Seramikleri
Fren sistemlerinin teknik gelişimi
1887
-
Carl Benz’in “Otomobil patenti”:
El manivelası ile kontrol edilen bir bant-fren üzerinden
frenleme
Benz patent otomobili, 1886
1950’lerÖnce iki, sonra dört tekerlekte kampana fren
1951
-
Formula 1 yarışlarında ilk masif disk tipi frenler:
Cooper T24 ile Stirling Moss Monza’da
Jaguar, Le Mans 24 Saat yarışını kazandı
1964
-
Dunlop, Ferrari için içten hava soğutmalı diskleri geliştirdi:
½ inç kalınlık, 12 inç çap
1978
-
İlk seri otomobil olarak Porsche Turbo’ya çok katmanlı fren sistemi
monte edilmeye başlandı (Porsche 917’den adapte edildi)
1982
-
Renault CFC fren disklerini Formula 1’e taşıdı
Renault RE 30, 1982
Cooper T 20, 1952
Porsche 917, 1971
Ferrari 158, 1964
Uygulama: Binek Oto Fren Diskleri için Cf/Si(RB)SiC Seramikleri
Motivasyon: Hafif yapı, yüksek sıcaklık dayanımı, kritik sürtünme katsayısı
Kaynak: auto motor sport, 17, 2000
Mercedes CL 55 AMG F1
Porsche 911 turbo
Frenleme diyagramı
100 km/h’ten yavaşlama
5 ardışık fren mesafesi
maksimum hızın %80’inden
(240 km/h – Porsche
200 Km/h – CL 55 F1)
Uygulama: Binek Oto Fren Diskleri için Cf/Si(RB)SiC Seramikleri
Seramik fren diskleri oto-testinde
Porsche 911 turbo
Seramik fren diski,  350 mm, (opsiyonel kit)
d = 34 mm ön diskler, 28 mm arka diskler
Fiyat: 9000 €
Kaynak: auto motor sport, 17, 2000
Mercedes CL 55 AMG F1
Seramik fren diski,  370 mm, (sınırlı sürüm)
d = 36 mm ön diskler
Fiyat: ~ 6000 € (19” jantlarla birlikte)
Uygulama: Binek Oto Fren Diskleri için Cf/Si(RB)SiC Seramikleri
Problem:
Uygun bir fren balatasının geliştirilmesi
Bir Porsche GT2’nin yüksek hız testinden
sonra seramik fren diski:
Fenolik reçine ile bağlanmış (mikroyapısal
olarak) fren balatalarında yapışma problemi
Uygulama: Yarış Otomobillerindeki Fren Diskleri için C/C Kompozitler
Formula 1 (Ferrari)
DTC, Le Mans (Toyota GT One, ...
Kaynak: ams, sport auto, IFKB
Uygulama: Uçak Frenleri için C/C Kompozitler
Motivasyon: Hafif yapı, Yüksek sıcaklık dayanımı, termal yük altında kritik sürtünme davranışı
C 17 Globe Master III
Uygulama: Roket Motorlarında C/C Kompozitleri
Motivasyon: Hafif yapı, yüksek sıcaklık mukavemeti
Apollo programındaki
taşıyıcı roketler
Malzeme Üretim Yöntem ve Süreçleri
Yrd. Doç. Dr. Enbiya Türedi
DIN 8580 Standardına Göre İmalat Yöntemleri
DIN 8580 “İmalat Yöntemleri” (Standart DIN 8580:2003-09) mühendislikte imalat yöntemlerinin genel bir şemasını
aşağıda verildiği şekilde sunmaktadır (Tablo 1: Ana grupların temel karakteristikleri):
Şekil oluşturmak
Bütünlük oluşturmak Bütünü tamamlamak
Temel grup 1
Ana şekillendirme
Malzeme özelliğini
değiştirmek
Şekil değiştirmek
Temel grup 2
Şekil değiştirme
Bütünü azaltmak
Temel grup 3
Ayırma
Bütünü artırmak
Temel grup 4
Ekleme/Birleştirme
Temel grup 5
Kaplama
Temel grup 6
Özellik değiştirme
1-6 arasıdanki temel gruplar ayrıca grup ve alt gruplara ayrılmıştır. Örneğin ana şekillendirme:
Temel grup
1. Ana
şekillendirme
Gruplar
Alt gruplar
1.1 Akışkan durumdan şekillendirme
1.1.1 Döküm
1.2 Plastik durumdan şekillendirme
1.2.2 Enjeksiyon kalıplama
1.3 Hamur durumdan şekillendirme
1.2.4 Ekstrüzyon
1.4 Tane veya toz durumundan şekillendirme
1.3.2 Slip (çamur) döküm
1.5 Kırpıntı veya fiber durumundan şekillendirme
1.4.3 Termal püskürtme ile
şekillendirme
1.8 Gaz veya buhar durumundan şekillendirme
1.9 İyon durumundan şekillendirme
1.8.1 Fiziksel buhar fazından
çöktürme (PVD)
Not: Ana şekillendirme grubunda -kaplamanın aksine- kaynaklama ve lehimleme açısından uygulama söz konusu
olmadığı için 1.6 ve 1.7 nolu grup numaraları boş geçilmiştir.
DIN 8580 Standardına Göre İmalat Yöntemleri
DIN 8580 “İmalat Yöntemleri” (Standart DIN 8580:2003-09) mühendislikte imalat yöntemlerinin genel bir şemasını
aşağıda verildiği şekilde sunmaktadır (Tablo 1: Ana grupların temel karakteristikleri):
Şekil oluşturmak
Bütünlük oluşturmak Bütünü tamamlamak
Temel grup 1
Ana şekillendirme
2. Şekil
değiştirme
3. Ayırma
Malzeme özelliğini
değiştirmek
Şekil değiştirmek
Temel grup 2
Şekil değiştirme
Bütünü azaltmak
Temel grup 3
Ayırma
Bütünü artırmak
Temel grup 4
Ekleme/Birleştirme
Temel grup 5
Kaplama
Temel grup 6
Özellik değiştirme
2.1 Basma ile şekil değiştirme
2.1.1 Haddeleme
2.2 Çekme ve basma kombinasyonuyla şekil değiştirme
2.1.3 Kalıpta şekillendirme
2.3 Çekme ile şekil değiştirme
2.1.5 Ekstrüzyon
2.4 Eğme ile şekil değiştirme
2.2.2 Derin çekme
2.5 Kayma ile şekil değiştirme
2.3.1 Gererek şekillendirme
3.1 Bölme
3.2.1 Tornalama
3.2 Geometrik olarak belirli bir talaş kaldırma
3.2.2 Delme
3.3 Geometrik olarak belirsiz bir talaş kaldırma
3.2.3 Frezeleme
3.4 Kaldırma/çıkarma/oyma
3.3.2 Zımparalama
3.5 Sökme
3.3.3 Honlama
3.6 Temizleme
3.3.4 Lepleme
DIN 8580 Standardına Göre İmalat Yöntemleri
DIN 8580 “İmalat Yöntemleri” (Standart DIN 8580:2003-09) mühendislikte imalat yöntemlerinin genel bir şemasını
aşağıda verildiği şekilde sunmaktadır (Tablo 1: Ana grupların temel karakteristikleri):
Şekil oluşturmak
Bütünlük oluşturmak Bütünü tamamlamak
Temel grup 1
Ana şekillendirme
4. Ekleme /
Birleştirme
Temel grup 2
Şekil değiştirme
Bütünü azaltmak
Temel grup 3
Ayırma
4.1 Montaj
4.2 Doldurma
4.3 Mekanik olarak birleştirme
.
.
.
4.8 Kaynakla birleştirme
5. Kaplama
Malzeme özelliğini
değiştirmek
Şekil değiştirmek
5.1 Boyama, Vernikleme
5.2 Emaye kaplama, Sırlama
5.3 Elektrostatik kaplama
5.4 Termal püskürtme ile kaplama
.
.
.
5.9 Galvanik kaplama, Kimyasal kaplama
Bütünü artırmak
Temel grup 4
Ekleme/Birleştirme
Temel grup 5
Kaplama
Temel grup 6
Özellik değiştirme
6. Özellik
değiştirme
6.1 Şekil değişimi ile sertleşme
ör: Haddeleme, çekme, dövme, vs.
6.2 Isıl işlem
ör: Tavlama, suverme, izo. dönüşüm, vs.
6.3 Termomekanik işlem
6.4 Sinterleme ve Pişirme
6.5 Manyetikleştirme
6.6 Işınlama (Radyasyon)
6.7 Fotokimyasal yöntemler
Download

Malzeme: Tanımlama ve Seçim - Kocaeli Üniversitesi Metalurji ve