Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu. » Maddenin elektron yapısının ortaya koyduğu dielektrik, elektriksel ve ısıl yalıtkanlık, manyetiklik ve iletkenlik gibi.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu. » Maddenin elektron yapısının ortaya koyduğu dielektrik, elektriksel ve ısıl yalıtkanlık, manyetiklik ve iletkenlik gibi."— Sunum transkripti:

1 Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu

2 » Maddenin elektron yapısının ortaya koyduğu dielektrik, elektriksel ve ısıl yalıtkanlık, manyetiklik ve iletkenlik gibi özelliklerin kullanıldığı uygulamalar için kullanılan seramikler genel olarak “fonksiyonel amaçlı seramikler” şeklinde tanımlanabilir. » Elektriksel Özellikler » Malzemelerin elektriksel özellikleri elektron yapıları ve elektron hareketleri ile ilgilidir. Elektronların elektriksel alan elektro manyetik radyasyon ve sıcaklık etkisinde davranışları elektriksel özellikleri oluşturur. Bu etkileşmede en önemli etken valans elektronlarıdır. Valans altı elektronlar çevredeki valans elektronları tarafından korunurlar ve sürekli çekirdeğin elektriksel alanının etkisinde kalırlar. Dolayısıyla elektriksel özelliklere katkıları önemsizdir. 2

3 » I. Elektriksel İletkenlik » II. Elektriksel Kutuplaşma » III. Manyetiklik » IV. Elektro manyetik radyasyon ve emilme 3 Elektronların dış alanlarla etkileşmesi sonucu doğan olaylar dört ana grupta toplanabilir.

4 » I. Elektriksel İletkenlik » Elektriksel alanın oluşturduğu coulomb kuvvetleri etkisindeki elektronların malzeme içinde uzak mesafeli hareketleri elektriksel iletkenliği sağlar. Bu özelliğe sahip malzemelere iletken malzemeler denir. Özellikle çok sayıda serbest elektron içeren arı metallerin iletkenlikleri çok yüksektir. İyonsal ve kovalan malzemelerde serbest elektron bulunmadığından normal olarak yalıtkan sayılır. » Ancak bazlarında yeterli elektriksel alan veya yüksek sıcaklık uygulanırsa yeterli sayıda elektron aktive edilerek serbest hale geçirilir ve iletkenlik sağlanabilir. Bu tür malzemelere «yarı iletken malzemeler» denir. 4

5 » Bir maddenin iletkenliğini belirleyen en önemli faktör, atomlarının son yörüngesindeki elektron sayısıdır. Bu son yörüngeye "Valans Yörünge" üzerinde bulunan elektronlara da "Valans Elektron" denir. Valans elektronlar atom çekirdeğine zayıf olarak bağlıdır. Valans yörüngesindeki elektron sayısı 4'den büyük olan maddeler yalıtkan 4'den küçük olan maddeler de iletkendir. Örneğin bakır atomunun son yörüngesinde sadece bir elektron bulunmaktadır. Bu da bakırın iletken olduğunu belirler. » Yalıtkan maddelerin atomlarının valans yörüngelerinde 8 elektron bulunur. Bu tür yörüngeler doymuş yörünge sınıfına girdiği için elektron alıp verme gibi bir istekleri yoktur. Bu sebeple de elektriği iletmezler. 5

6 » Elektriksel özelliklere iyi bir başlama noktası Ohm Kanunu’dur. Buna göre; » V=I.R » V = uygulanan voltaj, R = direnç (W), I = akım » Elektriksel potansiyel gradyanta göre Ohm Kanunu tekrar yazılırsa; » σ= (L/A). R » Burada σ, malzemenin iletkenlik katsayısıdır. Orantılılık katsayısı ρ’ya özgül direnç denir ve birimi ohm.m’dir. Özgül direncin tersine özgül iletkenlik veya kısaca iletkenlik denir. Birimi (ohm.m) -1 ’dir. » σ= 1/ ρ 6 R = ρ.(L/A)

7 » Özgül dirençlerine veya iletkenliklerine göre malzemeler üç sınıfa ayrılırlar. İletkenlikleri 10 4 (ohm.m) -1 ’den büyük olanlar iletken, (ohm.m) -1 arasında olanlar yarı iletken ve (ohm.m) -1 ’den az olanlar yalıtkan sayılır. İletken tanelerin ince yalıtkan tane sınırları ile sarıldığı yapıya sahip seramiklerde tane sınırlarındaki potansiyel bariyeri uygulanan voltajla azalır veya aniden çökerse seramik voltaja bağımlılık gösteriyor denir. » Genel olarak, iletkenlerin çoğunun özdirençleri sıcaklık ile artar ve bu davranış aşağıdaki eşitlik ile verilir. » ρ = ρ o.(1+α.ΔT) » Burada ρ 0 iletkenin belli bir ısıda (mesela 20 0 C de) özdirenci, ΔT sıcaklık farkı ve α ise söz konusu iletkenin sıcaklık sabitidir. Ancak yarıiletkenlerde özdirenç sıcaklık ile azalır. Bu durum sıcaklık sabiti α’nın negatif değer alışıyla ortaya çıkar. Yalıtkan, yarı iletken veya iletken seramik malzemelerde bu davranışların belirlenmesi gerekmektedir. 7

8 » Seramik malzemeler tüm malzemeler arasında en farklı özgül iletkenlik özelliğini sergilerler. En iyi yalıtkanlar seramiklerdir. Uygun koşullarda en iyi iletkenler de yine seramiklerdir. Diğer yandan birçok seramik yarıiletkendir ve bazıları da oda sıcaklığında metaller kadar yüksek özgül iletkenliğe sahiptir. Bu nedenle seramikler endüstride çok çeşitli elektrik ve elektronik uygulamalarda kullanılmaktadırlar. 8

9 » II. Elektriksel Kutuplaşma » İletken olmayan bazı malzemelere elektriksel alan uygulandığında elektron ve iyonlar yer değiştirir. Bunun sonucu bazı malzemelerin, elektriksel alan etkisinde boyutları değişir veya elektriksel alan uygulandığında elektriksel alan doğar. » «Piezoelektrik» denen bu etkilerden yararlanarak elektro manyetik dönüştürücüler (transdüserler) geliştirilmiştir. Bu özelliğe sahip malzemeler titreşim ölçmede, mikrofonlarda ses aygıtlarında ve benzer alanlarda kullanılırlar. Diğer taraftan mikrodalga ısıtıcılarının çalışması elektriksel kutuplaşmaya dayanır. 9

10 » III. Manyetiklik » Kendi eksenleri etrafında dönen elektronlar manyetik kutba sahiptir ve dolmamış valans altı enerji düzeyine sahip atomlarda ise «manyetik kutup çifti» vardır. » Bazı malzemelerde bu manyetik kutuplar dış manyetik alan etkisinde yönlendirilerek net manyetiklik sağlanabilir. Bu özelliğe sahip manyetik malzemeler sürekli mıknatıs, elektrik motoru, jeneratör gibi bir çok aygıtlarda kullanılır. 10

11 » IV. Elektro manyetik radyasyon ve emilme » Elektro manyetik dalgalar eş zamanlı değişken elektriksel ve manyetik alan niteliğinde olduklarından malzemelerde, elektronlarla ve elektriksel kutuplarla etkileşir. » Bu etkileşme sonucu yansıma, emilme, kırılma, renklenme, foto iletkenlik (bir maddenin morötesi ışık, gamma ışınları veya görünür ışık gibi elektromanyatik ışınımları soğurarak elektrik iletkenliğinin değişmesine verilen isimdir.) lüminans olayları ve lazer ışınları oluşur. 11

12 » Atom gruplarının elektronik yapıları incelenerek, elektriksel özellikleri saptanmakta ve buna bağlı olarak elektrik ve elektronik malzemeler seçilebilmektedir. Benzer biçimde, bir malzemenin elektrik alanına ya da manyetik alana tepkisi saptanarak manyetik malzeme seçimi yapılabilmektedir. » Elektrik alana tepki dielektrik özellikler ve değerler yardımıyla saptanmaktadır. Dielektrik malzemelerin diğer özelliklerini kutuplaşma, piezoelektrik ve ferroelektrik özellikler belirlemektedir. 12

13 13 ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİNDEN FAYDALANILAN SERAMİKLER

14 14 Elektriksel özelliklerinden faydalanılan seramik malzemeler: 1. İzolasyon Malzemeleri (Alümina, magnezya, berilya...) 2. Ferroelektrik seramikler (Baryum titanat, stronsiyum titanat...) 3. Piezoelektrik seramikler (kurşun oksit, zirkonya, titanatlar...) 4. İyonik iletken seramikler (sensörler) (beta alümina, zirkonya...) 5. Yarı iletken seramikler (baryum titanat, SiC, ZnO-Bi 2 O 3 ) 6. Süper iletken seramikler (CuO, BaO, Y 2 O 3, La 2 O 3 )

15 15 Elektriksel seramiklerin sınıflandırılması fb = fiber, fl = film, po = tercihli yükleme, pd = toz, pl = polarize, po =gözenekli, sc = tek kristal, st = sinterlenmiş kitle

16 » Seramik altlıklar » Günümüzde, entegre devrelerin bir araya getirilerek monte edildiği zemin, ya plastik ya da seramiktir. » Son yıllarda geliştirilen entegre devreler küçülmüş ve hızları artmış olup, bunun sonucu açığa çıkan ısı da artmıştır. Bu nedenle seramik taban malzemelerinin önemi artmıştır. » İyi bir seramik malzemede (4 özellik); iyi elektrik izolasyonu, kimyasal kararlılık, yüksek ısı iletimi ve dayanım, yarı-iletken malzeme ile ısıl genleşme katsayılarının uyumlu olması gerekliliği gibi özellikler ön plana çıkmaktadır. Bir malzemede tüm bu özellikleri sağlamak olanaklı değildir. 16

17 » Bununla beraber, % 94-99,5 saflıktaki Al 2 O 3 bu özellikleri çok büyük oranda karşılayabilmektedir. » Ancak, çok gelişmiş sistemlerde açığa çıkan ısının çok olması bu malzemenin de yetersiz olmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, Al 2 O 3 yanında, % 5’ten çok olmamak koşuluyla, BeO kullanılarak bu sakınca azaltılabilmektedir. » BeO ısı iletkenliği yüksek, elektrik özellikleri çok iyi bir bileşiktir. » Daha yeni uygulamalarda da, alüminyum nitrür ve silisyum karbür karışımları kullanılmaktadır. 17

18 18 Bazı altlık seramiklerin özellikleri BeO’in ısıl iletkenliği % 99 saflıktaki alüminadan sekiz kat daha iyidir. BeO seramiklerinin ısıl genleşmesi, yarı-iletken silisyumunkinden iki kat fazladır. Bu nedenle BeO taban üzerine yerleştirilen Si yongasının bağlantı yerlerinde genleşmeler, deformasyonlar oluşmaktadır.

19 » Altlık olarak kullanılan seramik malzemeler şunlardır: » Safir (Al 2 O 3 ), alümina (%99,5 Al 2 O 3 ), BeO, zirkon (ZrO 2.SiO 2 ), müllit (3Al 2 O 3.SiO 2 ), steatit (MgO. SiO 2 ), fosterit (2MgO. SiO 2 ), kuvars camı (SiO 2 ), bor nitrür (BN), silisyum nitrür (Si 3 N 4 ), silisyum karbür (SiC), silisyum kristali (Si). » Bir altlıkta aranan özellikler şunlardır: +Mümkün olduğunca yüksek ısıl iletkenlik +Yüksek yalıtım, düşük dielektrik kayıp ve yüksek voltaja dayanıklılık +Kimyasal kararlılık +Düzgün yüzey +Minimum radyasyon yayması +Vakumda ısıl işlem ve diğer üretim işlemleri sırasında dayanıklılık +Şekil bozukluğuna uğramaksızın yüksek mekanik dayanım +Düşük fiyat 19

20 » Yüksek elektrik direncine sahip malzemeler dielektrik malzemeler olarak adlandırılır. Piezoelektrik özellik sadece dielektrik malzemelerde görülebilir. Dielektriğin en önemli uygulama alanları da kapasitörlerdir. » Dielektrik malzemeler kullanım alanlarına göre üç grupta toplanabilirler: » a) Piezoelektrik Malzemeler » b) Yalıtkan Malzemeler » c) Kondansatör Malzemeler 20 Dielektrik Malzemeler

21 21 Yalıtkanlık (Dielektrik) sabiti, bir malzemenin üzerinde depolayabilme yeteneğini ölçmeye yarayan katsayıdır. ε ile gösterilen dielektrik sabiti aslında "boşluğun dielektrik sabiti" ve "malzemenin bağıl dielektrik sabiti" adı verilen iki bileşenden oluşur. Hesaplama kolaylığı açısından her malzemenin dielektrik katsayısı, boşluğun dielektrik katsayısına göre oranlanır ve ortaya çıkan yeni katsayıya bağıl dielektrik (yalıtkanlık) sabiti adı verilir.

22 22 Bazı malzemelerin dielektrik sabitleri Yalıtkanların dayanabileceği elektriksel alan şiddeti sınırlıdır. Eğer uygulanan gerilim kritik bir değeri aşarsa yalıtkanda, özellikle kusurlu bölgelerde mevcut elektronlar enerji aralığını atlayarak serbest hale geçer, bunlar da diğer elektronlara çarparak bir elektron seli oluşturabilirler. Bunun sonucu olarak malzemenin yalıtkanlık özelliği kaybolur. Buna «elektriksel göçme» denir. Her yalıtkan bu göçmeye karşı belirli bir dielektrik dirence sahiptir. İç yapı kusurları, kimyasal bozulum, çatlaklar, boşluklar ve yüksek sıcaklık bu direnci azaltır.

23 » Piezoelektrik malzemeler » Piezoelektrik sözcüğü, Latince “bastırmak-press” anlamına gelen “piezo” ön ekinden türetilen “piezoelektrik” kavramından gelir ve basitçe, üzerine mekanik bir basınç uygulanan bazı kristal ve seramik malzemelerde bir elektriksel gerilimin oluşması olarak tanımlanabilir. Piezoelektrik etki denen bu olgunun terside söz konusudur. 23

24 » Piezoelektrik etkinin bulunuşu, Pierre ve Jacques Curie’nin 1880 yılında teorik olarak bazı kristallerin mekanik kuvvetler altında elektriksel olarak kutuplanabildiklerini keşfetmelerine dayanmaktadır. Pierre ve Jacques Curie, kuvars, turmalin ve roçelle (rochelle) tuzu üzerinde yaptıkları deneylerde bu etkiyi gözlemlemişlerdir. 24

25 » 20. ve 21. yüzyılda doğal piezoelektrik kristallerin yanında metal oksit bazlı piezoelektrik seramikler, polimer piezoelektrik malzemeler ve diğer yapay piezoelektrik malzemeler geliştirilmeye başlanmıştır. » İlk çok kristalli ferroelektrik seramik, 1943 yılında ABD, Japonya ve Sovyetler Birliği’ndeki araştırmacıların birbirlerinden habersiz şekilde buldukları baryum titanattır (BaTiO 3 ). Perovskit yapıda olan baryum titanat, 1954 yılında PZT (kurşun zirkonat titanat)’nin bulunmasına kadar geçen 11 senelik süre zarfında kullanılan başlıca piezoelektrik seramik malzeme olmuştur. O günden bu yana tasarımcılara doğrudan ve dolaylı piezoelektrik etkiden, birçok yeni uygulamada yararlanma imkanı doğmuştur. Bu malzemeler genellikle fiziksel olarak dayanıklı, kimyasal olarak kararlı ve nispeten ucuz imal edilebilirler. 25

26 » Mekanik kuvvetlerin elektrik sinyaline dönüştürülmesine örnek olarak, geniş bir frekans aralığında hızlanmaları ölçen ivmeölçerler, piezoelektrik algılayıcılar (sensörler), plaklardaki izler dolayısı ile titreşen iğnenin yarattığı elektriksel tepkileri toplayan pikap kartuşlarını verebiliriz. Elektrik sinyallerinin mekanik tepkiye dönüşümüne örnek olarak da dalgalı akım girişiyle (AC) titreşen ve bir kap içindeki sıvının şiddetle karışmasını sağlayan ultrasonik temizleme cihazının transdüseri gösterilebilir. Ayrıca piezoelektrik malzemelerden, piezoelektrik motorlar, nanometre hassasiyetinde hareketler ve ayarlamalar, utrasonik enerji üretimi, sonar sinyal üretimi, akışmetreler, seviye ölçerler, hidrofonlar, hızlandırıcılar, kimya ve gıda endüstrisinde kimyasal reaksiyonların kontrolünde kullanılan sonokimyasal uygulamalar yapılmaktadır. 26

27 » Doğru tasarım ve uygun piezoelektrik malzeme seçimiyle, uygulamalarda kullanılmak üzere, frekansı Hz (hertz) ile MHz (megahertz) arasındaki kuvvet ve şekil değiştirmeler, mikrometre (μm) seviyelerindeki hareketler, mN (miliNewton) ile kN (kiloNewton) arasındaki kuvvetler yüksek duyarlılıkla algılanabilir. » Doğru tasarlanmış endüstriyel bir piezoelektrik seramik sensör, kirli, yağlı ve hatta kimyasal ortamlar gibi çok ağır ve kötü koşullarda başarı ile kullanılabilir. Çalışma koşulları geniş bir sıcaklık aralığını, ani ve şiddetli darbeleri ve/veya titreşimleri kapsar. 27

28 » Piezoelektrik özelliğin arkasında yatan mekanizma malzemelerin birim hücrelerindeki asimetridir. Tüm malzemeler elektrik alana maruz bırakıldığında boyutlarında küçük değişimler gösterirler. Eğer bu değişim sonucunda meydana gelen gerinim, uygulanan elektrik alanın karesi ile orantılı ise bu durum elektrositriktif etki olarak bilinir. » Uygulanan mekanik gerilim altında, simetri merkezine sahip olmayan kristal yapısındaki malzemeler içerisinde kutuplaşmanın meydana gelmesi ve tersi olarak da aynı kristal yapıya sahip malzemelerde, uygulanan elektrik alan altında şekil değişiminin meydana gelmesi piezoelektrik özelliğe sahip malzemelerde görülen bir davranıştır. 28

29 29 Baryum titanatın Currie sıcaklığının (120°C) üstündeki (YMK) ve altındaki kristal yapısı Yüzey merkezli kübik yapı Tetragonal yapı a=b≠c

30 30 T<120°~ 0°C T<-90° Baryum titanatın faz değişimleri

31 Bazı Ferroelektrik MalzemelerTc ( o C) Barium Titanate, BaTiO Potassium niobate, KNbO Potassium dihydrogen phosphate, KDP, KH 2 PO Lead Titanate, PbTiO Lithium Niobate, LiNbO Bismuth Titanate, Bi 4 Ti 3 O

32 » Piroelektrik malzemelerden Trigliserin sülfat, infrared ışın hedefi olarak, LiTaO 3, Pb(Zr,Ti)O 3 infrared sensör olarak mutfak fırınlarında, otomatik kapı sistemlerinde ve gizli giriş alarmlarında kullanılmaktadır. » PbTiO 3, kurşun titanat düşük dielektrik sabite ( ∼ 190), yüksek mekanik kalite, kararlılık ve Curie sıcaklığına ( ∼ 490°C) sahip olması nedeniyle, yüksek frekans ve yüksek sıcaklık uygulamaları için arzu edilen piezoelektrik malzemedir. » PbTiO 3 içerisinde Ti yerine az miktarda Nb ya da Ta eklenmesi, nispeten yoğun ( ∼ % 90 teorik) PbTiO 3 seramiklerin üretiminde etkin bir rol oynamaktadır. Bunun yanında, kübik yapıdan tetragonal yapıya dönüşümde oluşan ani deformasyon nedeniyle PbTiO 3 seramikleri poroz ve gevrektir. 32

33 » CdS, ZnO, PbTiO, AlN, PLZT, LiNbO 3, Bi 12 PbO 19 ve K 3 Li 2 Nb 5 O 15 gibi çeşitli piezoelektrik filmler geliştirilmiştir. Bunlardan ZnO ve AlN, ya tek-kristal olarak ya da c-ekseni yönlendirilmiş piezolelektrik film olarak üretilmektedir. » Yönlendirilmiş ZnO filmleri, cam, ergimiş kuvars, silisyum, safir ve metal substrate üzerine sentezlenebilmektedir. İnce film halinde AlN, “surface acoustic wawe” (SAW) gibi yüksek frekans uygulamaları için en uygun malzemelerden birisidir. 33

34 34 Piezoelektriklerin bazı kullanım alanları

35 35 NOT:

36 36 NOT:

37 37 NOT:

38 » Kondansatör » Elektronların kutuplanarak elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak, bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle oluşturulan temel elektrik ve elektronik devre elemanıdır. » Piyasada kapasite, kapasitör, sığaç gibi isimlerle anılan kondansatörler, 18. yüzyılda icat edilip geliştirilmeye başlanmış ve günümüzde teknolojinin ilerlemesinde büyük önemi olan elektrik - elektronik dallarının en vazgeçilmez unsurlarından biri olmuştur. 38 Elektrik yükü depolama, reaktif güç kontrolü, bilgi kaybı engelleme, AC/DC arasında dönüşüm yapmada kullanılırlar ve tüm entegre elektronik devrelerin vazgeçilmez elemanıdırlar.

39 » Kondansatörlerin karakteristikleri olarak; » plakalar arasında kullanılan yalıtkanın cinsi, » çalışma ve dayanma gerilimleri, » depolayabildikleri yük miktarı, sayılabilir. » Bu kriterler göz önünde bulundurulduktan sonra gereksinime uygun olan kondansatör tercih edilir. Kondansatörlerin fiziksel büyüklükleri, çalışma gerilimleri ve depolayabilecekleri yük miktarına bağlıdır. Tasarım açısından ise çeşitlilik boldur, hemen hemen her boyut ve şekilde kondansatör temin edilebilir. 39

40 40 Değişik şekillerde kondansatör örnekleri

41 » Yalıtkan Malzemeler » Seramik malzemeler, özellikle elektrik ve elektronik endüstrisinde yalıtkan olarak kullanılmak için uygun elektrik ve mekanik özelliklere sahiptir. Seramik malzemelerdeki iyonik ve ortaklaşım bağ, elektron ve iyon hareketliliğini kısıtlar ve dolayısıyla bu malzemelerin iyi bir elektrik yalıtkanı olmalarını sağlar. Elektrik ve elektronik seramiklerinin kimyasal bileşimi ve mikroyapısı tuğla ve fayans gibi yapı seramiklerinden çok daha fazla titizlikle kontrol edilmelidir. » Örneğin; alümina seramikleri, camsı bir fazla bağlı alüminyum oksit (Al 2 O 3 ) kristal fazından oluşur. Cam faz, kil, talk, toprak alkali eritkenlerinden meydana gelir ve çoğunlukla alkali içermez. Alümina seramiklerin elektriksel yalıtkanlık gücü hayli yüksek, elektriksel yalıtkanlık kayıpları düşük ve dayanımları yüksektir. Sinter alümina (% 99 Al 2 O 3 ) düşük elektriksel yalıtkanlık kayıpları ve düzgün yüzeyi nedeniyle yaygın olarak elektronik cihazlarda altlık olarak kullanılır. 41

42 » Kristobalit porselen % kristalin kristobalit (SiO 2 ) içerir. Yüksek eğme dayanımı ( kg/cm 2 ), iyi şekil alabilme ve kolay pişirilebilme özellikleri sayesinde dayanımın önemli olduğu büyük izolatörlerin üretiminde kullanılır. » Otomobil ve diğer vasıtalardaki bujiler genellikle % alümina porseleni olup sinterleme sıcaklığını düşürmek ve böylece büyük ölçekli üretimi kolaylaştırmak için az miktarda CaO, MgO ve SiO 2 içerirler. Alümina porselen ne kadar çok alümina içerirse ısıl iletkenlik ve mekanik dayanımı o kadar iyidir. » Bor nitrür (BN) ağırlıkça hafif ve mükemmel elektrik yalıtım özelliklerine sahiptir. Ayrıca 2200 o C gibi yüksek sıcaklıklara kadar dayanabilir ve ısıl şok direnci çok iyidir. Bu nedenle mıknatıslar ve hidrodinamik elektrik üreteçleri için yüksek sıcaklık fırın yalıtım malzemesi olarak kullanılabilir. » Steatit porselenler düşük güç kayıp etmeni, düşük nem soğurma ve iyi darbe dayanımı gibi özellikleriyle iyi elektrik yalıtkanı olup elektronik ve elektrikli alet endüstrisinde çok kullanılır. Endüstriyel steatit bileşimi yaklaşık %90 talk (3MgO.4SiO 2.H 2 O ) ve %10 kilden oluşur. » Fosterit, Mg 2 SiO 4 kimyasal formülüne sahiptir ve camsı fazında alkali iyon içermez. Bu nedenle artan sıcaklıkla steatitten daha yüksek özdirenç daha düşük elektrik kaybı gösterir. Ayrıca yüksek frekanslarda fosteritin elektriksel yalıtkanlık özelliği kaybı da daha düşüktür. 42

43 » Elektrik iletim tesislerinde kullanılan iletkenlerin, direklere tespitine yarayan ve iletkenleri hem taşımaya hem de toprak ile diğer iletkenlere karşı izole etmeye yarayan şebeke malzemelerine izolatör denir. » Yüksek gerilim güç sistemlerinde kullanılan açık hava izolatörleri şebeke frekansında normal işletme gerilimi ile sistemde meydana gelen dahili aşırı gerilimlere dayanabilmelidir. Elektriksel vasıfları yanında büyük mekaniksel yüklere de dayanması beklenir. 43

44 » İzolatörler genel olarak porselenden veya camdan yapılsa da bazen steatit ve özel kompozit malzemelerden de yararlanılmaktadır. » Porselen esas itibariyle kaolin, feldspat ve kuvarsdan oluşan bir karışımın sinterlenmesi ile elde edilen bir malzemedir. Isı değişikliklerinden az etkilenir. Sert porselenden yapılan izolatörler, %50 kaolin, %25 feldspat ve %25 kuvarsdan meydana gelir. » İzolatör imalinde kullanılan porselenin; her türlü yabancı maddeden, çatlak, kabuklanma, hava kabarcığı, benek, leke ve benzeri kusurlara sahip olmayan saf, gözeneksiz, parlak, ince ve sıkı bir yapıda olması istenir. Aksi halde izolatörün dielektrik dayanıklılığı azalır. 44

45 » Porselen higroskopiktir. Buna engel olmak için porselen izolatör imalinde, malzemeye gerekli şekil verildikten sonra izolatör kurutulur. İzolatörün tespit yuvası ve pişirilmesi sırasında oturacağı yerler hariç olmak üzere, diğer bütün yüzeyleri püskürtme veya daldırma usulüne göre bir sır tabakasıyla kaplanır. » Sırlama, izolatöre pürüzsüz, düzgün ve çatlakları olmayan cam gibi parlak ve kaygan koruyucu bir yüzey sağlar ve rutubet emdirmeyecek bir özellik kazandırır. Ayrıca sır tabakası, pisliklerin izolatör üzerinde tutunmasına ve dolayısıyla kaçak akımların meydana gelmesine engel olurlar. Ayrıca sır tabakasına, porselenden daha düşük bir uzama katsayısı verilerek soğumayı takiben bu tabakanın basınç altında kalması sağlanabilir. Bu ise, izolatörün çatlamasına engel olur ve çekme gerilmesi ile darbe mukavemetini arttırır. 45

46 » Yarıiletkenler » Yarıiletkenlerin, teknolojik gelişmelerde önemli rolü dikkate alınmalıdır. Yarıiletkenlerin en önemli özelliği, onların bir yasak enerji aralığına sahip olması ve içlerine katılan uygun atomlarla ve miktarlarla elektriksel iletkenliklerinin önemli ölçüde değiştirilebilmesidir. 46

47 » Katılarda yüklü parçacıkların (elektronların) hareket edebilmeleri için onların gidebilecekleri bir enerji düzeyinin boş olması gerekir, bir başka deyişle; elektronlar boş bir enerji düzeyi varsa hareket edebilirler, aksi halde hareket edemezler. Buna göre, eğer bir bant dolu ise voltaj uygulansa bile elektronlar hareket edemeyecektir. » Şekil a; bant dolu değildir ve elektronun gidebileceği bir enerji düzeyi bantta mevcuttur. Bu durumda elektronun hareket etmesine bir engel yoktur ve en küçük potansiyel farklarında bile, sıcaklık ne olursa olsun elektrik akımı ölçülebilir. Bu tür banda sahip olan katılar metallerdir, bildiğiniz gibi elektriği çok iyi iletirler. » Şekil b; bu tür katılarda valans bandın tamamen dolu ve iletim bandının da tamamen boş olması gerekir. Ancak ne var ki, elektronlar kendilerine ayrılan enerji düzeyinden daha aşağıda boş enerji düzeyleri varsa kural olarak oraya giderler. Böyle bir yapıda da iletim bandının alt kısımı ile valans bandının üst kısmı örtüştüğünden, dolu olmasını beklediğimiz valans bandın üst kısmındaki elektronlar, boş olan iletim bandının alt kısımlarına geçerler. Bu durumda da elektronların hareket edebilmeleri mümkün olur. Bunlar da elektriği iletirler ancak geçiş yapan elektron miktarının az olması sonucu, metaller kadar iyi iletmezler. Bunlar yarı metal olarak adlandırılırlar. 47

48 » Şekil c,d; bu iki şekil arasındaki tek fark, iletim bandı ile valans bandı arasındaki Eg ile gösterilen yasak enerji aralığının birinde küçük, diğerinde büyük olmasıdır. Eg için kesin bir sınır olmamasına rağmen, Eg’nin 4 eV’tan küçük değerlerine sahip katılara yarıiletken, bu değerden büyüklerine sahip olan katılara da yalıtkan adı verilmektedir. 48 Metal, yarı iletken ve yalıtkanlarda enerji aralığı

49 » En önemli yarıiletken elemanlar periyodik cetvelin IV. grubunda bulunan Si, Ge ve Sn dir. Bu elemanlar genellikle kovalan bağlı olup elmas kübik veya kompleks kübik kafese sahiptirler. » İletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar, normal halde yalıtkandırlar. Ancak ısı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldığında veya gerilim uygulandığında bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelliği kazanır. Bu şekilde iletkenlik özelliği kazanması geçici olup, dış etki kalkınca elektronlar tekrar atomlarına dönerler. Tabiatta doğal eleman halinde bulunduğu gibi laboratuarda bileşik eleman halinde de elde edilir. Yarı iletkenler kristal yapıya sahiptirler. » Yarıiletkenler, yukarıda belirtildiği gibi ısı, ışık, etkisi ve gerilim uygulanması ile belirli oranda iletken hale geçirildiği gibi, içlerine bazı özel maddeler katılarak da iletkenlikleri arttırılmaktadır. Katkı maddeleriyle iletkenlikleri arttırılan yarı iletkenlerin elektronikte ayrı bir yeri vardır. 49

50 » Yarı iletkenlerde elekron boşluğu yaratarak veya dopant atom ilavesi ile iletkenlik sağlanır. n-tipi yarı iletkenlerde dopant atomu ilave edilir, örneğin SiC’e +5 değerlikli bir Sb atomu ilave edilerek bağlanmamış bir elektron oluşturulur ve iletkenlikten bu elektron sorumludur, bu elektronun kuvvetli kovalent ya da iyonik bağlarla bağlı olmadığından enerjisi yüksek olup iletim bantının hemen altındadır. 50

51 » p-tipi yarı iletkenlerde ise elektron boşluğu oluşturulur, 4 valanslı bir yarıiletkene 3 valanslı bir empürite atomunun katılması örnek verilebilir. Bu durumda bir elektron boşluğu oluşturulmuş olur. Bu boşluklar normalden biraz daha fazla enerjiye sahiptirler ve valans bandının hemen üstünde bir alıcı enerji seviyesi oluştururlar. Valans bandındaki elektronlar bu enerji aralağını geçince iletkenlik sağlanır. 51

52 » Bazı seramik bileşiklerin direnci sıcaklıkla azalır ve iletkenlik sağlanır. Sıcaklığa duyarlı seramiklerden yapılan termistör denen elemanlar sıcaklık ölçümünde ve kontrolünde kullanılır. » Termistörler genellikle Mn, Ni, Fe, Co, Cu oksit tozlarının sinterlenmesi ile elde edilir. En önemli seramik bileşiklerden manyetitin (Fe 3 O 4 ) direnci benzer tür iletkenlerden çok daha küçüktür. 52

53 » Termistörler » a)NTC-Negatif sıcaklık katsayılı direnç b) PTC-Pozitif sıcaklık katsayılı direnç olmak üzere iki çeşittirler. » NTC, bulunduğu ortamdaki ısı miktarı ile ters orantılı olarak direnci değişen bir devre elemanıdır. Isı yükseldikçe direnci azalır, ısı azaldıkça artar. (sıcaklık sensör probu, sıcaklık algılama, ölçme, gösterge, izleme, kontrol,…) » PTC, bulunduğu ortamdaki ısı miktarı ile direnci doğru orantılı olarak artar. Isı yükseldikçe direnci artar, düştükçe azalır. (sıcaklık sensörleri, motor çalıştırmak için, aşırı yük fazlası için geçerli koruma, ısıtıcı, anti-donma anti-nem uygulamaları,..) 53

54 » Yarı İletkenlerin Kullanım Alanları » Sıcaklık Ölçme » Yarıiletkenlerin iletkenliği sıcaklıkla artar. Bu özellikten yararlanarak geliştirilen termistorlerle o C sıcaklık değeri ölçülebilir. Yarı iletkenlerin bu özelliğinden yangın alarm tesislerinde yararlanılır. » Işık Şiddetini Ölçme » Görünen ışık fotonlarının enerjileri 1,7-3,5 eV arasında olup yarıiletkenlerde elektronları aktive etmeye yeterlidir. Yarıiletken üzerine düşen ışık yük taşıyıcıyı iletim bandına yükselterek akım geçmesini sağlar. Devreden akacak akım fotonların sayısına, dolayısıyla ışık şiddetine bağlıdır. Kızılaltı ve mor ötesi ışınlar da yarıiletkenleri etkiler. Elektronik aygıtlarda uzaktan kumanda etmek için kızılaltı dalgalardan yararlanılır. 54

55 » Basınç Ölçme » Kovalent bağlı yarı iletken malzemelerde koordinasyon sayısı düşüktür, basınç altında atomlar birbirine oldukça yaklaşabilir. Bu durumda bant yapısı etkilidir ve Ea enerji aralığı azalır, dolayısıyla iletkenlik artar. Basınca karşı kalibre edilmiş yarıiletken kristalden basınç ölçmede yararlanılır. » Tranzistörler » Tranzistörler zayıf akımların kuvvetlendirilmesi amacıyla kullanılırlar. Bunlar n-p-n veya p-n-p yarıiletken takımından oluşurlar. Bu özelliğinden dolayı Tranzistörler akım yükseltici veya amplifikatör olarak kullanılırlar. 55

56 » Işık Yayıcı Diyotlar (LED) » İlk LED, 1907’de icat edilmiş, ancak 1960’lı yıllarda kızılötesi LED’lerle ticari olarak pazara çıkılabilmiş. Ticari beyaz LED’leri ise çok yeni bir tarihte, ancak 1996’da görmeye başladık. Bugün ise trafik lambaları, reklam panoları, cep telefonları, televizyonlar dahil gösterge piyasasının zirvesini LED’ler zorluyor. 56 Yapıları itibarıyla, bir LED’in merkezinde çip şeklinde, yarıiletken bir diyot bulunur. Bu diyot, fazlaca elektron içeren n-tipi malzeme ile p-tipi zıt katkılı yarı iletkenler arasındaki aktif katmandan oluşur.

57 57 » Bir reflektör yuva içerisine konulan diyot, maksimum ışık çıkışı için mercek biçimli epoksi ile kaplanır. Gerilim uygulanması ve elektronların ve boşlukların aktif katmanda karşılaşıp birleşmeleri sonucu, yarıiletkenin enerji yapısındaki dalga boylarında, yani renklerde, ışık çıkışı sağlanır.

58 » LED’lerde beyaz renk farklı uygulamalarla elde edilmekle birlikte, genelde mavi ışığın yolu üzerine fosfor konulmasıyla elde edilir. Dijital göstergeli bir elektronik aygıtta kullanılan GaAs kırmızı, GaP ise yeşil ışık fotonları yayarlar. » Günümüzde 1 W’tan 3 W’lık LED’lere geçiş başarıyla sağlanmıştır. LED’lerin güçleri arttıkça ısındığı ve özel soğutma teknikleri gerektirdikleri biliniyor. Ayrıca LED’lerin büyüklükleri, çalışma ve aydınlatma şekilleri mevcut armatürlerinkinden tamamen farklı olduğundan, özel fotometrik ölçüm, yöntem ve ekipmanlar gerektiriyor. Ancak LED’lerin küçük ve uzun ömürlü olmaları, enerji verimlilikleri, hızları ve ışık şiddetlerinin kolayca ayarlanabilmesi gibi özellikleri, onlara henüz vazgeçilemeyen avantajlar sağlamış durumda. 58

59 59

60 » Süperiletkenler » Bazı metallerle metaller arası bileşiklerde direncin çok düşük sıcaklıklarda azaldığı ve belirli bir Tc kritik sıcaklığında aniden sıfır olduğu uzun yıllar önce bilinmektedir. Bir kritik sıcaklıkta direnci aniden sıfıra düşen malzemelere süper iletken denir. Bütün süper iletkenler bu özelliklerini düşük sıcaklıklarda kazanıyorlar. Bir süper iletken ısıtıldığında belli bir kritik sıcaklıkta direnci olan normal bir metale dönüşmektedir. Bugüne kadar bulunan bütün süper iletkenlerin kritik sıcaklıkları sıfırın altında ve çok düşük olduğundan henüz hiçbirini evlerimizde kullanamayız. Ne yazık ki hangi malzemelerin hangi kritik sıcaklık altında süper iletken olacağını güvenle söyleyen bir kuram yoktur. Bu nedenle bilim adamları sürekli yeni malzemeler üretip, laboratuarda çok düşük sıcaklıklara kadar soğutarak (yani deneme-yanılma yöntemiyle) yeni süper iletkenler bulmak zorunda kalmaktadırlar. 60

61 » Bir malzeme kritik değerlerin altında süper iletken özellik kazanabileceğinden bu değerler ne kadar büyükse malzeme o kadar iyi kullanılabilir. 61 METALLERT K, K METALLER ARASI BİLEŞİKLER T K, K SERAMİK BİLEŞİKLER T K, K Nb8,15Nb 3 Ge23,2TI 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x 122 V5,30Nb 3 Sn21Yba 2 Cu 3 O 7-x 90 Ta4,48Nb 3 Al17,5Ba 1-x KxBiO 3-y 30 Ti0,39NbTi9,5 Sn3,72 Bazı süperiletken malzemelerin kritik süperiletkenlik sıcaklıkları

62 » Manyetik alan normal iletken malzemelere nüfuz eder. Ancak süperiletkenlerin başka bir özellikleri de içlerindeki manyetik akıyı mükemmel bir diyamanyetiklik özelliği göstererek dışarı itmeleridir. Bu şekilde diyamanyetik özellik göstermeleri «Meissner etkisi» olarak tanımlanır. » Yüklü bir parçacık bir eksen etrafında döndüğünde bir manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alanın yönünü parçacığın dönme yönü belirler. Atomlarda manyetik alan oluşturan tanecik elektrondur. Proton ve nötronun etkisi çok küçük olduğundan ihmal edilir. Bir atomun veya molekülün elektron dizilişi yazıldığında bazılarının eşleşmiş bazılarının ise eşleşmemiş olduğu görülür. Eşleşmiş elektronların dönme yönleri birbirine ters olduğundan oluşturdukları manyetik alanlar birbirlerini sıfırlayacaklardır. Elektron dizilişi yazılan maddenin bütün elektronları eşleşmiş ise net bir manyetik alan oluşmayacağından bu tür maddeler manyetik alandan etkilenmezler ve diamanyetik olarak isimlendirilirler. Bu olaya Meissner etkisi (akı dışarlanması) adı verilir. 62

63 » 1933 yılında Walter Meissner ve Robert Ochsenfeld isimli iki bilim adamı süperiletken bir materyalin mıknatısları geri ittiğini keşfettiler. Normal iletkenlerden farklı olarak mıknatısın etkisiyle süperiletkende oluşan akım içe nüfuz edeceğine manyetik alanın yansıması gibi davranıyor ve mıknatısı itiyordu. Bu olgu günümüzde “diamagnetism” yada daha bilinen adıyla “Meissner etkisi” olarak bilinir. Meissner etkisi bir mıknatısı süperiletken bir materyalin üzerinde askıda tutabilecek kadar güçlüdür. 63

64 » Süper iletken bir telin 2 ucu birbirine bağlanıp üzerinden bir akım geçmesi sağlanabilirse, akım bitip tükenmeden sonsuza kadar devam eder. » Süper iletkenler üzerinde yapılan çalışmaların temel hedefi kritik sıcaklığı (Tc) oda sıcaklığına yakın olan malzemeyi keşfetmektir. Bu konuda özellikle oksit seramikler üzerinde yoğun çalışmalar yapılmaktadır. » Teorik açıklaması oldukça derin olsa da basit bir açıklaması şöyledir: » Çok düşük ısılarda elektronlar “Cooper Çiftleri” adı verilen ikililer oluştururlar iletkenin içerisinde atomlara çarpmadan ve sonuç olarak enerji kaybetmeden hareket edebilirler. Bu ısı değişik metal ve seramikleri için farklıdır ve mutlak sıfır (- 273 °C) ile -196°C arasında değişir. Bu ısıları sağlamak kolay olmadığı için süper iletkenliğin kullanımı oldukça sınırlıdır. Şu anda ancak sıvı azot gibi yardımcı soğutucular sayesinde süper iletkenlik sağlanabilmektedir. 64

65 » 1975’de Sleight vd. BaPb 1-x Bi x O 3 metal oksit sisteminin x=0.25 değeri için 13.7 K’de süperiletken olduğunu keşfetmişlerdir. Bu ailenin diğer üyeleri 1988’de keşfedilen BaPb 0.75 Sb 0.35 O 3 ve Ba 1-x K x BiO 3 (BKBO)’dir. Metal oksit BKBO diğer alaşım süperiletkenlerden çok daha ilginç bir malzemedir, bakır içermeyen ilk oksit süperiletkendir. x=0.4 için Tc değeri yaklaşık 32 K’dir. Şu anda BKBO bakır içermeyen seramik süperiletkenler içerisinde en yüksek Tc değerine sahip malzemedir. 65 BaKBiO sisteminin kristal yapısı Perovskit olarak isimlendirilen malzemeler kimyasal formülü ABX 3 ve AB 2 X 3 olan minerallerdir. Bu yüzden peroksitler 1:1:3 ya da 1:2:3 oranlarında A, B ve X elementlerini içerir. A atomu katyondur, B ve X ise metalik olmayan anyonlardır. X elementi genelde oksijendir.

66 » TaN 6.5 K, VN 8.5 K, HfN 8.8 K, ZrN 10.7 K ve NbN 17.3 K’de süperiletken faza geçmektedir. » SrTiO 3 ’in 0.3 K’de süperiletken olduğu bulunmuştur. SrTiO 3 ’ün kristal yapısı BKBO ile aynıdır. Belirli bir düşük sıcaklık değerinde yapıda bir faz dönüşümü olur ve kübik yapı deformasyona uğrar. 66 LSCO süperiletkeninin kristal yapısı İlk yüksek sıcaklık süperiletkeni 1986 yılında IBM laboratuarlarında Bednorz ve Müller tarafından keşfedilmiştir. Bu keşif bilim alanında bir devrim niteliğindedir çünkü süperiletkenliğin 30 K’nin üstünde var olduğu bulunmuştur. La 2 SrCuO 4 (LSCO) ilk HTc süperiletkendir. Bu sistemde Tc’nin maksimum değeri 38 K’dir. LSCO tetragonal birim hücreye sahiptir.

67 » YBCO 77 K’den yüksek Tc gösteren ilk süperiletken sistemdir. YBa 2 Cu 3 O 7-δ nominal kompozisyonundan dolayı genelde Y-123 şeklinde ifade edilmektedir. YBCO ortorombik birim hücreye sahiptir. 67 YBCO süperiletkeninin kristal yapısı Sistem oksijen ile katkılanmaya başladığında önce metalik iletken ve daha sonra düşük sıcaklıkta süperiletken faz elde edilir. Dolayısıyla oksijen içeriği b-ekseni boyunca ilerleyen paralel CuO zincirlerine oksijen eklenmesi ile 6’dan 7’ye değişmektedir. Oksijen miktarı 6 olduğunda örgü parametresi a≠b’dır ve birim hücre ortorombiktir. Oksijen artışı kristalin düşük sıcaklıkta tetragonal olmasına neden olur. Tc’nin maksimum değeri katkılamanın 6.95 olduğu durum için gözlenmiştir.

68 » Manyetik levitasyon treni (Maglev); “MAGLEV” İngilizce “Magnetic Levitation” kelimelerinin kısaltılmasıyla ortaya çıkmış, “manyetik olarak havada tutma, yükseltme” demektir. » Elektrik Güç Nakli; alışılmış bakır kablolarına göre birçok avantajı vardır. Ana yararı çok önemli miktarda daha fazla akım taşıma kabiliyetidir. » Magnetik Ayırma; Magnetik ayırma bir karışım içinden bilinen bazı bileşenleri ayırma metodudur. Değişik bileşenlerin magnetik özellikleri farklı olduğundan bazıları çekilip alınırken bazıları karışımda kalır. Kömürden kükürt ayırma, madenlerden safsızlıkların ayrılması, artık suyun arıtılması, kimyasalların saflaştırılması ve gazların ayrılması gibi düşük maliyet, küçük boyut ve daha yüksek magnetik alan ile bu uygulamalar için çok çekici olacaktır. 68 Süperiletkenlerin Uygulama Alanları

69 » Motorlar; Meissner olayına dayanan süperiletken motorlar, magnetik alan çizgilerini iterler. Bu motorlar akım kaybını %50 civarında azaltır. Arabalarda, pompalarda, dönen millerde vs. kullanılır. » Magnetik Enerji Depolama (SMES); Magnetik enerji depolamada enerji toprağa gömülen büyük magnet ile oluşturulur. Enerji bobinde depolanır ve güç kaybı olmadan sonsuza kadar dolandırılır. » Güç Transformatörleri; Eğer transformatörlerde süperiletken sarımlar kullanılsa verim artacak ve maliyet düşecektir. » Bilgisayarlar; Süper iletkenler kullanılarak daha hızlı ve küçük bilgisayarlar yapılabilir. 69

70 70 MANYETİK ÖZELLİKLERİNDEN FAYDALANILAN SERAMİKLER

71 Bugün “manyetik” ve “mıknatıslı” malzemeler eşanlamlı olup, malzemelerin “manyetik alandaki” davranış özellikleri ile belirlenmektedir. Katıların manyetik özelliklerinin kaynağı elektronların manyetik momentidir. Manyetik moment, basit olarak, elektronla ilgili manyetik alanın şiddetidir. Manyetik alan ise elektrik yüklerin hareketi sonunda ortaya çıkan bir etkidir (a). Manyetik alanlar akım taşıyan iletkenler tarafından da oluşturulur (b). 71 (a) (b)

72 » Genel olarak, doğada mıknatıslık çift kutuplu olup, bugüne kadar tek kutuplu mıknatıs bulunamamıştır. » Bir mıknatıs alanın, birbirinden belirli bir uzaklıkla ayrılmış iki mıknatıs kutbu ya da merkezi vardır. » Altında mıknatıslanmış bir demir çubuk bulunan bir kağıdın üzerine serpilen küçük demir tozlarının dağılması mıknatıs alanın varlığını gösterir. Mıknatıslanmış çubuk iki kutba sahiptir ve mıknatıs çizgileri bir kutuptan çıkıp diğerine girer. 72

73 » Manyetik kuvvetin etkisi ile, kendisi manyetik olmadığı halde çekilen maddelere paramanyetik, itilen maddelere diyamanyetik denir. » Paramanyetik maddelere örnek olarak alüminyum, baryum ve oksijen, diyamanyetik maddelere ise civa, altın, bizmut, silisyum ve benzeri maddeler verilebilir. » Ferromanyetik maddeler, herhangi bir mıknatıs tarafından, o mıknatısın manyetik alanı içersindeyken manyetik alan çizgileri ile aynı yönde mıknatıslaştırılmaya uğrayabilen Demir, Kobalt, Nikel, Çelik, v.s. gibi maddelere denir. Ve kendisini mıknatıslaştıran cisim tarafından çekilirler. Curie ısı derecesinden (T C ) sonra ferromanyetik özelliklerini kaybederek paramanyetik özellik kazanırlar. 73

74 » Ferritler (ferrimanyetik oksitler) Seramik mıknatıs malzemelerdir. » Fe 2 O 3 ’in toz haldeki oksit ve karbonatlara karıştırılması ile elde edilirler. » Genel olarak iki ana sınıfa ayrılırlar: » - Yumuşak mıknatıslı malzemeler ya da yumuşak ferritler » - Sert mıknatıslı malzemeler ya da sert ferritler » Yumuşak mıknatıslı malzemeler, güç transformatörleri göbekleri, küçük elektronik transformatörleri, motorlar ve üreteçlerin stator ve rotorları gibi, kolaylıkla mıknatıslanabilen ve mıknatıslığı giderilebilen malzemelerin gerektiği yerlerde kullanılır. » Buna karşılık, mıknatıslığı kolayca giderilemeyen sert mıknatıslı malzemeler, kalıcı mıknatıslık gerektiren yerlerde, örneğin hoparlör, telefon alıcıları, eşzamanlı motorlar, otomotiv başlatıcı motorlarında kullanılır. 74

75 » Seramik mıknatıslar yüksek basınçla sinterlenerek üretilmektedirler. Bu işlem çeşitli şekil ve ebatlarda ekonomik üretim araçları sağlamaktadır. Seramik Mıknatıslar izotropik ve anizotropik özelliklerde basınç yönünde manyetize olurlar. » Seramik mıknatıslar manyetik kuvvetin, mükemmel korozyon direnci ve -40°C ve 250°C arası normal çalışma sıcaklığının iyi bir dengesine sahiptirler ve günümüzde geniş çaplı olarak kullanılmakta olup uygulama alanlarından bazıları şu şekildedir. » Otomotiv Uygulamaları » Endüstriyel ve Tüketici Motorları » Endüstri Uygulamaları » Malzeme taşıma » Bilgisayar ve elektronik » Hoparlörler 75

76 » Ferritler (demir oksit içerikli seramikler) elektrik motorlarında düşük maliyetli manyetikler olarak yaygın bir şekilde kullanılırlar. » Bu manyetikler elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmede yardımcı olurlar. Bir elektrik motorunda, elektrik akımı, seramik manyetik vasıtasıyla yaratılan manyetik alandan geçirilir. Elektrik akımının manyetik alandan geçme miktarına bağlı olarak motor bobini döner ve mekanik enerji elde edilir. » Metal manyetiklerden farklı bir şekilde, ferritler elektrik akımını yüksek frekanslarda iletirler. Bu sayede metal iletkenlerin kaybettiği kadar güç kaybetmezler. » Ferritler, aynı zamanda, video, radyo ve mikrodalga teçhizatlarında kullanılırlar. Mangan çinko ferritler, manyetik kayıt kafalarında ve ferrit oksit seramikler bilgisayar disketlerinde yaygın şekilde kullanılırlar. 76

77 » Kübik yumuşak ferritlerin bileşimi ve yapısı : Kübik yumuşak ferritlerin çoğu MO.Fe 2 O 3 bileşiminde olup M, 2 değerlikli bir metal iyonunu (Fe, Mn, Ni ya da Zn gibi) göstermektedir. » Demir, kobalt ve nikel ferritlerin hepsi de ters spinel yapıdadır. İyonik yapılarının net mıknatıs momentleri nedeniyle, artık kutuplu mıknatıslardır. Ferrit karışımlarıyla daha yüksek doyma mıknatıslanması elde edilebildiğinden, sanayide kullanılan ferritler genellikle karışımdır. En yaygın kullanılanlar; nikel-çinko ferriti (Ni 1-x Zn x Fe 2-y O 4 ) ve mangan- çinko ferriti (Mn 1-x Zn x Fe 2-y O 4 )'dir. 77 Manyetik yapı oksijenlerle ayrılmış iki manyetik alt tabakadan oluşur (A ve B tabakaları). Etkileşimler oksijen anyonları ile sağlanır. Manyetitin ters spinel kristal yapısı

78 » Yumuşak ferritler, faydalı mıknatıs özellikleri yanında, yalıtkanlığa ve yüksek özgül dirence sahip olduklarından, önemli mıknatıs malzemelerdir. » En önemli uygulama alanları, düşük sinyalli hafıza çekirdeği, ses ve görüntü cihazları ve kayıt kafalarıdır. Düşük sinyal düzeylerinde, transformatörler ve düşük enerji indükleyicilerde yumuşak ferritler kullanılır. Saptırma sargısı çekirdeği, geri uçuş transformatörleri ve televizyon alıcılarının ayar sargıları ferritlerin en çok kullanıldığı yerlerdir. » Mn-Zn ve Ni-Zn spinel ferritleri mıknatıslı bantların kayıt kafalarında kullanılır. » Mıknatıs kafalar güç akım kesilmesinin bilgi kaybına yol açmaması istenen yerlerde yararlıdır. Mıknatıs çekirdek hafızaların hareketli parçası olmadığından, bazı askeri uygulamalarda olduğu gibi yüksek darbe direncinin istendiği yerlerde kullanılır. 78

79 » MO.6Fe 2 O 3 yapısındaki sert ferritler kalıcı mıknatıs olarak kullanılmaktadır. Bu yapının hekzagonal kristal yapısı vardır. En önemli yapı 1952’de piyasaya sürülen BaO.6Fe 2 O 3 ’dür. Bugün ise, özellikleri daha iyi olan SrO.6Fe 2 O 3 yapısında olanlar tercih edilmektedir. » Bu ferritler hemen hemen yumuşak ferritlerle aynı yöntemle, çoğunlukla da kolay mıknatıslanma eksenlerini uygulanan alanla aynı hizaya getirmek için, mıknatıs alanında, yaş preslenerek üretilmektedir. 79

80 » Sert ferrit seramikler, » jeneratörlerde, » rölelerde ve motorlarda geniş bir uygulama alanı bulur. » Hoparlör mıknatısları, » telefon zilleri ve alıcılarında çok kullanılır. » Kapı kapama tutaçlarında, contalarında ve mandallarında, » oyuncaklarda da kullanım alanı vardır. 80


"Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu. » Maddenin elektron yapısının ortaya koyduğu dielektrik, elektriksel ve ısıl yalıtkanlık, manyetiklik ve iletkenlik gibi." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları