SERAMİK MALZEME ÖZELLİKLERİ Seramikler , mühendislik malzemeleri içinde oldukça ilgi çeken ve sürekli gelişen bir özelliğe sahiptir. ÇÜNKÜ: Seramikler : Kırılgan ve Tok, Opak ve saydam, Yalıtkan, yarı iletken ve süper iletken, Düşük ve yüksek ergime dereceli, Tek kristal ve çok kristal, Kristal ve camsı, Gözenekli ve yoğun olarak birbirinin tersi özelliklere sahip geniş bir malzeme ailesini oluşturur.

( Birim hücredeki atomların sayısı) (Atom Ağırlığı) 1- FİZİKSEL ÖZELLİKLER 1-1 Yoğunluk. Etkileyen faktörler: Atomik ağırlıklar, Atomların paketlenme davranışı, Mikro yapıdaki gözenek miktarı. ( Birim hücredeki atomların sayısı) (Atom Ağırlığı) Kristalografik Yoğunluk= ---------------------------------------------------------- (Birim hücre hacmi) (Avagadro sayısı) Karışık fazlı ve gözenekli bir malzemeyi karakterize etmek için kristalografik yoğunluk yeterli olmamaktadır. (Kütle ağırlığı) Kütlesel (Bulk) Yoğunluk= ____________________ (Katı Hacmi) +(Gözenek hacmi) Gözeneksiz olarak elde edilecek maksimum kütlesel yoğunluğa teorik yoğunluk denir.

1-2 Ergime Davranışı Artan kovalent bağ karakterli ve çok valanslı iyonik seramikler daha yüksek ergime sıcaklıklarına sahiptirler. Malzeme Bileşim Yoğunluk(gr/cm3) Ergime sıcaklığı 0C Seramik Malzemeler Alüminyum Oksit Al2O3 3.95 2050 Mullit 3 Al2O3 2SiO2 3.16 1850 Bor karbür B4C 2.52 2425 Elmas C 3.15 3500 Magnezyum Oksit MgO 3.58 2800 Kuvars SiO2 2.65 1750 Silisyum Karbür SiC 3.22 2500 Silisyum Nitrür Si3N4 3.19 1900 Metalik Malzemeler Alüminyum Al 2.7 660 Çelik Fe esaslı alaşım 7.87 1450-1500 Organik Malzemeler Polisitren Sitren polimeri 1.05 65-75

4-2 ISIL ÖZELLİKLER Seramik malzemelerin temel ısıl özellikleri : Isı kapasitesi Isıl iletkenlik, Isıl genleşme. ( UYGULAMALAR AÇISINDAN EN ÖNEMLİ ÖZELLİK) Isıl şok direnci dir. Isıl Genleşme ( ısıl genleşme katsayısı) : = Termal uzunluk farkının ilk uzunluğa oranıdır. Sıcaklığın neden olduğu boyutsal değişimin miktarı, atomlar arası bağ kuvvetine ve malzemedeki atomların paketlenmesine ( koordinasyon sayısına) bağlıdır. Bunun sonucu olarak : α Kovalent < α iyonik < α metalik şeklindedir. Bağ mukavemeti arttıkça ergime sıcaklığı artmakta , buna paralel olarak ısıl genleşme miktarı düşmektedir.

Bazı uygulamalarda oldukça düşük ısıl genleşme istenir Bazı uygulamalarda oldukça düşük ısıl genleşme istenir.Fırından alınıp soğuk suya daldırılan bir potanın çatlamaması için Örnek: Lityum Aluminyum silikat (LAS) esaslı seramikten olması gereklidir. Çeşitli malzemelerin sıcaklığa bağlı ısıl genleşme karakteristikleri

Isıl İletkenlik Metaller: Isı İletim Mekanizması: Isı katı maddelerde “fononlar” (ısıl titreşim dalgaları) ve “serbest elektronlar” tarafından iletilirler. Metaller: •Yüksek saflıktaki metallerde, “elektron mekanizması” nın toplam ısı iletimine katkısı “fonon” ların katkısından daha fazla olacaktır. Metallerde ısıl iletime katkı sağlayabilecek çok sayıda serbest elektron mevcuttur. •Yabancı atom içeren alaşım metallerinde ısıl iletimi özellikleri düşmektedir. Seramikler: Serbest elektron bulundurmazlar. Dolayısıyla, ısıl iletkenliğe katkı sadece “fonon” hareketleri ile sağlanır: •Artan sıcaklıkla fononların (kafes dalgalarının) dağılması ve sönümlenmesi daha etkili olur; dolayısıyla, pek çok seramik malzemenin ısıl iletkenliği artan sıcaklık ile birlikte azalır. •Seramikler içindeki boşluklu yapılar malzemenin ısıl iletkenlik özelliği üzerinde çarpıcı bir etki oluşturabilir; artan porozite ısıl iletkenliğin azalmasına neden olur. ( refrakterler)

Elektriksel Özellikler Seramik Yalıtkanlar Bazı seramikler çok güçlü bir elektrik alanında dahi elektrik akımının geçmesine izin vermezler. Bunlar izalotör /yalıtkan) olarak kullanılır. Seramik Yarı iletkenler: Bazı seramik bileşikler birtakım elektrikli cihazların çalışması için gerekli yarı iletkenlik özelliklerine sahiptirler. Örnek: Poroz yapılı seramiklerin elektriksel dirençlerinin içinde bulundukları ortamın nem içeriği ve oksitlenme potansiyeline bağlı olarak değişir. Dirençteki bu değişim, zehirli veya yanıcı gazların algılanmasında da kullanılmaktadır. Süper İletken Seramikler Malzeme kritik sıcaklık denilen bir sıcaklığın altına kadar soğutulduğunda akım taşıyan elektronlar enerjilerini ısıya çevirme yeteneklerini kaybederler ve direnç sıfıra düşer. Bütün maddelerdeki ısısal hareketin en düşük seviyeye indiği “ mutlak sıfır “ noktası olan sıcaklık – 273 oC dir. Kritik sıcaklığın MgB2 ‘nin(Magnezyum Diborit) 39 kelvinin (-234.15 oC ) altına kadar soğutulduğunda elektrik akımına karşı bütün direncinin kaybolduğu ileri sürülmüştür..

4.3 MEKANİK ÖZELLİKLER Elastisite modülü yüksek Basma mukavemetine Gevrek malzeme Çekme mukavemeti Süneklilik düşük 1- Elastisite Modülü Atomik bağ mukavemeti arttıkça daha yüksek E değerleri elde edilir. Naylon E= 2-8 Gpa Al Alaşımları E= 69 Gpa , ZrO2 E= 138 Gpa Al2O3 E= 380 Gpa

2-Mukavemet: Teorik Mukavemet: Atomlar arası bağları koparmak için gerekli çekme gerilmesidir. Mekanik deneyde malzeme içindeki dislokasyon hareketlerinin zorluğu ölçülür. Metalik Bağda: Eğer bir dislokasyon yapı içerisinde ilerlerse , kayma düzlemi üzerinde bulunan atomların konumu, kayma düzlemi altındaki atomların konumuna göre değişir. Ancak bu atomların yer değişiminin elektron bulutu ile atom çekirdeği arasındaki metalik bağ üzerinde çok küçük bir etkisi vardır. Bu nedenle metalik bağda dislokasyon hareketi üzerinde az bir engelleme vardır.

Kovalent bağda; İyonik bağda: Kovalent bağ bölgeseldir. (Bağı oluşturan elektronlar bağlanan atomların arasındaki bölgede konsantre olmuşlardır.) Bir dislokasyon kovalent bağlı bir yapıda hareket ederken bu bağlar kırılıp tekrar oluşturulmalıdır. İyonik bağda: Eğer kristal 45 0 ‘lik bir düzlemde kayıyorsa aynı yüklü iyonlar ayrılmış olarak kalır. Bu çeşit kayma kolaydır. Yatay düzlemde kayma olursa aynı yüklü iyonlar arasında elektrostatik itme kuvveti bu kayma hareketini engeller. Dislokasyon hareketini başlatmak için gerekli gerilme Yumuşak metaller için = elastisite modülü/10 3 Seramikler için = elastisite modülü/ 30 = 5000 Mpa (500 kg/mm2)

Çeşitli Seramik Malzemelerin Özellikleri Metal K.T MPa √m Al Alaşımı(7075) 24 Yumuşak Celik 140 Y.C’lu çelik 50 Cu ˃100

Bütün bunlara rağmen hiçbir zaman teorik mukavemetlere ulaşılamaz. Çünkü; Seramik kütlede var olan: Mevcut gözeneğin şekli Yapıda çatlakların bulunması Yapıda mevcut inklüzyonların büyüklü ve şekli Seramik malzemeye yük uygulanması durumunda teorik mukavemetten daha düşük değerlerde kırılmalara neden olur