PowerPoint Sunusu

• Uygarlığın başlangıcından beri malzemeler enerji ile birlikte insanın
yaşama standardını yükseltmek için kullanılmıştır.
• İlk uygarlıklar geliştirdikleri malzemelerin düzeylerine göre
adlandırılmışlardır (Taş devri, bronz çağı, demir çağı).
• Çevremizde yaygın olarak rastlanan bazı malzemelere örnek olarak
ağaç, beton, tuğla, plastik, cam, lastik, çelik, alüminyum, bakır ve
kağıdı sayabiliriz.
• Aslında çevremize dikkatle baktığımızda çok daha fazla malzeme
türünün olduğunu görürüz. Sürekli araştırma ve geliştirme ile yeni
malzeme türleri ortaya çıkmaktadır.
• Malzeme Bilimi, malzemelerin yapıları ile özellikleri arasındaki ilişkinin
ortaya konması ile ilgilenmektedir.
• Yapı terimini açarsak; bir malzemenin yapısı, içinde bulunan
bileşenlerin oluşturdukları düzen ile ilişkilidir. Atom-altı yapı, her bir
atomun elektronları ve elektronların çekirdekleri ile etkileşimlerini
kapsarken atomsal mertebede yapı, atomların ya da moleküllerin
oluşturdukları düzeni içerir.
• Çok sayıda atomun bir araya gelmesiyle oluşan yapılar ise herhangi bir
tür mikroskop ile doğrudan gözlemlenebildiği için mikroyapı olarak
adlandırılır. Çıplak gözle görülebilen yapısal öğeler ise makroyapı
olarak adlandırılır.
• Burada özellik kavramının da üzerinde durursak; kullanım sırasında,
bütün malzemeler maruz-kaldıkları dış etkenlere (uyarıcılara) karşı
belirli tepkiler verirler. Örneğin, cisimler kuvvetler altında deforme
olur ya da parlatılmış bir metal yüzeyi ışığı yansıtır. Genellikle malzeme
özellikleri, malzemelerin şeklinden ve büyüklüğünden bağımsız olacak
şekilde tanımlanır.
• Malzeme biliminin ilgi alanında, malzemelerin işlenmesi ve
performansı olmak üzere iki önemli bileşen daha bulunmaktadır.
• Dolayısıyla bu bileşenleri sıralarsak:
İşlem
Yapı
Özellik
Performans
• Bu üç malzemenin
optik özelliğinin
farklı olduğu açıktır.
Soldaki numune
saydam
(transparan),
ortadaki ve sağdaki
• Bu numunelerin hepsi aynı malzemeden
ise sırasıyla yarı
(alüminyum
oksit)
olmakla
birlikte,
en
soldaki
çok
saydam ve mat
az kusur bulunan ve tek kristal yapıya sahipken,
(opak) davranış
ortadaki numune, birbirine bağlı çok sayıda küçük
sergilemektedir.
tek kristallerden oluşmuştur.
• Bu küçük
kristalleri ayıran
sınırlar, yazının
bulunduğu
sayfadan yansıyan
ışığın bir kısmının
saçılmasına ve
• En sağdaki numunenin yapısında ise birbirlerine
böylece
bağlı çok sayıda küçük kristalin yanı sıra, birçok
malzemenin yarı
gözenek ve boşluk bulunmaktadır. Yansıyan ışığın
saydam özellik
bu gözenekler tarafından oldukça etkin saçılması,
kazanmasına
malzemenin mat davranış sergilemesine yol
neden olur.
açmaktadır.
• Özetlersek, bu üç numunenin sahip olduğu yapıların, kristal sınırı ve
gözenekliliği farklı olması, optik geçirgenlik özelliklerini doğrudan
etkilemiştir. Bu malzemelerin her biri farklı işlem teknikleriyle
üretilmiştir. Dolayısıyla, optik geçirgenlik parametresinin anahtar rol
oynadığı uygulamalarda her bir malzemenin performansı farklı
olacaktır.
İşlem
Yapı
Özellik
Performans
Malzeme Biliminin Önemi
• Örneğin bir problem karşısında en uygun malzemeyi seçecek isek,
genellikle nihai karar birkaç kritere göre verilir.
• Öncelikle çalışacak olan malzemenin çalışma koşullarının
tanımlanması gerekmektedir. Ancak istenen tüm özelliklere sahip bir
malzemenin bulunması nadir karşılaşılan bir durumdur. Bunun için en
klasik örnek; dayanım ve sünekliktir. Genellikle yüksek dayanıma sahip
malzemelerin sünekliği sınırlıdır. Bu gibi durumlarda, bazı özellikler
adına diğer bazı özelliklerden ödün verilmesi gerekebilmektedir.
• Malzeme özelliklerinin çalışma şartlarındaki bozulma olasılığının da
göz önüne alınması gerekir. Örneğin, yüksek sıcaklıklara ve korozif
ortamlara maruz kalan malzemelerin mekanik özelliklerinde ciddi
düşüş meydana gelebilir.
• Son ve belki de en önemli kriter maliyettir. Nihai ürünün maliyeti,
kullanım açısından belirleyicidir. Bu hem hammadde maliyeti olarak
düşünülebilir hem de malzemeye istenen şeklin verilmesi için
gerçekleştirilen işlemlerin masraflarını içermektedir.
• «En doğru malzeme» istenen şartları tam anlamıyla sağlayan en
ekonomik malzemedir. Ucuz bir malzeme, üretim teknolojimize
uyuyor ve uygun mukavemet değerlerini sağlıyor ise daha
mukavemetli ancak pahalı bir malzemeyi emniyet sağlar diye seçmek
anlamsızdır. Gereksiz yere maliyeti arttırır. Malzeme ve yöntem
seçilirken her zaman Performans/Maliyet oranı göz önünde
bulundurulmalıdır.
• Üç ana kategori: Metaller, Seramikler, Polimerler
• Bunun yanında: Kompozit malzemeler (iki ya da daha fazla
malzemenin birlikte kullanılması), İleri malzemeler (ileri teknoloji
uygulamalarında kullanılır)
15
16
17
18
19
20
• İlk önce malzemelerin daha büyük ve karmaşık olan yapıları çalışılır,
daha sonra ise daha küçük ve basit olan temel yapı taşları incelenirdi.
Bu yaklaşım, «yukarıdan aşağı» bilim olarak adlandırılır. Bunun
yanında, atom veya moleküllerin tek tek incelenmesine olanak veren
tarama uç mikroskoplarının gelişmesiyle atom veya moleküllerin birer
birer eklenmesi ve böylece atomsal seviyedeki bileşenlerinden
başlayarak yeni yapıların tasarımı ve oluşturulması mümkün hale
gelmiştir. Atomların dikkatli bir şekilde yerleştirilmesi ya da dizilmesini
sağlayan bu olanak sayesinde, başka şekilde eldesi mümkün olmayan
malzeme özellikleri (mekanik, manyetik vb) geliştirilebilmesi olası hale
gelmiştir.
• Bu yaklaşım ise «aşağıdan yukarı» olarak adlandırılır. Bu malzemelerin
özelliklerini inceleyen çalışmalara da nano teknoloji adı verilmiştir.
• Parçacık boyutları atomsal boyutlara yaklaştığında malzemelerin
özellikleri çarpıcı şekilde değişebilmektedir.
• Malzemelerin insanlar ve hayvanlar üzerindeki zararlı ve zehirli
(toksik) etkileri de dikkate alınmalıdır. Küçük nano-parçacıkların, yüzey
alanı/hacim oranlarının son derece büyük olması, kimyasal
tepkinirliklerinin çok yüksek olmasına yol açabilir.
Üç farklı malzeme türünden imal
edilen ve günlük hayatta sıkça
karşılaştığımız ürünlerden biri, gazlı
içecek kaplarıdır. Gazlı içecekler
alüminyum (metal) kutularda
(üstte), cam (seramik)(ortada) ve plastik
(polimer) şişelerde (altta) satışa sunulmaktadır.