Konu Başlığı

MMT113
Endüstriyel Malzemeler
8 İleri Teknoloji Seramikleri
Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir
2014-2015 Güz Yarıyılı
Uzay mekiği ısı koruma plakaları
Balistik korunma
Fren diskleri (SGL Karbon AG)
2
İleri Teknoloji Seramikleri
İleri Teknoloji Seramikleri
Saflaştırılmış mineraller yada sentezlenmiş bileşikler oluşturularak daha üstün
özelliklere ait seramikler elde edilebilmektedir.
-Oksitler
-Karbürler
-Nitrürler
-Borürler olmak üzere 4 grupta incelenirler.
Yıldız, 2010
3
İleri Teknoloji Seramikleri
Elektriksel özellikler
İzolasyon malzemeleri (Alumina; Al2O3, Magnezya; MgO, Berilya; BeO, ....)
Ferroelektrik seramikler (Baryum titanat; BaTiO3, stronsiyum titanat; BaTiO3, ....)
Piezoelektrik seramikler (Kurşun-zirkon-titanat; PbZr0.5Ti0.5O3, ...)
İyonik iletken seramikler, sensörler (beta-alumina; -Al2O3, zirkonya ZrO2)
Yarıiletken seramikler (Baryum titanat; BaTiO3, SiC, ZnO-Bi2O3)
Süperiletken seramikler (CuO, BaO-Y2O3-La2O3)
Manyetik özellikler
Yumuşak manyetik malzemeler (ZnO, Fe2O3, Mn2O3)
Sert manyetik malzemeler (Fe2O3, BaO, SrO)
Optik özellikler (MgAl2O4, ....)
Kimyasal özellikler (Si3N4, TiO2, ..... )
Isıl özellikler
Yüksek ısı iletkenliğine sahip malzemeler (AlN, BeO, Si3N4)
Düşük ısı iletkenliğine sahip malzemeler (MgO, -Al2O3, ...)
Mekanik özellikler (-Al2O3, ZrO2, Si3N4, SiC, B4C, TiB2, ...)
Biyolojik özellikler [-Al2O3, ZrO2, kalsiyum fosfat; Ca3(PO4)2]
Nükleer özellikler (UO2, ThO2, ...)
Yıldız, 2010
İleri Teknoloji Seramikleri
Özellikler ve Örnekler
4
Oksit
Yoğunluk
anizotrop
Ergime
noktası
Genleşme
katsayısı
Isıl iletkenliği
Elastisite
Elektriksel direnç
Farklılık gösterebilir
Telle, 2007
5
Oksit seramikler
Alumina (Al2O3)
Mineral olarak Korund ismini alır (Elmastan sonra 2. sert malzeme)
Doğal Korund
Rubin ve Safir taşları (Saf ise renksiz, safsızlık varsa renk alır)
Yapay Korund
Boksit ->Demir oksitin ayrılması ->Al(OH)3 çöktürülmesi (Bayer Prosesi)-> Kalsinasyon ile Al2O3 eldesi
Ürünler:
Saf Korund (yapay yada doğal) -> zımpara taşı
Korund+ Kil + diğer -> Ateşe dayanıklı ürün (1920 ºC’ye kadar)
Katkı olarak -> Aşınma artırıcı (fayans ve sert betonlarda)
Ayrıca; Porselen, laboratuvar gereçleri, balistik zırhlar, tıbbi parçalar ...
Yıldız, 2010
6
Alumina (Al2O3)
alumina
alumina
polietilen
Helbig, Schönholzer, 2001
7
Alumina (Al2O3)
Miktar, % Kullanım
85
Elektriksel ve mekanik uygulamaları (İzolatörler, Aşınmaya karşı
koruyucular)
90
Bujiler, tekstil makineleri parçaları
94
Elektriksel yapılarda altlık ve koruyucu olarak
95
Metalurjik uygulamalar: Potalar
96
Chip taşıyıcılar, İnce film altlıkları
98
Biyomalzeme: Kalça kemiği protezi, İmplant diş
99
Yüksek sıcaklıkta çalışan mekanik parçalar, korozyondan korunma
99,7
Korozif ortamda yüksek sıcaklık dayanımı (Pompa, valf ...)
99,98
Saydam seramikler, Saat camı
>99,99
Yüksek güvenirlik gereken mekanik ve korozif kullanım
Telle, 2007
8
Alumina (Al2O3)
Zirkonya (ZrO2)
Doğal
Badeleyit ve Zirkon mineralleri (Brezilya, Hindistan, Kuzey Amerika)
Yapay
Isıl yöntemle -> ZrO2 ve SiO2 ısı ile ayrıştırılır
Kimyasal yöntemle -> ZrO2 ve SiO2 ayrıştırmak için CaO fizyonu yada alkali oksit parçalama yöntemleri
Ürünler:
Saf Badeyelit -> aşındırıcı
Piezoelektrik ürünler
Magnezya (MgO)
Periklas minerali olarak doğada mevcuttur.
MgO tozunun büyük bir kısmı, MgCO3’tan yada deniz suyundan üretilir
Ürünler: yüksek sıcaklık elektrik izolasyonunda ve refrakter tuğlalar
Soykan, 2004
9
Zirkonya (ZrO2) ve Magnezya(MgO)
Silisyum karbür SiC
Silisyum karbür (SiC) doğada sadece meteorik demirde küçük yeşil
hekzagonal plakalar olarak bulunur. Yapay üretilir. SiO2 kumunun kok (C)
ile reaksiyonu esasına dayanır.
Yüksek sıcaklık fırınları, elektrik dirençli ısıtıcı elementler ve
aşındırıcılarda kullanılmaktadır.
Bor karbür B4C
Yapay olarak üretilir. Elmas ve BN’den sonra en sert malzemedir.
Kullanımı: Çok yüksek sertlik ve aşınma direnci gereken yerlerde. Diğer
bor bileşiklerinin üretilmesinde hammadde olararak.
Silisyum nitrür Si3N4
Silisyum nitrür (Si3N4) doğal olarak oluşmamaktadır. 1250-1400 ºC
sıcaklık aralığında metalik Si tozunun N2 ile reaksiyonuyla üretilmektedir
Bor nitrür BN
En sert ikinci malzemedir (kübik BN, suni elmas). Kesici takımlarda
kullanılır.
Hegzagonal BN toz halinde iken yağlayıcı olarak kullanılır.
Yıldız, 2010
10
Karbürler ve Nitrürler
2400 ºC
Helbig, Schönholzer, 2001
11
Silisyum karbür (SiC) üretimi
Seramik
Metal
Polimer
Sertlik
Elastik modül
Yüksek sıcaklık mukavemeti
Isıl genleşme
Süneklik
Korozyon dayanımı
Aşınma direnci
Elektriksel iletkenlik
Yoğunluk
Isıl iletkenlik
Yüksek
Düşük
http://www.uni-saarland.de
12
İleri teknoloji seramikleri
Soykan, 2004
İleri Teknoloji Seramikleri
Özellikler ve Örnekler
13
Soykan, 2004
Ön burun kısmında B4C seramik karoların
kullanıldığı bir uzay mekiği ve sıcaklık dağılımı
14
Uygulama
Kullanılan Seramikler
Oksijen sensörü
Oksijen pompası
Elektroliz
SOx-NOx parçalanması
Katı oksit yakıt hücreleri
Na-S pili
Na ısı motoru
İyon pompaları
Lityum piller
Erimiş karbonat yakıt hücresi
Isıya dirençli elementler
CaO, MgO yada Y2O3 katılmış ZrO2
CaO, MgO yada Y2O3 katılmış ZrO2
CaO, MgO yada Y2O3 katılmış ZrO2
CaO, MgO yada Y2O3 katılmış ZrO2
“, Bi2O3-Y2O3, ZrGd2O2
Beta-alumina, Na iyon iletkeni olan camlar
Beta-alumina
Beta-alumina
LiI-Al2O3
Li2CO3-K2CO3
CeO2-ZrO2
Soykan, 2004
15
İletken seramikler
Uygulama
Doğrultmaç
Termistör
Isıl anahtar
Güneş pili
Varistör
Elektrot
Isıtıcı element
Sensör
Malzeme
Cu2O
BaTiO3
VO2, V2O3
Si, CdS, TiO2, SrTiO3
ZnO, SiC
Ti4O7, LaCrO3
SiC, MoSi2, grafit
ZnO, SnO2, Fe2O3
Soykan, 2004
16
Yarıiletken seramikler
Uygulama
Entegre devre yonga taşıyıcıları
Baskı devreleri için altlıklar
Buji izolatörleri
Güç hattı izolatörleri
Mikrodalga tüp parçaları
Termoeleman koruma tüpleri
Uygulama
Televizyon parçaları
Bilgisayar parçaları
Ev aydınlatma gereçleri
Otomotiv elektrik sistem parçaları
Uçak ve uzay araç parçaları
X-ışını tüp parçaları
Soykan, 2004
17
Yalıtkan seramikler

Download Report