Y R D . D O Ç . D R . H Ü L Y A K A F T E L E N
SERAMIK MALZEMELER
SERAMİK NEDİR?
• Seramik: inorganik malzemelerin oluşturduğu bileşimlerin, çeşitli yöntemler ile şekillendirildikten sonra sırlanarak veya sırlanmayarak sertleşip dayanıklılık
kazanmasına varacak kadar pişirilmesi yoluyla elde edilen ürünlerdir. Seramik adı Yunanistan‘da şarap ve diğer içkilerin içildiği keramos adı verilen şekillendirilmiş boynuz kapların adıyla anılmıştır.
Periodic table with ceramics compounds indicated by a combination of one or more metallic elements (in light color) with one or more nonmetallic elements (in dark color).
SERAMIK MALZEMELERIN TARIHÇESI
Seramik malzemeler ateşin bulunmasından sonraki tarihlerde yapılmaya başlanmıştır. İlk seramik, MÖ 9000 ve 10000 yıl öncesine dayanmaktadır. En eski seramik buluntulara Türkistan Aşkava bölgesinde (MÖ 8000), Filistin ‘in Jericho bölgesinde (MÖ 7000) ve Mezopotamyada dicle ve fırat nehirleri arasında rastlanmıştır.
Seramiklerin sırlanması, MÖ 5000-6000 yıllarında odun ve benzeri organik maddelerin küllerinin seramik çamurunun üzerine etkilerinin gözlenmesi sonucu keşfedilmiştir.
SERAMIK MALZEMELERIN TARIHÇESI
Yunanistanda seramik üreten çömlekçilere “kerameus” bu çömlekçilerin eski Atina’da toplu olarak oturdukları bölgeye de “keramikos” adı verildi.
İlk seramik ürünler, çanak-çömlek türünden kaplardır.
Mezopotamya ve iran’da özellikle Mısır’da Nil nehri balçığından yapılma tuğlalar, Babil’de üzerine yazı yazılan kil tabletler, seramik ürünlerin ilginç örneklerini oluşturmaktadır.
Osmanlılarda çini sanatı 16. yy’da İznikteki çok sayıda kurulmuş atölyelerle, Bursa ve İstanbul’un ünlü Osmanlı yapılarını süslemiştir.
Bugün tek bir atölye bile kalmamış olan İznikten, Kütahya ve 18.yy da da Çanakkale bölgelerinde seramik merkezleri kurulmuştur.
9.yy da ispanya ve italya ve diğer Avrupa ülkelerinde yayınlaşmıştır.
Ortaçağda italya’nın Feanza kentinde üretilen seramiklere, günümüzde kullanılan ‘fayans’ adı verilmiştir.
1710 yılında Almanya Meissen kentinde ilk porselen fabrikası kurulmuştur.
Porselen kelimesi latincede bir tür kabuklu deniz hayvanının (istridye) kabuğunun ‘porsella’ olan isminden gelmektedir.
Türkiye’de ilk kurulan (1982 yılında) porselen ve çini fabrikası Yıldız porselendir.
Türkiye’de seramik sektör gerçek anlamda 1960 yıllarında Eczacıbaşı ve Çanakkale seramik girişimleri ile başlamıştır.
SERAMİKLERİN SINIFLANDIRILMASI:
UYGULAMA ALANLARINA GÖRE
Geleneksel seramikler
Tuğla ve kiremit
Refrakterler
Çimento
Kil ürünleri (çini, çömlek ürünleri)
Teknik seramikler
Elektro-seramikler İleri yapısal seramikler
Optik özellikli seramikler
Magnetik özellikli seramikler İletken seramikler
Piezoelektrik, kapasitör, dielektrik seramikler
Bioseramikler
Nükleer seramikler
Otomotiv seramikleri
Aşınmaya dayanıklı seramikler
Yapısal kil ürünleri
UYGULAMA ALANLARI
UYGULAMA ALANLARI
Shafts and Valves Pump Parts
UYGULAMA ALANLARI
Hip implants
Advantages of Ceramics
•Low friction
•Biocompatibility
•Compressive strength
http://ceramics.org/ceramictechtoday/tag/capacitor/
http://www.amjorthopedics.com/html/new/0605.asp
KULLANIM ALANLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA
Function Application Examples
Electrical Capacitor dielectrics Microwave dielectrics
Conductive oxides Superconductors Electronic packaging Insulators
Solid-oxide fuel cells Piezoelectronic
Electro-optical
BaTiO3, SrTiO3, Ta2O5,
Ba2Ti9O20, Al2O3 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3, Ba(Zn1/3Ta2/3)O3, BaTi4O9,
In-doped SnO2 (ITO) YBa2Cu3O7-x (YBCO) Al2O3
Porcelain ZrO2, LaCrO3 Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT) PLZT, LiNbO3
Magnetic Recording media
Ferrofluids, credit cards, Circulators, isolators, Inductors, magnets
γ-Fe2O3, CrO2(chrome cassettes) Fe3O4
Nickel zinc ferrite Manganese zinc ferrite
Optical Fibre optics
Glasses Lasers Lighting
Doped SiO2 SiO2 based
Al2O3, yttrium aluminium garnate Al2O3, glasses
Automotive Oxygen sensors, fuel cells Catalyst support
Tires
Windshields/windows
ZrO2 Cordierite SiO2
SiO2 based glasses
KULLANIM ALANLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA
Mechanical/structural Cutting tools Composites Abrasives
WC-Co cermets
Silicon-aluminium-oxynitride (Sialon), Al2O3 SiC, Al2O3, silica glass fibres
SiC,Al2O3, diamond,BN, ZrSiO4
Biomedical Implants
Dentistry
Ultrasound imaging
Hydroxyapatite Porcelain, Al2O3 PZT
Construction Buildings Concrete
Glass
Sanitaryware
Others Defense
Armor materials Sensors
Nuclear
Metal processing
PZT, B4C
SnO2 UO2
Al2O3, SiO2-based refractories O2 sensors, casting molds
Chemical Catalysis
Air, liquid filtration Sensors
Paints, rubber
Oxides (Al2O3,ZrO2,ZnO,TiO2)
Domestic Tiles, sanitaryware
Whiteware, kitchenware, Pottery, art, jewelry
Clay, Al2O3, SiO2-based and glass
ceramics, diamond, ruby, cubic, zirconia
MALZEME ÖZELLIKLERININ GENEL KARŞILAŞTIRILMASI
özellik seramik metal polimer
Sertlik Çok yüksek Düşük Çok düşük
Elastik modül Çok yüksek Yüksek Düşük
Isıl genleşme Yüksek Düşük Çok düşük
Aşınma dirençleri Yüksek Düşük Düşük
Korozyon dirençleri Yüksek Düşük Düşük
MALZEME ÖZELLIKLERININ GENEL KARŞILAŞTIRILMASI
Özellik Seramik Metal Polimer
süneklik düşük yüksek yüksek yoğunluk düşük yüksek çok düşük Elektrik iletkenliği malzemeye yüksek düşük bağlı
Isıl iletkenlik malzemeye yüksek düşük bağlı
Manyetik malzemeye yüksek çok düşük
bağlı
SERAMIK MALZEMELERIN ÖZELLIKLERI
Material Melting Temperature,
oC
NaCl 801
Ni based superalloy 1260-1335
W 3300
Al2O3 2045
SiC 2500*
Si3N4 1900*
ZrO2 2700
Material Linear Thermal Exp. Coef.
(cm/cm C x 106)
NaCl 40
Nylon 6,6 144
Polycarbonate 122
Fe alloys 12
Al alloys 21-24
Ni based superalloy 12-17
W 4.5
Al
2O
37-8
SiC 4.1-4.6
Si3N4 2.7-3.1
ZrO2 9-10
SERAMIK MALZEMELERIN ÖZELLIKLERI
Material Elastic Modulus (psi x 106)
NaCl 6.4
Nylon 6,6 1.6-3.8
Polycarbonate 1.9-3
Fe alloys 30
Al alloys 10
Ni based superalloy 30.4
W 58
Al2O3 40-55
SiC 30-70
Si3N4 44
ZrO2 20
SERAMIK MALZEMELERIN ÖZELLIKLERI
Material Thermal Conductivity W/m-K
Nylon 6,6 0.24
Polycarbonate 0.20
Fe alloys 52
Al alloys 130-220
Ni based superalloy 10-20
W 155
Al2O3 16-40
SiC 70-80
Si3N4 10-30
ZrO2 2-3
Graphite 100-190
Diamond 1500-4700