Bu maddedeki bilgilerin için ek kaynaklar gerekli.Haziran 2020) () ( |
Bu maddede bulunmasına karşın yetersizliği nedeniyle bazı bilgilerin hangi kaynaktan alındığı belirsizdir.Haziran 2020) () ( |
Malzeme bilimi, malzemelerin yapı ve özelliklerini inceleyen, yeni malzemelerin üretilmesini veya sentezlenmesini de içine alan disiplinlerarası bir bilim dalıdır.
Malzeme biliminin entelektüel kökenleri, araştırmacıların metalurji ve mineralojideki eski, fenomenolojik gözlemleri anlamak için kimya, fizik ve mühendislikten analitik düşünceyi kullanmaya başladıkları Aydınlanma Çağı'ndan kaynaklanmaktadır. Malzeme bilimi hala fizik, kimya ve mühendislik unsurlarını içermektedir. Bu nedenle, alan uzun zamandır akademik kurumlar tarafından bu ilgili alanların bir alt alanı olarak kabul edilmiştir. 1940'lardan başlayarak, malzeme bilimi daha yaygın olarak belirli ve farklı bir bilim ve mühendislik alanı olarak tanınmaya başlandı ve dünyadaki büyük teknik üniversiteler çalışması için özel okullar oluşturdu.
Malzeme bilimcileri, bir malzemenin (işlemenin) tarihinin yapısını ve dolayısıyla malzemenin özelliklerini ve performansını nasıl etkilediğini anlamayı vurgular. İşlem-yapı-özellik ilişkilerinin anlaşılmasına malzeme paradigması denir. Bu paradigma, nanoteknoloji, biyomalzemeler ve metalurji dahil olmak üzere çeşitli araştırma alanlarında anlayışı ilerletmek için kullanılır.
Malzeme bilimi aynı zamanda adli mühendislik ve önemli bir parçasıdır amaçlandığı gibi çalışmayan, kişisel yaralanmaya veya mülke zarar veren malzemelerin, ürünlerin, yapıların veya bileşenlerin araştırılmasıdır. Bu tür araştırmalar, örneğin, çeşitli havacılık kazalarının ve olaylarının nedenlerini anlamanın anahtarıdır.
Tarihçe
Malzeme bilimi, uygulamalı bilim ve mühendisliğin en eski biçimlerinden biridir. İnsan uygarlığının tarihinde, farklı dönemler genellikle insanın yeni bir malzeme türüyle çalışma yeteneğindeki ilerlemeye göre geriye dönük olarak tanımlanmıştır Taş Devri, Bronz Çağı, Demir Çağı gibi ifadeler buna güzel birer örnek. Aslında seramik üretiminden ve onun türevi sayılan metalurjiden ortaya çıkan malzeme bilimi uygulama bilimlerin ve mühendisliğin en eski formlarından biridir. Modern malzeme bilimi doğrudan madencilik, seramik ve ateş kullanımından gelişmiş olan metalurjiden gelişmiştir. Malzemeleri anlamadaki büyük atılım 19. yüzyılın sonlarında Amerikan bilim insanı Josiah Willard Gibbs farklı evrelerdeki atomik yapılarla bağlantılı termodinamik özelliklerin bir materyalin fiziksel özellikleriyle bağlantılı olduğunu ortaya çıkarmasıyla meydana geldi. Modern malzeme biliminin önemli unsurları uzay yarışının bir sonucudur; uzayın keşfedilmesini sağlayan uzay araçlarının yapımında kullanılan metal alaşımların, çakmak taşının ve karbon materyallerin anlaşılması ve tekniği. Malzeme bilimi plastik yarı iletkenler ve biyomateryaller gibi yenilikçi teknolojilerin gelişimini etkilemiş ve bu gelişimden etkilenmiştir.
1960’lardan önce, birçok malzeme bilimi bölümü 19. ve 20. yüzyılın metallere verdiği önemin bir yansıması olarak metalurji bölümü olarak adlandırılmıştı. Amerika Birleşik Devletleri’nde malzeme biliminin büyümesi 1960’lı yıllarda malzeme bilimindeki temel araştırma ve eğitimin ulusal programını genişletmek amacıyla birçok üniversite laboratuvarlarını finanse eden "İleri Araştırma Projeleri Ajansı" tarafından kolaylaştırıldı. Alan o zamandan beri seramik, polimerler, yarı iletkenler, manyetik materyaller, tıbbı implant malzemeleri, biyolojik malzemeler ve nanomalzemeler de dahil olmak üzere her sınıf malzemeyi içerecek şekilde genişledi.
Modern malzeme biliminin birçok önemli unsuru uzay yarışından kaynaklanmıştır. Özellikle, metalik alaşımların, seramiklerin ve diğer malzemelerin anlaşılması ve mühendisliği, uzay araçlarının, uzay kıyafetlerinin ve benzerlerinin yapımında kullanıldı ve edinilen yeni bilgiler çeşitli tüketici ve endüstriyel uygulamaların gelişmesine yol açtı. Malzeme bilimi, fiber optik kablolardan tenis ayakkabılarına, güneş pillerinden yelkenli teknelere kadar her şeyin ayrılmaz bir parçası olarak 21. yüzyıl uygarlığının fiziksel temellerini atmıştır. Malzeme bilimi, ve karbon bazlı yakıtların yakılması nedeniyle sera gazlarının sürekli birikmesi karşısında sürdürülebilir kalkınmaya yönelik teknolojik çözümler bulma arayışında merkezi öneme sahiptir.
Malzeme biliminin temel prensipleri
Bir malzeme belirli uygulamalar için kullanılması amaçlanan bir madde (çoğunlukla katı ancak diğer yoğun fazlar da dahil edilebilir) olarak tanımlanır. Etrafımızda binalardan uzay araçlarında kadar her yerde bulunabilecek çok sayıda malzeme var. Malzemeler kristal yapılarına göre genellikle iki gruba ayrılabilirler: Kristal ve kristalsiz (amorf). Geleneksel olarak malzemeler metaller, seramikler ve polimerler olmak üzere üç ana kategoriye ayrılırlar. Bunun dışında bu üç ana malzemeden en az iki malzemenin birlikte kullanıldığı malzemeler ise kompozit (karma) malzemelerdir. Diğer bir malzeme grubu ise geliştirilmekte olan yeni ve ileri düzeyde malzemeler olup yarı iletkenler, nanomalzemeler, akıllı malzemeler ve biyomalzemeleri içerir.
Malzeme biliminin temeli materyallerin yapısını incelemek ve özellikleriyle ilişkilendirmek oluşturur. Bir malzeme bilimci yapı-özellik ilişkisini öğrendiği anda bir malzemenin belirli bir uygulamadaki göreceli performansını çalışmaya geçebilir. Bir malzemenin önemli yapı belirleyicileri ve dolayısıyla özellikleri onun kimyasal element bileşenleri ve son duruma getirildiği yoldur. Bir araya getirilen ve kinetik ve termodinamik kurallarıyla ilişkilendirilen bu nitelikler malzemenin mikroyapısını ve özelliklerini yönetir.
Yapı
Yukarıda da bahsedildiği gibi yapı malzeme bilimi alanının en önemli unsurlarından biridir. Malzeme bilimi malzemelerin atomik ölçekten makro ölçeğe kadar yapılarını inceler. Nitelendirme malzeme bilimcilerin malzemenin yapısını inceledikleri yoldur. X ışını kırılması, elektronlar ve nötronlar, tayfölçümünün farklı formlar gibi teknikleri ve Raman tayfölçümü, enerji ayıran tayfölçümü (EDS), kromatografi, termal analiz, elektron mikroskop analizi gibi kimyasal analizleri içerir. Yapı aşağıda açıklandığı gibi farklı seviyelerde incelenir.
Atom yapısı
Materyallerin atomlarıyla ve moleküller, kristaller vb. vermek için nasıl düzenlendikleriyle ilgilenir. Malzemenin elektrik, manyetik ve kimyasal özelliklerinden çoğu, yapının bu seviyesinden doğmuştur. İlgili uzunluk ölçüleri angström (0.1 nm) birimindedir. Atomların ve moleküllerin bağ yapma ve dizilme şekli herhangi bir materyalin davranışını ve özelliklerini incelemede esastır.
Bağlanma
Malzeme yapısını ve özellikleriyle bağlantısını tam olarak anlamak için malzeme bilimcilerin atomların, iyonların ve moleküllerin nasıl farklı dizildiklerini ve birbirlerine nasıl bağlandıklarını çalışmaları gerekir. Bu kuantum kimyası ya da kuantum fiziğinin çalışması ya da kullanımını içerir. Katı hal fiziği, katı hal kimyası ve fiziksel kimya da ayrıca bağlanma ve yapı çalışmalarında yer alır.
Kristalografi
Kristalografi kristal katılarda atom dizilimini inceleyen bilimdir ve malzeme bilimciler için çok kullanışlı bir araçtır. Tek kristallerde atomların kristal diziliminin etkisi genelde olarak görmesi çok kolaydır çünkü kristallerin doğal şekilleri atom yapısını yansıtır. Ayrıca, fiziksel özellikler genellikle kristal kusurlar tarafından kontrol edilir. Kristal yapıları anlamak kristalografik kusurları anlamak için önemli bir önkoşuldur. Çoğunlukla, materyaller tek bir kristal halinde değil çoklu kristal yapıda (farklı yönelimlerdeki küçük kristal toplamında olduğu gibi) oluşurlar. Bu nedenden dolayı, çok sayıda kristalle çoklu kristal örneklerinin kırılma örüntülerini kullanan toz kırınımı yöntemi yapısal belirlemede önemli bir rol oynar. Çoğu malzemeler kristal yapıya sahip. Ancak bazı düzenli kristal yapı göstermeyen önemli malzemeler var. Polimerler farklı ölçülerde kristallik gösterir ve birçoğu tamamen kristalsizdir. Cam, bazı seramikler ve birçok doğal materyaller biçimsizdir yani atom dizilimlerinde uzun mesafeli sıralamalara sahip değiller. Polimerlerin çalışılması kimyasal elementleri ve mekanik, fiziksel özelliklerin tanımları ve termodinamik vermek için istatistiksel termodinamikleri birleştirir.
Nanoyapı
Nanoyapı 1-100 nm aralığındaki yapılarla ve nesnelerle ilgilenir. Birçok materyalde, atomlar ve moleküller nano ölçekte nesneler oluşturmak için bir araya gelirler. Bu elektrik, manyetik, optik ve mekanik özelliklerin oluşmasına yol açar.
Nanoyapıları tanımlarken nano ölçekteki boyutların sayısı arasında ayrım yapmak gereklidir. Nano dokulu yüzeyler nano ölçekte tek boyuta sahipler, örneğin bir nesnenin yüzey kalınlığı 0.1 ile 100 nm arasındadır. Nano tüpler nano ölçekte iki boyutludur, örneğin tüpün çapı 0.1 ile 100 nm arasındadır, ki bu uzunluk çok daha fazla olabilir. Son olarak da nanoparçacıklar nanoölçekte üç boyutludur, örneğin parçacık her üç boyutta da 0.1 ile 100 nm arasındadır. Nanoparçacık ve çok küçük parçacık (UFP) terimleri genellikle eş anlamlı kullanılır ancak UFP mikrometre aralığa ulaşabilir. Nanoyapı terimi genelde manyetik teknolojisinden bahsederken kullanılır. Biyolojide nano ölçek yapı genellikle ultrastrüktür olarak adlandırılır.
Atom ya da molekülleri nanoölçekte bileşen oluşturan materyaller (nanoyapı oluşturan) nanomateryal olarak adlandırılır. Nanomateryaller sahip oldukları eşsiz özellikler dolayısıyla malzeme biliminde yoğun araştırma konusudur.
Mikroyapı
Mikroyapı hazır bir yüzeyin yapısı ya da mikroskopla 25 katın üzerinde büyütülen materyalin ince foyası olarak tanımlanır. 100 nm’den birkaç cm büyüklükteki nesnelerle ilgilenir. Bir malzemenin (metal, polimer, seramik ve kompozit olarak kabaca sınıflanabilir) mikroyapısı güç, dayanıklılık, esneklik, sertlik, yüksek/düşük sıcaklıktaki davranış, aşınma direnci gibi birçok fiziksel özelliği etkileyebilir.
Malzemenin mikroyapısının incelenmesi teknikleri; metal ve alaşımları için metalografi, seramikler için , polimerik malzemeler için ise terimleri kullanılırken toplu olarak materyalografi olarak adlandırılır.
Bir malzemenin mükemmel bir kristalinin üretimi fiziksel olarak imkânsızdır. Örneğin bir kristal malzeme tortular, tane sınırı (Hall-Patch ilişkisi), arayer atomları, boşluklar ya da yer değişimli atomlar gibi bazı kusurlar içerecektir. Materyallerin mikroyapısı bu kusurları açığa çıkarır ki üzerinde çalışılabilsin.
Makroyapı
Makroyapı bir materyalin militmetreden metreye kadar olan çıplak gözle görebildiğimiz malzemelerin yapısının görüntüsüdür.
Malzemenin temel özellikleri
Malzemelerin çok sayıda özellikleri vardır. Temel özellikler şunlardır:
- Mekanik özellikleri
- Kimyasal özellikler
- Elektrik özellikleri
- Termal özellikler
- Optik özellikler
- Manyetik özellikler
Bir malzemenin özellikleri o maddenin kullanılabilirliğini ve dolayısıyla da teknik uygulamasını belirler.
Sentez ve işleme
Sentez ve işleme, istenen mikroyapı veya nanoyapıya sahip bir malzemenin oluşturulmasını içerir. Teknik bir açıdan bakıldığında, eğer bir malzeme için hiç ekonomik üretim metodu geliştirilmemişse endüstride kullanılamaz. Bu nedenle materyallerin işlenmesi malzeme bilimi alanında çok önemlidir.
Farklı malzemeler farklı işleme/sentez teknikleri gerektirir. Örneğin metalin işlenmesi tarih boyunca çok önemli olmuştur ve fiziksel metalurji diye bilinen malzeme biliminin bir dalı altında çalışılır. Ayrıca kimyasal ve fiziksel teknikler polimer, seramik ve ince filmler gibi materyallerin sentezlenmesinde kullanılır. Son zamanlarda grafen gibi nanomalzemelerin sentezlenmesi için yeni teknikler geliştiriliyor.
Termodinamik
Termodinamik ısı, sıcaklık ve bunların enerji ve işle olan ilişkileriyle ilgilenir. İç enerji, entropi ve radyasyon ya da maddenin kütlesini kısmen tanımlayan baskı gibi makroskopik değişkenleri belirler. Bu değişkenlerin davranışı sadece belirli malzemelere has özellikler değil bütün malzemelerde yaygın olan genel sabitlere bağlı olduğunu öne sürer. Bu genel sabitler termodinamiğin dört kuralında açıklanmıştır. Termodinamik moleküller gibi çok büyük sayıdaki mikroskopik sabitlerin mikroskopik davranışlarını değil kütlenin bütün olarak davranışını tanımlar. Mikroskopik parçacıkların bu davranışı istatistiksel mekanik tarafından tanımlanır ve termodinamiğin kuralları da istatistiksel mekanikten gelir.
Termodinamik çalışmaları malzeme bilimi için temeldir. Kimyasal tepkimeler, manyetizma, kutuplaşabilirlik ve esnekliği içeren malzeme bilimi ve mühendisliğindeki genel fenomene işlemek için altyapı hazırlar. Ayrıca faz diyagramları ve faz dengesinin anlaşılmasına da yardım eder.
Kimyasal kinetik
Kimyasal kinetik bilimi çeşitli güçlerin etkisi altında denge değişikliği dışında kalan sistemlerin oran çalışmasıdır. Malzeme bilimine uygulandığında, uygulanan belirli alana göre bir materyalin zamanla nasıl değiştiğiyle (dengesiz durumdan denge durumuna) ilgilenir. Materyallerde şekil, boyut, bileşim ve yapı gibi değişen çeşitli işlemlerin oranını detaylı olarak anlatır. Difüzyon materyallerin en yaygın olarak değişime uğradığı mekanizma olduğu için kinetik bilimin en önemli çalışma alanıdır.
Kinetik bilimi materyallerin işlenmesine temeldir çünkü diğerlerine göre ısı uygulanmasıyla mikroyapının nasıl değiştiğini detaylı olarak açıklar.
Araştırmada malzemeler
Malzeme bilimi oldukça aktif bir araştırma alanıdır. Malzeme bilimi bölümleri ile birlikte fizik, kimya ve birçok mühendislik bölümü malzeme araştırmalarında yer almaktadır. Malzeme araştırması çok çeşitli konuları kapsar; aşağıdaki kapsamlı olmayan liste birkaç önemli araştırma alanını vurgulamaktadır.
Nanomalzemeler
Nanomalzemeler temelde 1-1000 nanometre ama genelde 1-100 nm boyutlarında (en azından tek bir boyutta) tek bir ünitenin malzemeleri olarak tanımlanır.
Nanomalzeme araştırması metroloji ve mikrofabrikasyon araştırması desteğiyle geliştiren sentezin gelişimini güçlendiren nanoteknolojiye malzeme bilimine dayalı bir yaklaşım ele alır. Nano büyüklükteki yapıda malzemeler genellikle eşsiz optik, elektronik ve mekanik özelliklere sahiptir.
Nanomalzeme alanı geleneksel kimya alanı gibi genel hatlarıyla fulerinler gibi organik nanomalzemeler ve silikon gibi diğer elemtlere dayalı inorganik malzemeler etrafında düzenlenmiştir. Nanomalzemelerin örnekleri olarak fulerinler, karbon nanotüpler, nanokristaller ve benzerleri verilebilir.
Biyomalzemeler
Bir biyomalzeme biyolojik sistemlerle etkileşime geçen herhangi bir madde, yüzey ya da yapı olabilir. Bir bilim olarak, biyomalzeme yaklaşık 50 yaşında. Biyomalzeme çalışmaları biyomalzeme bilimi olarak adlandırılır. Tarih boyunca birçok şirketin yeni ürünlerin gelişimine yüksek miktarlarda paralar harcamasıyla birlikte güçlü ve istikrarlı bir büyüme gösterdi. Biyomalzeme bilimi tıp, biyoloji, kimya, doku mühendisliği ve malzeme biliminin öğelerini kapsar.
Biyomalzeme doğadan elde edilebilir ya da metal bişenler, polimerler, seramikler ya da bileşik maddeler kullanan bir çeşit kimyasal yaklaşımlarla labarotuvarda sentezlenebilir. Genelde tıbbi uygulama için kullanılırlar ve dolayısıyla yaşayan bir yapının bir kısmı ya da tamamını ya da işleyen, arttıran veya doğal bir fonksiyonun yerine geçebilen biyomedikal ve araç içerir. Böyle fonksiyonlar kalp kapakçığı olarak kullanılma gibi iyi huylu ya da hidroksiapatit kaplı kalça implantları gibi daha etkileşimli bir işlevsellikle biyoaktif olabilir. Biyomalzemeler diş tedavilerinle, ameliyatlarda ve ilaç tesliminde her gün kullanılır. Örneğin, farmosötik ürünlerle doldurulmuş bir yapı vücuda yerleştirilebilir ve uzun bir süre boyunca sürekli ilaç salınımı sağlar. Bir biyomalzeme aynı zamanda otograft, alograft ya da transplant malzemesi olarak kullanılan ksenogreft de olabilir.
Elektronik, optik ve manyetik malzemeler
Yarıiletkenler, metaller ve seramik günümüzde tümleşik elektrik devreleri, optoelektronik cihazlar ve manyetik ve yığın depolama medyası gibi çok karmaşık sistemler oluşturmak için kullanılır. Bu malzemeler bugünkü modern programlama dünyamızı oluşturuyor ve dolayısıyla bu malzemelerin araştırılması büyük önem taşıyor.
Yarıiletkenler bu tür malzemelerin tipik bir örneğidir. İletkenler ile yalıtkanlar arasında özellikler gösteren malzemelerdir. Elektrik iletkenlikleri katışkı derişimlerine karşı çok hassastır ve bu istenilen elektronik özellikleri elde etmek için katkılama kullanımına izin verir. Dolayısıyla, yarıiletkenler geleneksel bilgisayarın temelini oluşturur.
Bu alan aynı zamanda , Spintronik, metamalzeme gibi araştırma alanlarını da kapsar. Bu malzemelerin çalışılması malzeme bilimi ve katı hal fiziği ya da yoğun madde fiziğini de içerir.
Sayısal malzeme bilimi ve teorisi
Bilgi işlem gücündeki sürekli artışlarla, malzemelerin davranışını simüle etmek mümkün hale gelmiştir. Bu, malzeme bilimcilerinin davranış ve mekanizmaları anlamalarını, yeni malzemeler tasarlamalarını ve daha önce yeterince anlaşılmayan özellikleri açıklamalarını sağlar. Entegre hesaplamalı malzeme mühendisliğini çevreleyen çabalar, belirli bir uygulama için malzeme özelliklerini optimize etme zamanını ve çabasını önemli ölçüde azaltmak için hesaplama yöntemlerini deneylerle birleştirmeye odaklanmaktadır. Bu, yoğunluk fonksiyonel teorisi, moleküler dinamik, Monte Carlo, çıkık dinamikleri, , sonlu elemanlar ve daha fazlası gibi yöntemleri kullanarak tüm uzunluk ölçeklerinde malzemelerin simüle edilmesini içerir.
Endüstride malzemeler
Büyük malzeme gelişmeleri yeni ürünlerin ve hatta yeni endüstrilerin oluşmasına yol açabilir ancak durağan endüstriler de artımsal geliştirmeler ve kullanımda olan malzemelerle olan sorunları gidermek için malzeme bilimcileri çalıştırır. Malzeme biliminin endüstriyel uygulamaları malzeme tasarımı, malzemelerin sanayi üretimindeki maliyet-kazanç dengesi, işleme teknikleri (döküm, haddeleme, kaynak, iyon katkılama, kristal büyütme, ince zar bırakım, , cam üfleme vb.) ve elektron mikroskopi, X ışını kırılması, ısı ölçüm, nükleer mikroskopi, Rutherford geri saçılımı, nötron kırılması, küçük açılı X ışını dağılması gibi analitik teknikleri içerir. Malzeme karakterizasyonunun yanı sıra, malzeme bilimci/mühendisi aynı zamanda malzemenin çıkarılması ve kullanışlı bir hale dönüştürülmesiyle de ilgilenir. Yani külçe dökümü, döküm teknikleri, yüksek fırın çıkarımı ve elektrolitik çıkarım bir malzeme mühendisinin bilgi sahibi olmasa gereken konular. Genellikle, kaba malzemenin bileşenleri ya da ikincil elementlerin küçük miktarlarının varlığı, yokluğu ya da çeşitliliğinin üretilen malzemenin son özelliklerinde büyük etkisi olacaktır. Örneğin çelikler içerdikleri karbon ve diğer alaşım elementlerinin 1/10 ve 1/100 ağırlık yüzdelerine dayanarak sınıflandırılır. Dolayısıyla yüksek fırındaki demirin çıkarılmasında kullanılan çıkarım ve saflaştırma teknikleri üretilebilecek olan çeliğin kalitesinde önemli etkiye sahip olacak.
Metal ve alaşımları
Metal alaşımlarının incelenmesi, malzeme biliminin önemli bir parçasıdır. Günümüzde kullanılan tüm metalik alaşımlar arasında, demir alaşımları (çelik, paslanmaz çelik, dökme demir, takım çeliği, alaşımlı çelikler) hem miktar hem de ticari değer bakımından en büyük oranı oluşturmaktadır.
Çeşitli oranlarda karbon ile alaşımlı demir, düşük, orta ve yüksek karbonlu çelikler verir. Bir demir-karbon alaşımı, karbon seviyesi % 0.01 ile % 2.00 arasındaysa, yalnızca çelik olarak kabul edilir. Çelikler için, çeliğin sertliği ve çekme mukavemeti, mevcut karbon miktarına bağlıdır, artan karbon seviyeleri de daha düşük süneklik ve tokluğa yol açar. Bununla birlikte, söndürme ve temperleme gibi ısıl işlem süreçleri bu özellikleri önemli ölçüde değiştirebilir. Dökme demir,% 2.00'den fazla,% 6.67'den az karbon içeren bir demir-karbon alaşımı olarak tanımlanır. Paslanmaz çelik, ağırlıkça % 10'dan fazla Krom alaşım içeriğine sahip normal bir çelik alaşımı olarak tanımlanır. Nikel ve Molibden tipik olarak paslanmaz çeliklerde de bulunur.
Diğer önemli metalik alaşımlar alüminyum, titanyum, bakır ve magnezyumdur. Bakır alaşımları uzun zamandır bilinmektedir (Tunç Çağı'ndan beri), diğer üç metalin alaşımları ise nispeten yakın zamanda geliştirilmiştir. Bu metallerin kimyasal reaktivitesi nedeniyle, gerekli elektrolitik ekstraksiyon işlemleri sadece nispeten yakın zamanda geliştirilmiştir. Alüminyum, titanyum ve magnezyum alaşımları, yüksek mukavemet-ağırlık oranları ve magnezyum durumunda elektromanyetik koruma sağlama yetenekleri nedeniyle de bilinir ve değerlenir. Bu malzemeler, havacılık endüstrisi ve bazı otomotiv mühendisliği uygulamaları gibi yüksek mukavemet/ağırlık oranlarının toplu maliyetten daha önemli olduğu durumlar için idealdir.
Seramikler ve camlar
Malzeme biliminin bir başka uygulaması, tipik olarak endüstriyel öneme sahip en kırılgan malzemeler olan seramik ve camların incelenmesidir. Birçok seramik ve cam, temel bir yapı taşı olarak SiO2 (silika) ile kovalent veya iyonik-kovalent bağlanma sergiler. Seramikler ham, ateşlenmemiş kil ile karıştırılmamalıdır genellikle kristal formda görülür. Ticari camların büyük çoğunluğu silika ile kaynaşmış bir metal oksit içerir. Cam hazırlamak için kullanılan yüksek sıcaklıklarda, malzeme soğuduktan sonra düzensiz bir duruma katılaşan viskoz bir sıvıdır. Pencere camları ve gözlükler önemli örneklerdir. Cam lifleri ayrıca uzun menzilli telekomünikasyon ve optik iletim için de kullanılır. Çizilmeye dayanıklı Corning Gorilla Glass, ortak bileşenlerin özelliklerini büyük ölçüde iyileştirmek için malzeme biliminin uygulanmasının iyi bilinen bir örneğidir.
Mühendislik seramikleri, yüksek sıcaklıklar, sıkıştırma ve elektriksel stres altında sertlikleri ve stabiliteleri ile bilinir. Alümina, silisyum karbür ve tungsten karbür, bir bağlayıcı ile sinterleme işleminde bileşenlerinin ince bir tozundan yapılır. Sıcak presleme daha yüksek yoğunluklu malzeme sağlar. Kimyasal buhar birikimi, bir seramiğin filmini başka bir malzemeye yerleştirebilir. Sermetler bazı metaller içeren seramik parçacıklarıdır. Aletlerin aşınma direnci, özellikleri değiştirmek için tipik olarak eklenen kobalt ve nikelin metal fazına sahip çimentolu karbürlerden elde edilir.
Polimerler
Polimerler de malzeme biliminin önemli bir parçasıdır. Polimerler yaygın olarak plastik diye adlandırdığımız malzemelerin ham maddesidir. Plastikler aslında işlem sırasında bir ya da daha fazla polimer veya katkı daha sonra en son haline bürünecek olan reçineye eklendikten sonra oluşan son ürünlerdir. Uzun zamandır var olan ve günümüzde yaygın kullanımda olan polimerler polietilen, polipropilen, PVC, polisitren, naylon, polyester, akrilik, poliüretanlar ve polikarbonatları içerir. Plastikler genellikle ticari eşya, özel ürün ve mühendislik plastikleri olarak sınıflandırılır.
PVC yaygın olarak kullanılır, pahalı değildir ve yıllık üretim miktarı fazladır. Yapay deriden elektriksel yalıtıma ve kablolamaya, ambalajlar ve konteynerlere kadar birçok uygulama dizisine elverişlidir. Fabrikasyonu ve işlenmesi basit ve iyi yapılandırılmıştır. PVC’nin çok yönlülüğü kabul ettiği geniş ölçüdeki akışkanlaştırıcı ve diğer katkı maddelerinden kaynaklanır. Polimer bilimindeki katkı ifadesi malzeme özelliklerini düzeltmek için polimer baza eklenen kimyasallara ve bileşenlere karşılık gelir.
Polikarbonatın normalde mühendislik plastiği olarak ele alınması gerekirdi. Mühendislik plastikleri üstün dayanıklılıklarına ve diğer özel malzeme özelliklerine göre değerlendirilir. Genellikle ticari eşya plastiklerinin aksine tek seferlik uygulamalarda kullanılmazlar. Özel ürün plastikleri çok yüksek dayanıklılık, elektriksel iletkenlik, elektrikli flor ışıklık, yüksek termal stabilite gibi eşsiz özellikleri olan malzemelerdir.
Plastiklerin çeşitleri arasındaki ayrım çizgisi malzemeye değil de özelliklerine ve uygulamalara dayalıdır. Örneğin polietilen (PE) kullan-at alışveriş torbaları ve çöp poşetleri yapmak için kullanılan ucuz, az sürtünmeli polimerdir ve ticari ürün plastiği olarak ele alınır. Öte yandan orta yoğunluktaki polietilen (MDPE) yer altı gaz ve su boruları için kullanılır ve çok yüksek mol kütleli polietilen olarak adlandırılan bir diğer çeşit de kalça eklemi implantlarında az sürtünmeli mil yuvası veya sanayi ekipmanları için kızak yayları olarak kullanılan mühendislik plastiğidir.
Kompozit malzemeler
Malzeme biliminin endüstrideki bir başka uygulaması da kompozit malzemeler yapmaktır. Bunlar iki veya daha fazla makroskobik fazdan oluşan yapılandırılmış malzemelerdir. Uygulamalar, çelik takviyeli beton gibi yapısal elemanlardan, mekiğin yüzeyini Dünya atmosferine yeniden girme ısısından korumak için kullanılan NASA'nın Uzay Mekiği termal koruma sisteminde önemli ve ayrılmaz bir rol oynayan ısı yalıtım karolarına kadar uzanmaktadır. Bir örnek, 1.510 °C'ye kadar yeniden giriş sıcaklıklarına dayanan ve uzay mekiğinin kanat ön kenarlarını ve burun kapağını koruyan açık gri malzeme olan güçlendirilmiş Karbon-Karbon'dur (RCC). RCC, grafit rayon bezinden yapılmış ve fenolik bir reçine ile emprenye edilmiş lamine bir kompozit malzemedir. Bir otoklavda yüksek sıcaklıkta kürlendikten sonra, laminat reçineyi karbona dönüştürmek için pirolize edilir, bir vakum odasında furfural alkol ile emprenye edilir ve furfural alkolü karbona dönüştürmek için kürlenmiş-pirolize edilir. Yeniden kullanım kabiliyeti için oksidasyon direnci sağlamak için, RCC'nin dış katmanları silisyum karbüre dönüştürülür.
Diğer örnekler televizyon setlerinin, cep telefonlarının ve benzerlerinin "plastik" kasalarında görülebilir. Bu plastik kılıflar genellikle kalsiyum karbonat tebeşir, talk, cam elyafı veya karbon fiberlerin ilave mukavemet, hacim veya elektrostatik dağılım için eklendiği akrilonitril bütadien stiren (ABS) gibi termoplastik bir matristen oluşan kompozit bir malzemedir. Bu ilaveler, amaçlarına bağlı olarak takviye lifleri veya dağıtıcılar olarak adlandırılabilir..
Metalurji ve malzeme mühendisliği
Metalurji ve malzeme mühendisliği günümüzde kimya, makine, inşaat, uzay-uçak, elektrik-elektronik, çevre ve tıp alanlarına yayılmış çok disiplinli bir bilim ve teknoloji dalı olarak gelişmesini sürdürmekte ve verimlilik, enerji ve hammadde üçlüsü ile uyum içinde olan üretim süreçlerinin sektöre kazandırılmasında önemli rol oynamaktadır. Son yıllarda metalurji ve malzeme mühendisliğindeki gelişmeler, genel olarak metalurjik proseslerin optimizasyonu, nümerik simülasyon ve modelleme üzerine yoğunlaşırken, çevresel metalurji uygulamalarında da, çevre kirliliğine yol açmayacak nitelikte atılabilir atık üretmek, de-metalize edilmiş (metal iyonlarından arındırılmış) çözeltiyi kullanılabilir su halinde sisteme geri döndürme şeklinde atık su de-metalizasyonu, ikincil kaynakların yeniden değerlendirilmesine yönelik reaktör ve proseslerin tasarımı (ve geliştirilmesi) gibi konular önde gelmektedir.
Enerji yoğun işletmelerin başında yer alan elektro-metalürji uygulamalarında ise, sonlu elemanlar yöntemiyle hücre dizaynlarında yapılan iyileştirmeler, kullanılan elektrot malzemelerinin yeniden tasarımı ve geliştirilmesi gibi konular önem kazanmaktadır. Yüksek kaliteye ve üstün özelliklere sahip karmaşık şekilli parçaların, toz metalürjisi yöntemleriyle istenilen toleranslarda ve minimum kayıpla ekonomik olarak imalinde önemli rol oynayan, nano boyutta toz ve toz karışımlarının hidro- ve/veya elektro-metalurjik yöntemlerle üretiminin yanı sıra, soy metaller metalurjisi içinde yer alan ve insan sağlığına zarar vermeyen altın ve altın alaşımlarının geliştirilmesi ve üretimleri de günümüz metalürji bilimi gündeminin ilk sıralarında karşımıza çıkmaktadır.
İnsanlık tarihini taş devrinden tunç devrine, oradan da demir devrine ulaştıran Metalurji "sanat"ı, bugün temel bilimlere dayalı ve çağdaş medeniyetin kuruluş ve gelişmesine büyük katkıları olan Metalurji ve malzeme mühendisliği mesleği adı altında bilimsel ve teknolojik bakımdan geniş bir alanı kapsar hale gelmiştir.
Tarihi açıdan metal, önceleri doğal halinde kullanılmış ve bu da nabit metallerin şekillendirilmesiyle mümkün olmuştur. İlk kullanılan nabit metaller, bakır ve altındır. Metalurjinin tarihi ile tarihsel gelişimi neredeyse özdeştir. Arkeolojik bulgular, bakır üretiminin ilk kez Anadolu ve İran topraklarında başladığını göstermektedir. Bakırı işlemek suretiyle, mızraklar ve çeşitli silahlar yapan insanoğlu daha sonraki yıllarda bakır ve kalayı karıştırarak bakırdan daha sert bir alaşım elde etmiştir. Anadolu'da kalay bulunmadığı için Hititler, bakır ile arseniği alaşımlandırmak suretiyle yeni bir alaşım bulmuşlar ve bu gelişmeler de tunç çağının başlangıcına yol açmıştır. Aynı şekilde ilk demir üretimi de MÖ 1500 yıllarında yine Anadolu'da gerçekleşmiştir.
Tarihçe
Dünya'da metalurji ve malzeme mühendisliği
Türkiye'de yaygın olarak kullanılan malzeme ve metalürji bölümlerinin ismi birçok ülkede MALZEME BİLİMİ ve MÜHENDİSLİĞİ olarak değiştirilmiştir. Özellikle Amerika Birleşik Devletleri'nde bu isim altında bir bölüm yoktur. Önceleri metalurji mühendisliği adı altında kurulan bölümler zamanla metalurji ve malzeme (Türkiye'de hâlen kullanılan) daha sonra malzeme ve metalurji (Birleşik Krallık) ve son olarak da malzeme bilimi ve mühendisliği (Amerika Birleşik Devletleri) bölümleri olarak isim değişikliğine gitmişlerdir. Malzeme adı alt dallarından olan metalürjiyi kapsamasına rağmen ağırlıklı eğitimi göstermek adına metalurji ismi Türkiye'de hâlen kullanılmaktadır.
Türkiye'de metalürji ve malzeme mühendisliği
Türkiye'de metalurji ve malzeme mühendisliği eğitimi metalurji mühendisliği adı altında İTÜ'de Maden Fakültesi'nde başlamıştır. Maden Fakültesi'nde 1957 yılında Üretim Metalurjisi ve Fiziksel Metalurji kürsüleri kurulmuş ve eğitimini ABD MIT'de tamamlamış olan Doç. Dr. Recep Safoğlu'nun fakülte bünyesine katılması ile Metalurji eğitimi başlatılmıştır. 1961-62 akademik yılında Maden Fakültesi bünyesindeki bu iki kürsü "Metalurji Bölümü" olarak organize edilmiş ve ilk Metalurji Mühendisliği eğitimi başlatılmıştır. O yıllarda 3. sınıfa geçmiş öğrencilerden bu bölüme ayrılanlar eğitimlerinin son iki yılını bu bölümde tamamlayarak 1963-64 yılında Metalurji Mühendisi olarak mezun olmuşlardır. 2012 yılı itibarı ile 25 Türk üniversitesinde bu bölüm adı altında yer alırken 5 üniversitemizde ise Malzeme Bilimi ve Mühendisliği bölümü adı altında eğitim ve araştırma çalışmalarını sürdürmektedir.. Metalurji ve Malzeme Mühendislerinin yasal meslek örgütü 'dır.
Öğretim programı
Metalurji ve malzeme mühendisliği programında eğitim süresi 4 yıldır. Programda mühendisliğin diğer bütün dallarında olduğu gibi, fizik, kimya ve matematikle yakından ilişkili dersler vardır. Öğretimin birinci yılında temel bilimlere ilişkin dersler okutulurken ilerleyen yıllarda demir-çelik ve demir dışı metallerin üretimi, toz metalurjisi, tahribatsız malzeme muayeneleri, ısıl işlemler, alaşımlar gibi alana özgü konular, kuramsal ve uygulamalı olarak verilir. Ayrıca yaz stajı da zorunludur.
Metalurji ve malzeme mühendisliği programında eğitim görmek isteyenlerin özellikle analitik düşünme ve tasarım yeteneklerine sahip olması, kimya, fizik, matematik ve yerbilimlerine ilgili ve bu alanlarda iyi yetişmiş olmaları gerekir.
Alınan unvan ve yapılan işler
Bu programı bitirenler "Metalurji ve Malzeme Mühendisi veya Malzeme Bilimi ve Mühendisi" unvanını alırlar. Metalurji ve malzeme mühendisleri (veya malzeme bilimi ve mühendisleri), herhangi bir malzemenin üretimi için gerekli planları yapar ve uygulanmasını denetlerler. Ayrıca, mühendislik tasarım grubunun üyesi olarak, malzeme seçme, önerme ve kullanımının denetimi gibi görevlerinin yanı sıra özel amaçlara yönelik malzemeler tasarlarlar.
Metalurji ve malzeme mühendisleri (veya malzeme bilimi ve mühendisleri), aşağıda belirtilen sanayi dallarında faaliyet gösteren kamu veya özel sektör kuruluşlarında çalışabilecekleri gibi kendi işlerini kurma imkânına da sahiptirler.
- Metal sanayi (Demir-çelik, demir-dışı metal üretim ve Döküm sanayi)
- Seramik sanayi (İleri teknoloji seramikleri, geleneksel seramikler ve cam)
- Polimer sanayi
- Yarı-iletken sanayi
- Kaplama Sanayi
- Savunma sanayi
- Makine imalat sanayi
- Otomotiv ve otomotiv yan sanayi
- Uçak ve gemi imalat sanayi
- Kaynak malzemeleri üretimi sanayi
- Metal şekillendirme ve işleme sanayi
- Yüzey işlemleri ve kaplama sanayi
- Elektrik-elektronik malzeme üretimi
- Manyetik malzeme üretimi
- Biomedikal malzeme üretimi
- Kalite kontrol ve gözetim şirketleri
- Tahribatsız muayene
Metalürjinin malzeme bilimi ve mühendisliğiyle ilgisi
Türkiye'de var olan çoğu metalurji (metal bilimi) mühendislikleri zamanla bilimsel ve teknolojik gelişmelere ayak uydurarak, disiplinleri genişletip Malzeme Bilimi ile entegre hale getirmişlerdir. Aynı zamanda bazı seramik mühendislikleri ise ya Metalurji Mühendisliği bölümleriyle birleştirme yoluyla ya da doğrudan Malzeme Bilimi ve Mühendisliğine çevrilmiştir. Metalurji Bilimi, malzeme biliminin alt dalıdır. Yeni açılan bölümlerde Malzeme Bilimi ve Mühendisliği diye geçmektedir. Ancak üniversitelerin programları farklılık gösterebilir yani Malzeme Bilimi'nin farklı alanlarına ağırlık verebilir; örneğin, metalürji, seramik, nanoteknoloji, biyomühendislik gibi..
Diğer alanlarla ilişkiler
Malzeme bilimi 1960’lı yıllardan başlayarak gelişti çünkü farkına varıldı ki yeni malzemeler yaratmak, keşfetmek ve tasarlamak için birleşik biçimde yaklaşılması gerekir. Böylece malzeme bilimi ve mühendisliği metalurji, katı hal fiziği, kimya, kimya mühendisliği, makine mühendisliği ve elektrik mühendisliği gibi çeşitli alanların kesişiminde ortaya çıktı.
Bu alan doğal olarak bilimler arası bir branş ve malzeme bilimciler/mühendisleri fizikçilerin, kimyagerlerin ve mühendislerin yöntemlerinin farkında olmalı ve faydalanmalı. Dolayısıyla bu alan diğerleriyle yakın bir ilişki sürdürür. Ayrıca birçok fizikçi, kimyager ve mühendis kendilerini malzeme biliminde çalışırken bulurlar.
Fizik ve malzeme bilimindeki bu örtüşme malzemelerin fiziksel özellikleriyle ilgilenen malzeme fiziği yan dalının oluşmasına yol açtı. Bu yaklaşım genel olarak daha makroskopik ve yoğun madde fiziğinden daha çok uygulanır.
Malzeme bilimi ve mühendisliği alanı mühendislik açısından olduğu kadar bilimsel açıdan da öneme sahip. Yeni malzemeler keşfederken daha önce gözlemlenmemiş bir fenomenle karşılaşılabilir. Dolayısıyla malzemelerle çalışırken keşfedilecek birçok bilimsel olgu var. Malzeme bilimi ayrıca yoğun madde fiziği teorileri için test imkânı sağlar.
Bir mühendis için malzeme büyük önem taşır. Uygun malzemenin kullanımı sistem tasarlarken çok önemlidir ve bu yüzden mühendisler daima malzemelerle ilgilenir. Dolayısıyla malzeme bilimi mühendislik eğitiminde giderek önemli hale geliyor.
Ayrıca bakınız
Kaynakça
- ^ a b Jr, William D. Callister; Rethwisch, David G. (5 Şubat 2020). Callister's Materials Science and Engineering (İngilizce). John Wiley & Sons. ISBN . 22 Haziran 2023 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 22 Haziran 2023.
- ^ "Materials science". 20 Temmuz 2023 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 20 Temmuz 2023.
- ^ . 5 Ekim 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Temmuz 2018.
- ^ "Arşivlenmiş kopya". 28 Temmuz 2012 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 6 Şubat 2021.
- ^ "Arşivlenmiş kopya". 17 Haziran 2012 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 23 Temmuz 2018.
Dış bağlantılar
- Mühendishane Mühendislik Bilimleri Eğitim Merkezi 7 Kasım 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Bu maddedeki bilgilerin dogrulanabilmesi icin ek kaynaklar gerekli Lutfen guvenilir kaynaklar ekleyerek maddenin gelistirilmesine yardimci olun Kaynaksiz icerik itiraz konusu olabilir ve kaldirilabilir Kaynak ara Malzeme bilimi haber gazete kitap akademik JSTOR Haziran 2020 Bu sablonun nasil ve ne zaman kaldirilmasi gerektigini ogrenin Bu maddede kaynak listesi bulunmasina karsin metin ici kaynaklarin yetersizligi nedeniyle bazi bilgilerin hangi kaynaktan alindigi belirsizdir Lutfen kaynaklari uygun bicimde metin icine yerlestirerek maddenin gelistirilmesine yardimci olun Haziran 2020 Bu sablonun nasil ve ne zaman kaldirilmasi gerektigini ogrenin Malzeme bilimi malzemelerin yapi ve ozelliklerini inceleyen yeni malzemelerin uretilmesini veya sentezlenmesini de icine alan disiplinlerarasi bir bilim dalidir Taramali elektron mikroskobu ile goruntulenen yedi kristalografik duzlemi gosteren bir sentetik elmas Malzeme biliminin entelektuel kokenleri arastirmacilarin metalurji ve mineralojideki eski fenomenolojik gozlemleri anlamak icin kimya fizik ve muhendislikten analitik dusunceyi kullanmaya basladiklari Aydinlanma Cagi ndan kaynaklanmaktadir Malzeme bilimi hala fizik kimya ve muhendislik unsurlarini icermektedir Bu nedenle alan uzun zamandir akademik kurumlar tarafindan bu ilgili alanlarin bir alt alani olarak kabul edilmistir 1940 lardan baslayarak malzeme bilimi daha yaygin olarak belirli ve farkli bir bilim ve muhendislik alani olarak taninmaya baslandi ve dunyadaki buyuk teknik universiteler calismasi icin ozel okullar olusturdu Malzeme bilimcileri bir malzemenin islemenin tarihinin yapisini ve dolayisiyla malzemenin ozelliklerini ve performansini nasil etkiledigini anlamayi vurgular Islem yapi ozellik iliskilerinin anlasilmasina malzeme paradigmasi denir Bu paradigma nanoteknoloji biyomalzemeler ve metalurji dahil olmak uzere cesitli arastirma alanlarinda anlayisi ilerletmek icin kullanilir Malzeme bilimi ayni zamanda adli muhendislik ve onemli bir parcasidir amaclandigi gibi calismayan kisisel yaralanmaya veya mulke zarar veren malzemelerin urunlerin yapilarin veya bilesenlerin arastirilmasidir Bu tur arastirmalar ornegin cesitli havacilik kazalarinin ve olaylarinin nedenlerini anlamanin anahtaridir TarihceGec Tunc Caginda kalma hancer bicagi Malzeme bilimi uygulamali bilim ve muhendisligin en eski bicimlerinden biridir Insan uygarliginin tarihinde farkli donemler genellikle insanin yeni bir malzeme turuyle calisma yetenegindeki ilerlemeye gore geriye donuk olarak tanimlanmistir Tas Devri Bronz Cagi Demir Cagi gibi ifadeler buna guzel birer ornek Aslinda seramik uretiminden ve onun turevi sayilan metalurjiden ortaya cikan malzeme bilimi uygulama bilimlerin ve muhendisligin en eski formlarindan biridir Modern malzeme bilimi dogrudan madencilik seramik ve ates kullanimindan gelismis olan metalurjiden gelismistir Malzemeleri anlamadaki buyuk atilim 19 yuzyilin sonlarinda Amerikan bilim insani Josiah Willard Gibbs farkli evrelerdeki atomik yapilarla baglantili termodinamik ozelliklerin bir materyalin fiziksel ozellikleriyle baglantili oldugunu ortaya cikarmasiyla meydana geldi Modern malzeme biliminin onemli unsurlari uzay yarisinin bir sonucudur uzayin kesfedilmesini saglayan uzay araclarinin yapiminda kullanilan metal alasimlarin cakmak tasinin ve karbon materyallerin anlasilmasi ve teknigi Malzeme bilimi plastik yari iletkenler ve biyomateryaller gibi yenilikci teknolojilerin gelisimini etkilemis ve bu gelisimden etkilenmistir 1960 lardan once bircok malzeme bilimi bolumu 19 ve 20 yuzyilin metallere verdigi onemin bir yansimasi olarak metalurji bolumu olarak adlandirilmisti Amerika Birlesik Devletleri nde malzeme biliminin buyumesi 1960 li yillarda malzeme bilimindeki temel arastirma ve egitimin ulusal programini genisletmek amaciyla bircok universite laboratuvarlarini finanse eden Ileri Arastirma Projeleri Ajansi tarafindan kolaylastirildi Alan o zamandan beri seramik polimerler yari iletkenler manyetik materyaller tibbi implant malzemeleri biyolojik malzemeler ve nanomalzemeler de dahil olmak uzere her sinif malzemeyi icerecek sekilde genisledi Modern malzeme biliminin bircok onemli unsuru uzay yarisindan kaynaklanmistir Ozellikle metalik alasimlarin seramiklerin ve diger malzemelerin anlasilmasi ve muhendisligi uzay araclarinin uzay kiyafetlerinin ve benzerlerinin yapiminda kullanildi ve edinilen yeni bilgiler cesitli tuketici ve endustriyel uygulamalarin gelismesine yol acti Malzeme bilimi fiber optik kablolardan tenis ayakkabilarina gunes pillerinden yelkenli teknelere kadar her seyin ayrilmaz bir parcasi olarak 21 yuzyil uygarliginin fiziksel temellerini atmistir Malzeme bilimi ve karbon bazli yakitlarin yakilmasi nedeniyle sera gazlarinin surekli birikmesi karsisinda surdurulebilir kalkinmaya yonelik teknolojik cozumler bulma arayisinda merkezi oneme sahiptir Malzeme biliminin temel prensipleriMalzemenin ozelliklerinin islenmesinin performansinin ve yapisinin birbiriyle nasil iliskili oldugunu gosteren malzeme bilimi tetrahedronu Bir malzeme belirli uygulamalar icin kullanilmasi amaclanan bir madde cogunlukla kati ancak diger yogun fazlar da dahil edilebilir olarak tanimlanir Etrafimizda binalardan uzay araclarinda kadar her yerde bulunabilecek cok sayida malzeme var Malzemeler kristal yapilarina gore genellikle iki gruba ayrilabilirler Kristal ve kristalsiz amorf Geleneksel olarak malzemeler metaller seramikler ve polimerler olmak uzere uc ana kategoriye ayrilirlar Bunun disinda bu uc ana malzemeden en az iki malzemenin birlikte kullanildigi malzemeler ise kompozit karma malzemelerdir Diger bir malzeme grubu ise gelistirilmekte olan yeni ve ileri duzeyde malzemeler olup yari iletkenler nanomalzemeler akilli malzemeler ve biyomalzemeleri icerir Malzeme biliminin temeli materyallerin yapisini incelemek ve ozellikleriyle iliskilendirmek olusturur Bir malzeme bilimci yapi ozellik iliskisini ogrendigi anda bir malzemenin belirli bir uygulamadaki goreceli performansini calismaya gecebilir Bir malzemenin onemli yapi belirleyicileri ve dolayisiyla ozellikleri onun kimyasal element bilesenleri ve son duruma getirildigi yoldur Bir araya getirilen ve kinetik ve termodinamik kurallariyla iliskilendirilen bu nitelikler malzemenin mikroyapisini ve ozelliklerini yonetir Yapi Yukarida da bahsedildigi gibi yapi malzeme bilimi alaninin en onemli unsurlarindan biridir Malzeme bilimi malzemelerin atomik olcekten makro olcege kadar yapilarini inceler Nitelendirme malzeme bilimcilerin malzemenin yapisini inceledikleri yoldur X isini kirilmasi elektronlar ve notronlar tayfolcumunun farkli formlar gibi teknikleri ve Raman tayfolcumu enerji ayiran tayfolcumu EDS kromatografi termal analiz elektron mikroskop analizi gibi kimyasal analizleri icerir Yapi asagida aciklandigi gibi farkli seviyelerde incelenir Atom yapisi Altinin 100 yuzeyini olusturan atomlari gosteren taramali tunelleme mikroskop STM goruntusu Materyallerin atomlariyla ve molekuller kristaller vb vermek icin nasil duzenlendikleriyle ilgilenir Malzemenin elektrik manyetik ve kimyasal ozelliklerinden cogu yapinin bu seviyesinden dogmustur Ilgili uzunluk olculeri angstrom 0 1 nm birimindedir Atomlarin ve molekullerin bag yapma ve dizilme sekli herhangi bir materyalin davranisini ve ozelliklerini incelemede esastir Baglanma Malzeme yapisini ve ozellikleriyle baglantisini tam olarak anlamak icin malzeme bilimcilerin atomlarin iyonlarin ve molekullerin nasil farkli dizildiklerini ve birbirlerine nasil baglandiklarini calismalari gerekir Bu kuantum kimyasi ya da kuantum fiziginin calismasi ya da kullanimini icerir Kati hal fizigi kati hal kimyasi ve fiziksel kimya da ayrica baglanma ve yapi calismalarinda yer alir Kristalografi Yuzey merkezli kubik kristal kafes yapisinda oktahedral ve tetrahedral interstisyel bolgeler Kristalografi kristal katilarda atom dizilimini inceleyen bilimdir ve malzeme bilimciler icin cok kullanisli bir aractir Tek kristallerde atomlarin kristal diziliminin etkisi genelde olarak gormesi cok kolaydir cunku kristallerin dogal sekilleri atom yapisini yansitir Ayrica fiziksel ozellikler genellikle kristal kusurlar tarafindan kontrol edilir Kristal yapilari anlamak kristalografik kusurlari anlamak icin onemli bir onkosuldur Cogunlukla materyaller tek bir kristal halinde degil coklu kristal yapida farkli yonelimlerdeki kucuk kristal toplaminda oldugu gibi olusurlar Bu nedenden dolayi cok sayida kristalle coklu kristal orneklerinin kirilma oruntulerini kullanan toz kirinimi yontemi yapisal belirlemede onemli bir rol oynar Cogu malzemeler kristal yapiya sahip Ancak bazi duzenli kristal yapi gostermeyen onemli malzemeler var Polimerler farkli olculerde kristallik gosterir ve bircogu tamamen kristalsizdir Cam bazi seramikler ve bircok dogal materyaller bicimsizdir yani atom dizilimlerinde uzun mesafeli siralamalara sahip degiller Polimerlerin calisilmasi kimyasal elementleri ve mekanik fiziksel ozelliklerin tanimlari ve termodinamik vermek icin istatistiksel termodinamikleri birlestirir Nanoyapi Buckminsterfullerenin nanoyapisi Nanoyapi 1 100 nm araligindaki yapilarla ve nesnelerle ilgilenir Bircok materyalde atomlar ve molekuller nano olcekte nesneler olusturmak icin bir araya gelirler Bu elektrik manyetik optik ve mekanik ozelliklerin olusmasina yol acar Nanoyapilari tanimlarken nano olcekteki boyutlarin sayisi arasinda ayrim yapmak gereklidir Nano dokulu yuzeyler nano olcekte tek boyuta sahipler ornegin bir nesnenin yuzey kalinligi 0 1 ile 100 nm arasindadir Nano tupler nano olcekte iki boyutludur ornegin tupun capi 0 1 ile 100 nm arasindadir ki bu uzunluk cok daha fazla olabilir Son olarak da nanoparcaciklar nanoolcekte uc boyutludur ornegin parcacik her uc boyutta da 0 1 ile 100 nm arasindadir Nanoparcacik ve cok kucuk parcacik UFP terimleri genellikle es anlamli kullanilir ancak UFP mikrometre araliga ulasabilir Nanoyapi terimi genelde manyetik teknolojisinden bahsederken kullanilir Biyolojide nano olcek yapi genellikle ultrastruktur olarak adlandirilir Atom ya da molekulleri nanoolcekte bilesen olusturan materyaller nanoyapi olusturan nanomateryal olarak adlandirilir Nanomateryaller sahip olduklari essiz ozellikler dolayisiyla malzeme biliminde yogun arastirma konusudur Mikroyapi Dokulmus ve dendritik yapida olan bir bronzun mikroyapisi Mikroyapi hazir bir yuzeyin yapisi ya da mikroskopla 25 katin uzerinde buyutulen materyalin ince foyasi olarak tanimlanir 100 nm den birkac cm buyuklukteki nesnelerle ilgilenir Bir malzemenin metal polimer seramik ve kompozit olarak kabaca siniflanabilir mikroyapisi guc dayaniklilik esneklik sertlik yuksek dusuk sicakliktaki davranis asinma direnci gibi bircok fiziksel ozelligi etkileyebilir Malzemenin mikroyapisinin incelenmesi teknikleri metal ve alasimlari icin metalografi seramikler icin polimerik malzemeler icin ise terimleri kullanilirken toplu olarak materyalografi olarak adlandirilir Bir malzemenin mukemmel bir kristalinin uretimi fiziksel olarak imkansizdir Ornegin bir kristal malzeme tortular tane siniri Hall Patch iliskisi arayer atomlari bosluklar ya da yer degisimli atomlar gibi bazi kusurlar icerecektir Materyallerin mikroyapisi bu kusurlari aciga cikarir ki uzerinde calisilabilsin Makroyapi Bazi durumlarda malzemenin yapisi ciplak gozle gorulebilecek kadar buyuktur Makroyapi bir materyalin militmetreden metreye kadar olan ciplak gozle gorebildigimiz malzemelerin yapisinin goruntusudur Malzemenin temel ozellikleri Malzemelerin cok sayida ozellikleri vardir Temel ozellikler sunlardir Mekanik ozellikleri Kimyasal ozellikler Elektrik ozellikleri Termal ozellikler Optik ozellikler Manyetik ozellikler Bir malzemenin ozellikleri o maddenin kullanilabilirligini ve dolayisiyla da teknik uygulamasini belirler Sentez ve isleme Sentez ve isleme istenen mikroyapi veya nanoyapiya sahip bir malzemenin olusturulmasini icerir Teknik bir acidan bakildiginda eger bir malzeme icin hic ekonomik uretim metodu gelistirilmemisse endustride kullanilamaz Bu nedenle materyallerin islenmesi malzeme bilimi alaninda cok onemlidir Farkli malzemeler farkli isleme sentez teknikleri gerektirir Ornegin metalin islenmesi tarih boyunca cok onemli olmustur ve fiziksel metalurji diye bilinen malzeme biliminin bir dali altinda calisilir Ayrica kimyasal ve fiziksel teknikler polimer seramik ve ince filmler gibi materyallerin sentezlenmesinde kullanilir Son zamanlarda grafen gibi nanomalzemelerin sentezlenmesi icin yeni teknikler gelistiriliyor Termodinamik bir ikili faz diyagrami ve kristal yapi lamel otektik Faz diyagramlarinin anlasilmasi termodinamikle yakindan iliskilidir Termodinamik isi sicaklik ve bunlarin enerji ve isle olan iliskileriyle ilgilenir Ic enerji entropi ve radyasyon ya da maddenin kutlesini kismen tanimlayan baski gibi makroskopik degiskenleri belirler Bu degiskenlerin davranisi sadece belirli malzemelere has ozellikler degil butun malzemelerde yaygin olan genel sabitlere bagli oldugunu one surer Bu genel sabitler termodinamigin dort kuralinda aciklanmistir Termodinamik molekuller gibi cok buyuk sayidaki mikroskopik sabitlerin mikroskopik davranislarini degil kutlenin butun olarak davranisini tanimlar Mikroskopik parcaciklarin bu davranisi istatistiksel mekanik tarafindan tanimlanir ve termodinamigin kurallari da istatistiksel mekanikten gelir Termodinamik calismalari malzeme bilimi icin temeldir Kimyasal tepkimeler manyetizma kutuplasabilirlik ve esnekligi iceren malzeme bilimi ve muhendisligindeki genel fenomene islemek icin altyapi hazirlar Ayrica faz diyagramlari ve faz dengesinin anlasilmasina da yardim eder Kimyasal kinetik Kimyasal kinetik bilimi cesitli guclerin etkisi altinda denge degisikligi disinda kalan sistemlerin oran calismasidir Malzeme bilimine uygulandiginda uygulanan belirli alana gore bir materyalin zamanla nasil degistigiyle dengesiz durumdan denge durumuna ilgilenir Materyallerde sekil boyut bilesim ve yapi gibi degisen cesitli islemlerin oranini detayli olarak anlatir Difuzyon materyallerin en yaygin olarak degisime ugradigi mekanizma oldugu icin kinetik bilimin en onemli calisma alanidir Kinetik bilimi materyallerin islenmesine temeldir cunku digerlerine gore isi uygulanmasiyla mikroyapinin nasil degistigini detayli olarak aciklar Arastirmada malzemelerMalzeme bilimi oldukca aktif bir arastirma alanidir Malzeme bilimi bolumleri ile birlikte fizik kimya ve bircok muhendislik bolumu malzeme arastirmalarinda yer almaktadir Malzeme arastirmasi cok cesitli konulari kapsar asagidaki kapsamli olmayan liste birkac onemli arastirma alanini vurgulamaktadir Nanomalzemeler Karbon nanotup demetlerinin SEM goruntusu Nanomalzemeler temelde 1 1000 nanometre ama genelde 1 100 nm boyutlarinda en azindan tek bir boyutta tek bir unitenin malzemeleri olarak tanimlanir Nanomalzeme arastirmasi metroloji ve mikrofabrikasyon arastirmasi destegiyle gelistiren sentezin gelisimini guclendiren nanoteknolojiye malzeme bilimine dayali bir yaklasim ele alir Nano buyuklukteki yapida malzemeler genellikle essiz optik elektronik ve mekanik ozelliklere sahiptir Nanomalzeme alani geleneksel kimya alani gibi genel hatlariyla fulerinler gibi organik nanomalzemeler ve silikon gibi diger elemtlere dayali inorganik malzemeler etrafinda duzenlenmistir Nanomalzemelerin ornekleri olarak fulerinler karbon nanotupler nanokristaller ve benzerleri verilebilir Biyomalzemeler Biyomalzeme olan titanyum alasimli kalca implanti parcalari Bir biyomalzeme biyolojik sistemlerle etkilesime gecen herhangi bir madde yuzey ya da yapi olabilir Bir bilim olarak biyomalzeme yaklasik 50 yasinda Biyomalzeme calismalari biyomalzeme bilimi olarak adlandirilir Tarih boyunca bircok sirketin yeni urunlerin gelisimine yuksek miktarlarda paralar harcamasiyla birlikte guclu ve istikrarli bir buyume gosterdi Biyomalzeme bilimi tip biyoloji kimya doku muhendisligi ve malzeme biliminin ogelerini kapsar Biyomalzeme dogadan elde edilebilir ya da metal bisenler polimerler seramikler ya da bilesik maddeler kullanan bir cesit kimyasal yaklasimlarla labarotuvarda sentezlenebilir Genelde tibbi uygulama icin kullanilirlar ve dolayisiyla yasayan bir yapinin bir kismi ya da tamamini ya da isleyen arttiran veya dogal bir fonksiyonun yerine gecebilen biyomedikal ve arac icerir Boyle fonksiyonlar kalp kapakcigi olarak kullanilma gibi iyi huylu ya da hidroksiapatit kapli kalca implantlari gibi daha etkilesimli bir islevsellikle biyoaktif olabilir Biyomalzemeler dis tedavilerinle ameliyatlarda ve ilac tesliminde her gun kullanilir Ornegin farmosotik urunlerle doldurulmus bir yapi vucuda yerlestirilebilir ve uzun bir sure boyunca surekli ilac salinimi saglar Bir biyomalzeme ayni zamanda otograft alograft ya da transplant malzemesi olarak kullanilan ksenogreft de olabilir Elektronik optik ve manyetik malzemeler Negatif indeksli metamalzeme Yariiletkenler metaller ve seramik gunumuzde tumlesik elektrik devreleri optoelektronik cihazlar ve manyetik ve yigin depolama medyasi gibi cok karmasik sistemler olusturmak icin kullanilir Bu malzemeler bugunku modern programlama dunyamizi olusturuyor ve dolayisiyla bu malzemelerin arastirilmasi buyuk onem tasiyor Yariiletkenler bu tur malzemelerin tipik bir ornegidir Iletkenler ile yalitkanlar arasinda ozellikler gosteren malzemelerdir Elektrik iletkenlikleri katiski derisimlerine karsi cok hassastir ve bu istenilen elektronik ozellikleri elde etmek icin katkilama kullanimina izin verir Dolayisiyla yariiletkenler geleneksel bilgisayarin temelini olusturur Bu alan ayni zamanda Spintronik metamalzeme gibi arastirma alanlarini da kapsar Bu malzemelerin calisilmasi malzeme bilimi ve kati hal fizigi ya da yogun madde fizigini de icerir Sayisal malzeme bilimi ve teorisi Bir Aluminyum Borunun Egilme Analizi Bilgi islem gucundeki surekli artislarla malzemelerin davranisini simule etmek mumkun hale gelmistir Bu malzeme bilimcilerinin davranis ve mekanizmalari anlamalarini yeni malzemeler tasarlamalarini ve daha once yeterince anlasilmayan ozellikleri aciklamalarini saglar Entegre hesaplamali malzeme muhendisligini cevreleyen cabalar belirli bir uygulama icin malzeme ozelliklerini optimize etme zamanini ve cabasini onemli olcude azaltmak icin hesaplama yontemlerini deneylerle birlestirmeye odaklanmaktadir Bu yogunluk fonksiyonel teorisi molekuler dinamik Monte Carlo cikik dinamikleri sonlu elemanlar ve daha fazlasi gibi yontemleri kullanarak tum uzunluk olceklerinde malzemelerin simule edilmesini icerir Endustride malzemelerBuyuk malzeme gelismeleri yeni urunlerin ve hatta yeni endustrilerin olusmasina yol acabilir ancak duragan endustriler de artimsal gelistirmeler ve kullanimda olan malzemelerle olan sorunlari gidermek icin malzeme bilimcileri calistirir Malzeme biliminin endustriyel uygulamalari malzeme tasarimi malzemelerin sanayi uretimindeki maliyet kazanc dengesi isleme teknikleri dokum haddeleme kaynak iyon katkilama kristal buyutme ince zar birakim cam ufleme vb ve elektron mikroskopi X isini kirilmasi isi olcum nukleer mikroskopi Rutherford geri sacilimi notron kirilmasi kucuk acili X isini dagilmasi gibi analitik teknikleri icerir Malzeme karakterizasyonunun yani sira malzeme bilimci muhendisi ayni zamanda malzemenin cikarilmasi ve kullanisli bir hale donusturulmesiyle de ilgilenir Yani kulce dokumu dokum teknikleri yuksek firin cikarimi ve elektrolitik cikarim bir malzeme muhendisinin bilgi sahibi olmasa gereken konular Genellikle kaba malzemenin bilesenleri ya da ikincil elementlerin kucuk miktarlarinin varligi yoklugu ya da cesitliliginin uretilen malzemenin son ozelliklerinde buyuk etkisi olacaktir Ornegin celikler icerdikleri karbon ve diger alasim elementlerinin 1 10 ve 1 100 agirlik yuzdelerine dayanarak siniflandirilir Dolayisiyla yuksek firindaki demirin cikarilmasinda kullanilan cikarim ve saflastirma teknikleri uretilebilecek olan celigin kalitesinde onemli etkiye sahip olacak Metal ve alasimlari Farkli metal profil cubuklari Metal alasimlarinin incelenmesi malzeme biliminin onemli bir parcasidir Gunumuzde kullanilan tum metalik alasimlar arasinda demir alasimlari celik paslanmaz celik dokme demir takim celigi alasimli celikler hem miktar hem de ticari deger bakimindan en buyuk orani olusturmaktadir Cesitli oranlarda karbon ile alasimli demir dusuk orta ve yuksek karbonlu celikler verir Bir demir karbon alasimi karbon seviyesi 0 01 ile 2 00 arasindaysa yalnizca celik olarak kabul edilir Celikler icin celigin sertligi ve cekme mukavemeti mevcut karbon miktarina baglidir artan karbon seviyeleri de daha dusuk suneklik ve tokluga yol acar Bununla birlikte sondurme ve temperleme gibi isil islem surecleri bu ozellikleri onemli olcude degistirebilir Dokme demir 2 00 den fazla 6 67 den az karbon iceren bir demir karbon alasimi olarak tanimlanir Paslanmaz celik agirlikca 10 dan fazla Krom alasim icerigine sahip normal bir celik alasimi olarak tanimlanir Nikel ve Molibden tipik olarak paslanmaz celiklerde de bulunur Diger onemli metalik alasimlar aluminyum titanyum bakir ve magnezyumdur Bakir alasimlari uzun zamandir bilinmektedir Tunc Cagi ndan beri diger uc metalin alasimlari ise nispeten yakin zamanda gelistirilmistir Bu metallerin kimyasal reaktivitesi nedeniyle gerekli elektrolitik ekstraksiyon islemleri sadece nispeten yakin zamanda gelistirilmistir Aluminyum titanyum ve magnezyum alasimlari yuksek mukavemet agirlik oranlari ve magnezyum durumunda elektromanyetik koruma saglama yetenekleri nedeniyle de bilinir ve degerlenir Bu malzemeler havacilik endustrisi ve bazi otomotiv muhendisligi uygulamalari gibi yuksek mukavemet agirlik oranlarinin toplu maliyetten daha onemli oldugu durumlar icin idealdir Seramikler ve camlar Farkli tarzlarda seramikler Malzeme biliminin bir baska uygulamasi tipik olarak endustriyel oneme sahip en kirilgan malzemeler olan seramik ve camlarin incelenmesidir Bircok seramik ve cam temel bir yapi tasi olarak SiO2 silika ile kovalent veya iyonik kovalent baglanma sergiler Seramikler ham ateslenmemis kil ile karistirilmamalidir genellikle kristal formda gorulur Ticari camlarin buyuk cogunlugu silika ile kaynasmis bir metal oksit icerir Cam hazirlamak icin kullanilan yuksek sicakliklarda malzeme soguduktan sonra duzensiz bir duruma katilasan viskoz bir sividir Pencere camlari ve gozlukler onemli orneklerdir Cam lifleri ayrica uzun menzilli telekomunikasyon ve optik iletim icin de kullanilir Cizilmeye dayanikli Corning Gorilla Glass ortak bilesenlerin ozelliklerini buyuk olcude iyilestirmek icin malzeme biliminin uygulanmasinin iyi bilinen bir ornegidir Muhendislik seramikleri yuksek sicakliklar sikistirma ve elektriksel stres altinda sertlikleri ve stabiliteleri ile bilinir Alumina silisyum karbur ve tungsten karbur bir baglayici ile sinterleme isleminde bilesenlerinin ince bir tozundan yapilir Sicak presleme daha yuksek yogunluklu malzeme saglar Kimyasal buhar birikimi bir seramigin filmini baska bir malzemeye yerlestirebilir Sermetler bazi metaller iceren seramik parcaciklaridir Aletlerin asinma direnci ozellikleri degistirmek icin tipik olarak eklenen kobalt ve nikelin metal fazina sahip cimentolu karburlerden elde edilir Polimerler Cesitli plastik turlerinden yapilmis bazi nesneler Polimerler de malzeme biliminin onemli bir parcasidir Polimerler yaygin olarak plastik diye adlandirdigimiz malzemelerin ham maddesidir Plastikler aslinda islem sirasinda bir ya da daha fazla polimer veya katki daha sonra en son haline burunecek olan recineye eklendikten sonra olusan son urunlerdir Uzun zamandir var olan ve gunumuzde yaygin kullanimda olan polimerler polietilen polipropilen PVC polisitren naylon polyester akrilik poliuretanlar ve polikarbonatlari icerir Plastikler genellikle ticari esya ozel urun ve muhendislik plastikleri olarak siniflandirilir PVC yaygin olarak kullanilir pahali degildir ve yillik uretim miktari fazladir Yapay deriden elektriksel yalitima ve kablolamaya ambalajlar ve konteynerlere kadar bircok uygulama dizisine elverislidir Fabrikasyonu ve islenmesi basit ve iyi yapilandirilmistir PVC nin cok yonlulugu kabul ettigi genis olcudeki akiskanlastirici ve diger katki maddelerinden kaynaklanir Polimer bilimindeki katki ifadesi malzeme ozelliklerini duzeltmek icin polimer baza eklenen kimyasallara ve bilesenlere karsilik gelir Polikarbonatin normalde muhendislik plastigi olarak ele alinmasi gerekirdi Muhendislik plastikleri ustun dayanikliliklarina ve diger ozel malzeme ozelliklerine gore degerlendirilir Genellikle ticari esya plastiklerinin aksine tek seferlik uygulamalarda kullanilmazlar Ozel urun plastikleri cok yuksek dayaniklilik elektriksel iletkenlik elektrikli flor isiklik yuksek termal stabilite gibi essiz ozellikleri olan malzemelerdir Plastiklerin cesitleri arasindaki ayrim cizgisi malzemeye degil de ozelliklerine ve uygulamalara dayalidir Ornegin polietilen PE kullan at alisveris torbalari ve cop posetleri yapmak icin kullanilan ucuz az surtunmeli polimerdir ve ticari urun plastigi olarak ele alinir Ote yandan orta yogunluktaki polietilen MDPE yer alti gaz ve su borulari icin kullanilir ve cok yuksek mol kutleli polietilen olarak adlandirilan bir diger cesit de kalca eklemi implantlarinda az surtunmeli mil yuvasi veya sanayi ekipmanlari icin kizak yaylari olarak kullanilan muhendislik plastigidir Kompozit malzemeler Cam PE Termoplastik Kompozit Boru Malzeme biliminin endustrideki bir baska uygulamasi da kompozit malzemeler yapmaktir Bunlar iki veya daha fazla makroskobik fazdan olusan yapilandirilmis malzemelerdir Uygulamalar celik takviyeli beton gibi yapisal elemanlardan mekigin yuzeyini Dunya atmosferine yeniden girme isisindan korumak icin kullanilan NASA nin Uzay Mekigi termal koruma sisteminde onemli ve ayrilmaz bir rol oynayan isi yalitim karolarina kadar uzanmaktadir Bir ornek 1 510 C ye kadar yeniden giris sicakliklarina dayanan ve uzay mekiginin kanat on kenarlarini ve burun kapagini koruyan acik gri malzeme olan guclendirilmis Karbon Karbon dur RCC RCC grafit rayon bezinden yapilmis ve fenolik bir recine ile emprenye edilmis lamine bir kompozit malzemedir Bir otoklavda yuksek sicaklikta kurlendikten sonra laminat recineyi karbona donusturmek icin pirolize edilir bir vakum odasinda furfural alkol ile emprenye edilir ve furfural alkolu karbona donusturmek icin kurlenmis pirolize edilir Yeniden kullanim kabiliyeti icin oksidasyon direnci saglamak icin RCC nin dis katmanlari silisyum karbure donusturulur Diger ornekler televizyon setlerinin cep telefonlarinin ve benzerlerinin plastik kasalarinda gorulebilir Bu plastik kiliflar genellikle kalsiyum karbonat tebesir talk cam elyafi veya karbon fiberlerin ilave mukavemet hacim veya elektrostatik dagilim icin eklendigi akrilonitril butadien stiren ABS gibi termoplastik bir matristen olusan kompozit bir malzemedir Bu ilaveler amaclarina bagli olarak takviye lifleri veya dagiticilar olarak adlandirilabilir Metalurji ve malzeme muhendisligiMetalurji ve malzeme muhendisligi gunumuzde kimya makine insaat uzay ucak elektrik elektronik cevre ve tip alanlarina yayilmis cok disiplinli bir bilim ve teknoloji dali olarak gelismesini surdurmekte ve verimlilik enerji ve hammadde uclusu ile uyum icinde olan uretim sureclerinin sektore kazandirilmasinda onemli rol oynamaktadir Son yillarda metalurji ve malzeme muhendisligindeki gelismeler genel olarak metalurjik proseslerin optimizasyonu numerik simulasyon ve modelleme uzerine yogunlasirken cevresel metalurji uygulamalarinda da cevre kirliligine yol acmayacak nitelikte atilabilir atik uretmek de metalize edilmis metal iyonlarindan arindirilmis cozeltiyi kullanilabilir su halinde sisteme geri dondurme seklinde atik su de metalizasyonu ikincil kaynaklarin yeniden degerlendirilmesine yonelik reaktor ve proseslerin tasarimi ve gelistirilmesi gibi konular onde gelmektedir Enerji yogun isletmelerin basinda yer alan elektro metalurji uygulamalarinda ise sonlu elemanlar yontemiyle hucre dizaynlarinda yapilan iyilestirmeler kullanilan elektrot malzemelerinin yeniden tasarimi ve gelistirilmesi gibi konular onem kazanmaktadir Yuksek kaliteye ve ustun ozelliklere sahip karmasik sekilli parcalarin toz metalurjisi yontemleriyle istenilen toleranslarda ve minimum kayipla ekonomik olarak imalinde onemli rol oynayan nano boyutta toz ve toz karisimlarinin hidro ve veya elektro metalurjik yontemlerle uretiminin yani sira soy metaller metalurjisi icinde yer alan ve insan sagligina zarar vermeyen altin ve altin alasimlarinin gelistirilmesi ve uretimleri de gunumuz metalurji bilimi gundeminin ilk siralarinda karsimiza cikmaktadir Insanlik tarihini tas devrinden tunc devrine oradan da demir devrine ulastiran Metalurji sanat i bugun temel bilimlere dayali ve cagdas medeniyetin kurulus ve gelismesine buyuk katkilari olan Metalurji ve malzeme muhendisligi meslegi adi altinda bilimsel ve teknolojik bakimdan genis bir alani kapsar hale gelmistir Tarihi acidan metal onceleri dogal halinde kullanilmis ve bu da nabit metallerin sekillendirilmesiyle mumkun olmustur Ilk kullanilan nabit metaller bakir ve altindir Metalurjinin tarihi ile tarihsel gelisimi neredeyse ozdestir Arkeolojik bulgular bakir uretiminin ilk kez Anadolu ve Iran topraklarinda basladigini gostermektedir Bakiri islemek suretiyle mizraklar ve cesitli silahlar yapan insanoglu daha sonraki yillarda bakir ve kalayi karistirarak bakirdan daha sert bir alasim elde etmistir Anadolu da kalay bulunmadigi icin Hititler bakir ile arsenigi alasimlandirmak suretiyle yeni bir alasim bulmuslar ve bu gelismeler de tunc caginin baslangicina yol acmistir Ayni sekilde ilk demir uretimi de MO 1500 yillarinda yine Anadolu da gerceklesmistir Tarihce Dunya da metalurji ve malzeme muhendisligi Turkiye de yaygin olarak kullanilan malzeme ve metalurji bolumlerinin ismi bircok ulkede MALZEME BILIMI ve MUHENDISLIGI olarak degistirilmistir Ozellikle Amerika Birlesik Devletleri nde bu isim altinda bir bolum yoktur Onceleri metalurji muhendisligi adi altinda kurulan bolumler zamanla metalurji ve malzeme Turkiye de halen kullanilan daha sonra malzeme ve metalurji Birlesik Krallik ve son olarak da malzeme bilimi ve muhendisligi Amerika Birlesik Devletleri bolumleri olarak isim degisikligine gitmislerdir Malzeme adi alt dallarindan olan metalurjiyi kapsamasina ragmen agirlikli egitimi gostermek adina metalurji ismi Turkiye de halen kullanilmaktadir Turkiye de metalurji ve malzeme muhendisligi Turkiye de metalurji ve malzeme muhendisligi egitimi metalurji muhendisligi adi altinda ITU de Maden Fakultesi nde baslamistir Maden Fakultesi nde 1957 yilinda Uretim Metalurjisi ve Fiziksel Metalurji kursuleri kurulmus ve egitimini ABD MIT de tamamlamis olan Doc Dr Recep Safoglu nun fakulte bunyesine katilmasi ile Metalurji egitimi baslatilmistir 1961 62 akademik yilinda Maden Fakultesi bunyesindeki bu iki kursu Metalurji Bolumu olarak organize edilmis ve ilk Metalurji Muhendisligi egitimi baslatilmistir O yillarda 3 sinifa gecmis ogrencilerden bu bolume ayrilanlar egitimlerinin son iki yilini bu bolumde tamamlayarak 1963 64 yilinda Metalurji Muhendisi olarak mezun olmuslardir 2012 yili itibari ile 25 Turk universitesinde bu bolum adi altinda yer alirken 5 universitemizde ise Malzeme Bilimi ve Muhendisligi bolumu adi altinda egitim ve arastirma calismalarini surdurmektedir Metalurji ve Malzeme Muhendislerinin yasal meslek orgutu dir Ogretim programi Metalurji ve malzeme muhendisligi programinda egitim suresi 4 yildir Programda muhendisligin diger butun dallarinda oldugu gibi fizik kimya ve matematikle yakindan iliskili dersler vardir Ogretimin birinci yilinda temel bilimlere iliskin dersler okutulurken ilerleyen yillarda demir celik ve demir disi metallerin uretimi toz metalurjisi tahribatsiz malzeme muayeneleri isil islemler alasimlar gibi alana ozgu konular kuramsal ve uygulamali olarak verilir Ayrica yaz staji da zorunludur Metalurji ve malzeme muhendisligi programinda egitim gormek isteyenlerin ozellikle analitik dusunme ve tasarim yeteneklerine sahip olmasi kimya fizik matematik ve yerbilimlerine ilgili ve bu alanlarda iyi yetismis olmalari gerekir Alinan unvan ve yapilan isler Bu programi bitirenler Metalurji ve Malzeme Muhendisi veya Malzeme Bilimi ve Muhendisi unvanini alirlar Metalurji ve malzeme muhendisleri veya malzeme bilimi ve muhendisleri herhangi bir malzemenin uretimi icin gerekli planlari yapar ve uygulanmasini denetlerler Ayrica muhendislik tasarim grubunun uyesi olarak malzeme secme onerme ve kullaniminin denetimi gibi gorevlerinin yani sira ozel amaclara yonelik malzemeler tasarlarlar Metalurji ve malzeme muhendisleri veya malzeme bilimi ve muhendisleri asagida belirtilen sanayi dallarinda faaliyet gosteren kamu veya ozel sektor kuruluslarinda calisabilecekleri gibi kendi islerini kurma imkanina da sahiptirler Metal sanayi Demir celik demir disi metal uretim ve Dokum sanayi Seramik sanayi Ileri teknoloji seramikleri geleneksel seramikler ve cam Polimer sanayi Yari iletken sanayi Kaplama Sanayi Savunma sanayi Makine imalat sanayi Otomotiv ve otomotiv yan sanayi Ucak ve gemi imalat sanayi Kaynak malzemeleri uretimi sanayi Metal sekillendirme ve isleme sanayi Yuzey islemleri ve kaplama sanayi Elektrik elektronik malzeme uretimi Manyetik malzeme uretimi Biomedikal malzeme uretimi Kalite kontrol ve gozetim sirketleri Tahribatsiz muayeneMetalurjinin malzeme bilimi ve muhendisligiyle ilgisi Turkiye de var olan cogu metalurji metal bilimi muhendislikleri zamanla bilimsel ve teknolojik gelismelere ayak uydurarak disiplinleri genisletip Malzeme Bilimi ile entegre hale getirmislerdir Ayni zamanda bazi seramik muhendislikleri ise ya Metalurji Muhendisligi bolumleriyle birlestirme yoluyla ya da dogrudan Malzeme Bilimi ve Muhendisligine cevrilmistir Metalurji Bilimi malzeme biliminin alt dalidir Yeni acilan bolumlerde Malzeme Bilimi ve Muhendisligi diye gecmektedir Ancak universitelerin programlari farklilik gosterebilir yani Malzeme Bilimi nin farkli alanlarina agirlik verebilir ornegin metalurji seramik nanoteknoloji biyomuhendislik gibi Diger alanlarla iliskilerMalzeme bilimi 1960 li yillardan baslayarak gelisti cunku farkina varildi ki yeni malzemeler yaratmak kesfetmek ve tasarlamak icin birlesik bicimde yaklasilmasi gerekir Boylece malzeme bilimi ve muhendisligi metalurji kati hal fizigi kimya kimya muhendisligi makine muhendisligi ve elektrik muhendisligi gibi cesitli alanlarin kesisiminde ortaya cikti Bu alan dogal olarak bilimler arasi bir brans ve malzeme bilimciler muhendisleri fizikcilerin kimyagerlerin ve muhendislerin yontemlerinin farkinda olmali ve faydalanmali Dolayisiyla bu alan digerleriyle yakin bir iliski surdurur Ayrica bircok fizikci kimyager ve muhendis kendilerini malzeme biliminde calisirken bulurlar Fizik ve malzeme bilimindeki bu ortusme malzemelerin fiziksel ozellikleriyle ilgilenen malzeme fizigi yan dalinin olusmasina yol acti Bu yaklasim genel olarak daha makroskopik ve yogun madde fiziginden daha cok uygulanir Malzeme bilimi ve muhendisligi alani muhendislik acisindan oldugu kadar bilimsel acidan da oneme sahip Yeni malzemeler kesfederken daha once gozlemlenmemis bir fenomenle karsilasilabilir Dolayisiyla malzemelerle calisirken kesfedilecek bircok bilimsel olgu var Malzeme bilimi ayrica yogun madde fizigi teorileri icin test imkani saglar Bir muhendis icin malzeme buyuk onem tasir Uygun malzemenin kullanimi sistem tasarlarken cok onemlidir ve bu yuzden muhendisler daima malzemelerle ilgilenir Dolayisiyla malzeme bilimi muhendislik egitiminde giderek onemli hale geliyor Ayrica bakinizMetalurji Seramik muhendisligi Polimer muhendisligi BiyoteknolojiKaynakca a b Jr William D Callister Rethwisch David G 5 Subat 2020 Callister s Materials Science and Engineering Ingilizce John Wiley amp Sons ISBN 978 1 119 45391 8 22 Haziran 2023 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 22 Haziran 2023 Materials science 20 Temmuz 2023 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 20 Temmuz 2023 5 Ekim 2013 tarihinde kaynagindan arsivlendi Erisim tarihi 23 Temmuz 2018 Arsivlenmis kopya 28 Temmuz 2012 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 6 Subat 2021 Arsivlenmis kopya 17 Haziran 2012 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 23 Temmuz 2018 Dis baglantilarMuhendishane Muhendislik Bilimleri Egitim Merkezi 7 Kasim 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde