Başlangıç » Nedir » Gelişen teknoloji ve yeni malzeme arayışı

Gelişen teknoloji ve yeni malzeme arayışı

Posted by: Ne Nedir 14 Ağustos 2011 Yorum Yaz

Gelişen teknoloji ve yeni malzeme arayışı Malzeme Metalürji
Gelişen teknoloji ile özel karakterlere sahip malzeme gereksinimi çok büyük bir hızla artmaktadır ve bu hızla orantılı olarak metal alaşımlar gereksinimi karşılayamaz hale gelmiştir. Yüksek mukavemet ve ısıl direnç özelliğini sağlayan homojen bir malzemenin bulunmayışı araştırmacıları yeni arayışlara yönlendirmiştir. Bu arayışlar sonucunda birçok özelliği bir arada bulunduran ideal malzeme kombinasyonları, metal ve seramikler önem kazanmıştır. Bu malzeme çiftinden metal; tokluğa, elektrik geçirgenliğine, işlenebilirliğe, seramik ise; düşük yoğunluğa, yüksek mukavemete, katılığa ve ısıl dirence sahiptir.
Termal Bariyer olarak görev yapan bir sistem, kaplanacak malzeme, seramik kaplama ve aralarında bulunan bağlayıcı tabakadan oluşmaktadır. Bu amaçla en çok kullanılan malzeme %6-8 yttria ile stabilize edilmiş zirkonya seramiğidir. Bağlayıcı tabakada kullanılan alaşımın formülü genellikle NiCrAlY’dir. Kaplama kalınlıkları birkaç mikron mertebesinden yüzlerce mikrona (600-700 µm) kadar ulaşabilir. Kaplama kalınlığını ve üretim şeklini, kaplanacak malzemenin kendi özellikleri ve kullanım koşulları belirler. Termal bariyer kaplamaların en önemli fiziksel özelliği termal iletkenliğidir. Yapılan araştırmalarla termal iletkenlik düşürülmeye çalışılmaktadır; çünkü termal iletkenlik arttıkça termal yalıtım özellikleri düşmekte ve bağlayıcı tabakanın oksitlenme oranı artmaktadır. Diğer önemli özellikler ise, seramik kaplama, bağlama tabakası ve kaplanacak malzemenin genleşme katsayılarıdır. Genleşme katsayılarının birbirine yakın olması yüksek sıcaklık çalışma ortamında oluşabilecek hataları engellemek için önemlidir. Aksi takdirde ara yüzeylerde sıcaklık artış ve
azalışlarında biriken gerilmelerden dolayı çatlamalar, bozulmalar gözlenebilir. Bu özelliklere ilave olarak kaplama malzemesi taneli ve boşluklu bir yapıya sahip olmalıdır; çünkü yeterli boşluk ve tane malzemenin termal iletkenliğini düşürür.
Dünyada her geçen gün yeni bir malzeme yeni kullanım alanlarına uygun olarak geliştirilmektedir. Endüstride pratik hesaplamalar için çeşitli malzemelerin ısı iletim katsayılarının bilinmesi önceliklidir. Isıl hesaplamalarda bu malzemelerin benzerleri için yabancı literatürde verilen ısı iletim katsayısı değerlerini kullanmak malzeme mikro yapısındaki doğal olarak bulunan çeşitli içeriklerden dolayı farklılaşma olacağından, hatalı sonuçlar verebilir. Bu bakımdan her malzemenin ısıl iletim katsayısını belirlemek çok önemlidir.
Isı iletimi aynı ortamda farklı bölgeler arasında veya doğrudan fiziki temasta bulunan farklı ortamlar arasında, moleküllerin fark edilir bir yer değiştirmesi olmaksızın, moleküllerin doğrudan teması sonucu oluşan ısı yayınımı işlemidir. Bir maddenin sıcaklığı bu maddeyi meydana getiren moleküllerin ortalama kinetik enerjileri ile doğrudan orantılıdır. Ortam içerisinde bir bölgede sıcaklığın yüksek olması o bölgedeki moleküllerin ortalama kinetik enerjilerinin yüksek olduğunu gösterir. Ortalama kinetik enerjileri yüksek olan moleküller enerjilerinin bir kısmını ortalama kinetik enerjileri düşük olan komşu bölgedeki moleküllere iletirler.
Gelişen teknoloji ile özel karakterlere sahip malzeme gereksinimi çok büyük bir hızla artmaktadır ve bu hızla orantılı olarak metal alaşımlar gereksinimi karşılayamaz hale gelmiştir. Yüksek mukavemet ve ısıl direnç özelliğini sağlayan homojen bir malzemenin bulunmayışı araştırmacıları yeni arayışlara yönlendirmiştir. Bu arayışlar sonucunda birçok özelliği bir arada bulunduran ideal malzeme kombinasyonları, metal ve seramikler önem kazanmıştır. Bu malzeme çiftinden metal; tokluğa, elektrik geçirgenliğine, işlenebilirliğe, seramik ise; düşük yoğunluğa, yüksek mukavemete, katılığa ve ısıl dirence sahiptir.
Termal Bariyer olarak görev yapan bir sistem, kaplanacak malzeme, seramik kaplama ve aralarında bulunan bağlayıcı tabakadan oluşmaktadır. Bu amaçla en çok kullanılan malzeme %6-8 yttria ile stabilize edilmiş zirkonya seramiğidir. Bağlayıcı tabakada kullanılan alaşımın formülü genellikle NiCrAlY’dir. Kaplama kalınlıkları birkaç mikron mertebesinden yüzlerce mikrona (600-700 µm) kadar ulaşabilir. Kaplama kalınlığını ve üretim şeklini, kaplanacak malzemenin kendi özellikleri ve kullanım koşulları belirler. Termal bariyer kaplamaların en önemli fiziksel özelliği termal iletkenliğidir. Yapılan araştırmalarla termal iletkenlik düşürülmeye çalışılmaktadır; çünkü termal iletkenlik arttıkça termal yalıtım özellikleri düşmekte ve bağlayıcı tabakanın oksitlenme oranı artmaktadır. Diğer önemli özellikler ise, seramik kaplama, bağlama tabakası ve kaplanacak malzemenin genleşme katsayılarıdır. Genleşme katsayılarının birbirine yakın olması yüksek sıcaklık çalışma ortamında oluşabilecek hataları engellemek için önemlidir. Aksi takdirde ara yüzeylerde sıcaklık artış ve
azalışlarında biriken gerilmelerden dolayı çatlamalar, bozulmalar gözlenebilir. Bu özelliklere ilave olarak kaplama malzemesi taneli ve boşluklu bir yapıya sahip olmalıdır; çünkü yeterli boşluk ve tane malzemenin termal iletkenliğini düşürür.
Genel olarak seramikler, farklı bileşimde kristal ve cam yapılı fazları içeren gözenekli bir malzemedir. Seramiklerin kaplama malzemesi olarak seçilmesinin nedeni, yüksek sıcaklık dirençleri, kimyasal kararlılıkları, sertlikleri, düşük yoğunlukları, yüksek aşınma dirençleri, düşük ısı iletim katsayıları, yüksek basma mukavemetleri ve kolay elde edilmeleridir. Mühendislik seramikleri başlıca: Alümina, zirkonya, magnezya, berilya gibi saf oksileri ve nitrür, karbür, borür gibi oksit olmayan seramikleri içerir.
Kaynak: Yakup İçingür ve Erhan Eray’ın “Seramik Kaplama Kalınlığının Isı İletim Katsayısına Etkisi” (10. Uluslararası Yanma Sempozyumu, Sakarya, 9-10 Ekim 2008) konulu makalesinden derlenmiştir.



2011-08-14

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir