Seramikler ve Camlar
Seramikler ve camlar, güçlü iyonik ve kovalent bağlarının yüksek sertlik, termal ve kimyasal kararlılık ile geniş bir elektriksel ve optik davranış yelpazesi sağladığı inorganik, metalik olmayan katılardır — kristalin seramikler ve amorf camlar.
Tanım
Seramikler ve camlar, iyonik ve kovalent kuvvetlerle bağlanmış, kristalin (seramikler) veya amorf (camlar) yapıda olabilen, inorganik, metalik olmayan malzemelerdir ve sertlik, termal kararlılık, elektriksel yalıtım veya kontrollü fonksiyon ile içsel kırılganlık ile karakterize edilirler.
Kapsam
Bu alan, inorganik metalik olmayan malzemelerin kimyasını kapsamaktadır: aşırı soğutulmuş bir sıvının vitrifikasyonu (camsılaşması) yoluyla camların yapısı ve oluşumu; mekanik, termal, elektriksel ve optik özellikleri için kullanılan oksitler, karbürler ve nitrürler dahil olmak üzere kristalin yapısal ve fonksiyonel seramikler; ve seramik bileşenlerin yoğun gövdelere dönüştürüldüğü toz işleme ve sinterleme süreçleri. Bu, bağ yapısını ve mikro yapıyı bu malzemelerin kırılganlığına, refrakterliğine ve fonksiyonel tepkisine bağlamaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Bir camı kristalin bir seramikten ayıran nedir?
- Bağ yapısı seramiklere sertlik, refrakterlik ve kırılganlık özelliklerini nasıl kazandırır?
- Fonksiyonel seramikler elektriksel ve optik roller için nasıl özel olarak tasarlanır?
- Seramik tozları yoğun bileşenlere nasıl birleştirilir?
Anahtar kavramlar
- Camsı geçiş
- Ağ oluşturucular ve değiştiriciler
- Oksit, karbür ve nitrür seramikler
- Kırılganlık ve kırılma
- Sinterleme ve yoğunlaşma
- Fonksiyonel seramikler
Temel kuramlar
- Vitrifikasyon (camsılaşma) ile cam oluşumu
- Bir eriyik, kristalleşmeyi atlayacak kadar hızlı soğutulduğunda, giderek daha viskoz bir aşırı soğutulmuş sıvı haline gelir ve camsı geçişte amorf bir katıya donar; ağ oluşturan oksitler, cama özgü rastgele üç boyutlu ağı inşa eder.
- Bağ yapısı, mikro yapı ve seramik özellikleri
- Güçlü, yönlü iyonik-kovalent bağlar seramikleri sert, rijit, termal ve kimyasal olarak kararlı kılar, ancak aynı zamanda kırılgan yapar, çünkü bağları koparmadan deforme olmanın çok az yolu vardır; mikro yapı, özellikle gözeneklilik ve tane boyutu, daha sonra mukavemeti ve fonksiyonu kontrol eder.
Klinik önem
Seramikler ve camlar teknoloji genelinde temel öneme sahiptir: yapısal seramikler aşınmaya ve ısıya dayanıklı bileşenler sağlamaktadır, fonksiyonel seramikler kapasitör, sensör ve katı elektrolit olarak işlev görmektedir, optik camlar lensler ve fiberler oluşturmaktadır ve biyo-seramikler implantlarda kullanılmaktadır — tüm bu uygulamalar burada açıklanan bağ yapısı ve mikro yapıya dayanmaktadır.
Tarihçe
Seramikler ve camlar en eski mühendislik malzemeleri arasındadır, ancak bilimsel anlayışları yenidir: Zachariasen'in 1932 tarihli rastgele ağ teorisi cam yapısını açıklamıştır ve Kingery'nin yirminci yüzyıl ortalarındaki çalışmaları, işleme, mikro yapı ve özellikleri birbirine bağlayarak seramik bilimini kurmuş, ampirik bir zanaatı nicel bir malzeme disiplinine dönüştürmüştür.
Öne çıkan isimler
- W. David Kingery
- William Houlder Zachariasen
İlgili konular
Temel eserler
- callister2018
- kingery1976
- shelby2005
Sıkça sorulan sorular
- Cam katı mıdır yoksa sıvı mıdır?
- Cam bir katıdır. Çoğu katının uzun menzilli kristalin düzeninden yoksun, amorf bir yapıdır ve camsı geçişte aşırı soğutulmuş bir sıvının donmasıyla oluşur. Camın yüzyıllar boyunca aktığına dair eski iddia bir yanılgıdır; oda sıcaklığında viskozitesi ölçülebilir bir akış için çok yüksektir.
- Seramikler neden güçlü ama kırılgandır?
- Seramikleri sert ve kararlı yapan aynı güçlü, yönlü iyonik ve kovalent bağlar, plastik deformasyon için de çok az mekanizma bırakır. Kolay dislokasyon hareketi olmaksızın, uygulanan gerilim kusurlarda yoğunlaşır ve çatlakları yayar, bu nedenle seramikler eğilme yerine kırılgan kırılma ile bozulur.