Malzeme Bilimi ve Mühendisliği

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği

14 Aralık 2018 Kapalı Yazar: admin

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Nedir ?

malzeme bilimi ve mühendisliği nedir

malzeme bilimi ve mühendisliği nedir

Disiplinler arası bir alan olan malzeme bilimi terimi, malzeme bilimi ve mühendisliği olarak da bilinmektedir. Bu alanda çalışan kişiler, genellikle günümüzde kullanılan malzemelerin özelliklerinin geliştirilmesi, optimizasyonunda ya da günümüz ihtiyaçlarını karşılayacak yeni malzemelerin elde edilmesinde önemli rol oynamaktadırlar.

Malzeme bilimi ve mühendisliği alanında, temel mühendislik dersleri yanı sıra, fizik ve ileri düzeyde kimya bilgisi kullanılmaktadır. Özellikle endüstri alanında gelişmelerin yaşandığı 1940’lı yıllarda, malzeme bilimi ve mühendisliği alanında gelişmeler yaşanmış, tüm Dünya tarafından bu bölüm fark edilmeye başlanmış, önemi daha da iyi kavranmıştır. Özellikle bu yıllardan sonra, üniversitelerde malzeme derslerine ağırlık verilmeye başlanmıştır.

Malzeme bilimi ve mühendisliği bölümünde, metalurji, seramik, katı – hal fiziği ve kimya bilimi yoğun olarak kullanılmaktadır. Bu bölüm, diğer bölümlerde olduğu gibi makro ölçekte çalışmaktan ziyade, insan gözünün normal koşullarda algılayamadığı mikro boyutta çalışmaktadır. Malzemelerin özelliklerini mikro boyutta değiştiren bu bilim dalı, makro boyutta çok büyük başarılara imza atarak, insanlığın gelişmesinde büyük hizmeti olmuştur.

Geçmişte ve günümüzde, insanoğlunun bilimde ilerleme konusundaki en büyük problemlerinden biri malzemelerin kendi doğaları gereği bünyelerinde bulunan sınırları olmuştur. Teknolojinin gelişebilmesi için, malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi kaçınılmaz bir olgu olmuştur.

Malzeme bilimi ile uğraşan bilim insanları, mühendisler, malzemenin üretim esnasında hangi işlemlerden geçtiğini ve bu işlemlerin malzeme yapısına ne gibi değişiklikler yaptığını ve bu değişikliklerin malzeme özelliklerinde makro boyutta neleri değiştirdiğini incelerler. Bu tip işlemler, malzeme biliminde çalışılan alanı belirler. Metalurji, kompozit, nanoteknoloji, hasar analizleri vb.

Tarihte Malzeme Bilimi ve Mühendisliği



malzeme bilimi ve mühendisliği tarih öncesi dönemler

malzeme bilimi ve mühendisliği tarih öncesi dönemler

Tarihteki dönemlere bakıldığında insanoğlunun kullanmayı öğrendiği malzemeler, o döneme isim vermiştir. Örnek olarak, taş devri, tunç devri, demir devri vb. gösterilebilir. Tarihte ilk olarak seramik malzeme üretiminden türeyen malzeme bilimi, daha sonraları metalleri ergiterek ve işine yarayacak şekilde şekillendirerek gelişim göstermiştir. Malzeme bilimi ve mühendisliği tarihin en eski mühendislik bilimi olarak bilinmektedir.

19. yüzyılın sonlarına doğru, bilim adamları malzemelerin atomik boyuttaki ve fazlardaki özelliklerinin, malzemelerin kimyasal ve fiziksel makro boyuttaki özelliklerine etkilerini incelemiştir ve bu bağlamda, atomik boyutta yapılan değişimlerin, istenen malzeme özelliklerini sağlamadaki faydaları araştırılmıştır.

O dönemden bu yüzyıla gelindiğinde ise, insanoğlunun üretebildiği malzemeler artık uzay çağını başlatmış ve uzayda ihtiyaç duyulacak malzemeler üretilebilmektedir. Metalik alaşımlar, karbon, silisyum gibi alaşım elementlerinin uygun oranda alaşım haline getirilmesi, gelişmiş malzemelerin imalatında öncü rol oynamaktadır.

Malzeme Yapısı

Daha önceki yazılarımızda da bahsettiğimiz üzere, malzemelerin yapısı ve özellikleri, malzeme bilimi ve mühendisliği biliminin temelini oluşturmaktadır. Mühendisler, atomik boyuttan makro boyuta kadar malzeme yapılarını incelerler. Malzeme yapıları aşağıdaki gibi incelenir.

Atomik Yapı



Atomik Yapı

Atomik Yapı

Artık bütün bilim çevrelerinin de kabul ettiği üzere, malzemeler atomlardan oluşmaktadır. Atomların özellikleri, malzemelerin makro boyutta sergilediği özellikleri belirler. Örnek verecek olur isek;

  • Elektrik İletkenliği
  • Isı İletkenliği
  • Genleşme
  • Korozyona Dayanım vb.

Nano Yapı

Nanoteknoloji ile ilgili yazımız için aşağıdaki bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

https://www.metalurjimalzeme.net/nanoteknoloji-nedir/

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği bölümündeki belki de en ilgi çekici uygulama alanlarından biri olan nanoteknoloji de, günümüz teknolojisinde kendisine büyük bir yer bulmuştur. Nanoteknoloji yazımızda ayrıntıları ile anlattığımız konu aslında, malzemelerin nano boyutta ( 1-100 nanometre ) incelenmesini esas almaktadır.

Nanoteknoloji bilimi ile, insanlığın geleceği yeniden şekillenecektir. Bu teknoloji ile ilgilenen başlıca mühendislik dalları arasında malzeme bilimi ve mühendisliği ilk sırada girmektedir.

Mikroyapı

Mikroyapı

Mikroyapı

Herhangi bir malzemenin ( çelik, alüminyum, plastik, seramik vb. ) mikroskop altında 25 X büyütme ya da daha fazlası ile incelenmesi ile elde edilir.

Çeliği örnek verecek olur isek, herhangi bir mikro yapı analizi ile, çeliğin içerisinde bulunan fazlar görülebilir, bu fazların dağılımları ve mekanik etkileri belirlenebilir. Eğer bir kırılma ya da çatlak incelenecek ise, mikro yapı analizi ile birlikte bu çatlağa neden olan olayın geçmişi incelenebilir.

Kısacası, bir malzemenin mikro yapı analizi ile birlikte malzeme hakkında geniş ve detaylı bir bilgi sahibi olunur. Bu da günümüz endüstrisinin olmazsa olmazlarındandır. Hasar analizleri malzeme bilimi ve mühendislerinin uzman olduğu konulardan sadece biridir.

Kristalografi

Kristalografi bilimi, katı kristallerde atomların dizilimlerini inceleyen bir bilim dalıdır. Malzeme biliminde bir çok bilim insanının ilk olarak incelediği hususlardan biri de kristalografidir. Çünkü; atomların kristal dizilimleri, kristal yapılardaki mevcut hatalar, malzeme fiziksel özelliklerine doğrudan etki etmektedirler.

kristal yapı

kristal yapı

Örnek verecek olursak eğer; saf demir oda sıcaklığında KHM ( Kübik Hacim Merkezli ) bir kristal yapısına sahiptir. Östenit fazına ısıtıldığında ise, KYM ( Kübik Yüzey Merkezli ) bir kristal yapıya sahip olacaktır. KYM, KHM’ye göre daha fazla kayma düzlemine sahip olduğundan dolayı demir, östenit fazındayken şekillendirilmesi daha kolay olacaktır. Kristalografi bilimi, bize malzemelerin hangi fazda hangi özelliklere sahip olacağını anlatmaktadır.

Malzeme Özellikleri

Mühendislikte kullanılan malzemeler aşağıdaki özelliklerine göre sınıflandırılır ve kullanım alanları belirlenir.

  • Mekanik Özellikler
  • Kimyasal Özellikler
  • Elektrik Özellikler
  • Isıl Özellikler
  • Optik Özellikler
  • Manyetik Özellikler

Biyomalzemeler

Biyomalzemeler

Biyomalzemeler

Biyomalzeme tanımı, biyolojik yani  canlı sistemler ile direkt olarak temasta olan malzeme grupları için kullanılmaktadır. Bu alan da malzeme bilimi ve mühendisliği bölümü mezunlarının ilgilendiği konulardan biridir.

Geliştirilen malzemeler, tıp, biyoloji, kimya vb. gibi bilim alanlarında sıklıkla kullanılmaktadır. Üretilen bu tip sentetik malzemeler, hali hazırda canlı bulunan organ, dokuların yerine kullanılabilmektedir. Bunlar bir kalp kapakçığı olabileceği gibi, diş implantları, kemik implantları vb. olabilir.

Vücutta kullanılacak malzemelerin özenle imal edilmesi, vücut içerisine konan malzemelerin kimyasal tepkimeye girerek vücudu zehirlemesine engel olmak içindir.

Elektronik, Optik ve Manyetik Özellikler

Elektronik cihazların imal edilebilmesi, geliştirilmesi, her geçen gün cihazların daha da ufak olabilmesi malzeme bilimindeki yeni tip malzemelerin kullanılması ile mümkün olabilmektedir.

İletkenler, yarı-iletkenler, süper-iletkenler, yalıtkanlar elektronik ve bilgisayar biliminde büyük öneme sahiptir. Diyotlar, LED lambalar, Transistörlerin bu denli gelişmesinde şüphesiz malzeme biliminin payı çok büyüktür.

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ve Sanayi Uygulamaları

Mühendislikte genel olarak, bir iş için bir malzeme seçilecek ise, en iyisi değil en uygunu seçilmektedir. Malzeme biliminde, insanlığın ihtiyacı olan malzeme grupları belirlenir ve özellikleri geliştirilir.

Kullanılan konvansiyonel malzemeleri gruplandıracak olur isek;

  • Metaller
  • Kompozitler
  • Seramikler
  • Polimerler ( Plastik Malzemeler )

Seramik malzemeler ile ilgili yazımız için aşağıdaki bağlantıyı kullanabilirsiniz.

Seramik Malzemeler

Kompozit Malzemeler ile ilgili yazımız için aşağıdaki bağlantıyı kullanabilirsiniz..

Kompozit Nedir ?

Plastik Malzemeler ile ilgili yazımız için aşağıdaki bağlantıyı kullanabilirsiniz…

Plastik Nedir ?

Yukarıda belirtilen bütün mühendislik malzemeleri, yılların getirdiği bilgi birikimi ve tecrübelerden, deneylerden faydalanılarak elde edilen kazanımlardır.

Günümüzde hala, mevcut malzemeler, yeni uygulamalar için geliştirilmektedir. Çünkü, her geçen yıl insanların ihtiyaçları değişmekte, dolayısıyla malzemelerden beklentiler de artmaktadır.

Malzeme Bilimi ve Mühendisliğinin günümüzde nerelere geldiğini gösteren kısa bir videoya aşağıdaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz.

https://www.youtube.com/watch?v=Mo1lDsESD90

Wikipedia’nın malzeme bilimi ve mühendisliği ile ilgili yazısı için aşağıdaki bağlantıyı inceleyebilirsiniz…

http://www.wikizeroo.net/index.php?q=aHR0cHM6Ly9lbi53aWtpcGVkaWEub3JnL3dpa2kvTWF0ZXJpYWxzX3NjaWVuY2VfYW5kX2VuZ2luZWVyaW5n

Please follow and like us: