Seramik Nedir?

Cisimlerden, eşyalardan oluşan hayatımızda her noktada malzemelerle karşılaşmamız kaçınılmaz. Bu malzemelerden biri olan seramik ise sandığımızdan daha sık karşımıza çıkıyor. Sabah uyandıktan sonra seramik tabaklarımız ile yaptığımız kahvaltıdan sonra seramik bardaklarımızda kahve içeriz. Tuğla, çimento ve camdan oluşan evimizden çıkıp işe gideriz. Gün içinde elimiz sürekli akıllı telefon ekranındadır ve işimizi yaparken dahi seramik tabanlı elektronik malzemeler barındıran bilgisayarımızı kullanırız. Kısacası aklımıza bile gelmeyen pek çok noktada hayatımıza dokunuyor bu malzeme. Hem de bunu binlerce yıldır yapıyor. Peki, aslında seramik nedir?

Seramik Nedir?

Seramik kelime kökeni olarak Yunanca keramikos olan çömlekten (pottery) gelse de çok daha fazlasını barındırır. Seramik malzemeleri tanımlarken ne olduğundan ziyade ne olmadığına bakarak tanımlarız. Seramik, ilk olarak şekillendirilmiş ve daha sonra yüksek sıcaklıklara ısıtılarak sertleştirilmiş, metal veya metal olmayan bileşiklerden oluşan inorganik metalik olmayan malzemedir. Genel olarak sert, korozyona dayanıklı ve kırılgandırlar.

Seramik Malzemelerin Özellikleri

Seramik malzemelerin özellikleri, tüm malzemeler gibi, mevcut atom türlerine, atomlar arasındaki bağ türlerine ve atomların bir arada paketlenme şekline göre belirlenir. Seramikler genel olarak bileşiklerden yani iki veya daha fazla elementten oluşur. Çoğu zaman oksit, nitrit veya karbit formunda rastlanılır. Seramik malzemeyi oluşturan bileşikteki atomlar kimyasal bir bağ ile bir arada tutulur. Seramik malzemelerde en yaygın iki kimyasal bağ kovalent, iyonik ve kısmen metalık olabilir. Metallerde ise metalik bağa rastlanır. Atomların birbirine bağlanması, kovalent ve iyonik bağda metalik bağdan çok daha güçlüdür. Bu nedenle, genel olarak konuşursak, nispeten metaller sünektir ve seramikler kırılgandır. Bu bağlanma çoğunlukla seramiğin bileşenleri metal ve ametal olmadığında, öncelikle iyoniktir. Örneğin; magnezyum oksit (magnezya, MgO) ve baryum titanat (BaTiO3) iyonik bağlılığından bahsedebileceğimiz seramiklerdir. Bir metaloid ve bir ametalden oluşan seramiklerde, bağ birincil olarak kovalenttir. Örneğin bor nitrür (BN) ve silisyum karbür (SiC) hakkında bu durumdan bahsedebiliriz.

Seramikler özellikleri bakımından düşünüldüklerinde çoğunlukla sert, kırılgan, aşınmaya dayanıklı; termal ve elektrik anlamda yalıtkan, mukavemetli, oksidasyona dayanıklı ve kimyasal olarak kararlı malzemelerdir. Seramikler amorf veya kristalin yapıda olabilir. Refrakter özellikleriyle bilinirler yani ergime sıcaklıkları oldukça yüksektir. Aynı zamanda kırılgan- tok, opak-saydam, düşük-yüksek ergime sıcaklığına sahip; kristal- camsı, iletken, yarı iletken, süper iletken gibi birbirinin tersi özelliklere sahip örnekler bulundurmasıyla bu malzeme ailesi seçenek bakımından oldukça zengindir.

Ancak gösterdiği özellikler bakımından malzemeleri tanımlayamayacağımız durumlar da vardır. Örneğin karbonun farklı allotropları olan grafit ve elmas bazı seramik özelliklerini karşılamasa da seramik olarak varsayılırlar. Ancak grafit yumuşak, kolay aşınan ve iyi elektrik iletkeni olan bir malzemedir ve bu özellikleriyle bildiğimiz seramiklerden çok daha farklı bir tablo çizer. Veyahut başka bir örnek verecek olursak, zirkonyumun polikristalin (çok taneli) bir versiyonu, iyonik iletkenliği nedeniyle otomobil motorlarında oksijen sensörü olarak kullanılır.

 

Seramiklerin Sınıflandırılması

Seramikler; kullanımları açısından ve yapıları açısından sınıflandırılır. Yapıları açısından kristal yapılı seramikler ve cam esaslı seramikler olarak ikiye ayrılırlar. Kullanımları açısından geleneksel seramikler ve ileri teknoloji seramikleri olarak ikiye ayrılırlar.

Geleneksel Seramikler

Bu tip seramiklerden bahsederken akla ilk olarak çömlekler gelir. Çömlekçilik insanlığın eskiye dayanan teknolojilerinden biridir. Çin’de Henan bölgesinde bulunan 17,500-18,300 yıl geçmişe dayandığı tahmin edilen kil çömlekler bunun bir göstergesidir. Bu çömlekler genellikle hayvansal ürünler ve kilin karıştırılması ile elde edilmiş ürünlerdir. Şimdiye dek bulunmuş en erken seramik bulguları ise Güney Avrupa’da bulunmuş heykel figürleriydi.

Çoğunlukla büyük ürün hacmine sahip geleneksel seramikler, genelde doğal olarak ortaya çıkan hammaddelerden üretilirler. Geleneksel seramikler üç temel bileşenden oluşur: kil, silika (kuvars) ve feldspat.

Kil, en yaygın seramik hammaddelerinden biridir. Doğal olarak büyük miktarlarda bulunması ve kolay şekillenmesi nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Kil, yapısal kil ürünlerinde (tuğlalar, borular, karolar) ve beyaz eşyalarda (çanak çömlek, sofra takımı, porselen, vitrifiye) kullanılır. Kil, seramik gövdenin çoğunu oluşturur. Kaolinit (Al2 [Si2O5] [OH] 4) gibi kil mineralleri, su, çözünmüş karbondioksit ve organik asitlerin etkisi altında magmatik kayaçların ayrışmasıyla oluşan ikincil jeolojik birikintilerdir. Seramikte şekillendirici görevi görerek, malzemeyi slip döküm ve plastik şekillendirme işlemlerine elverişli hale getirir.

Geleneksel seramiğin diğer bileşenleri silika ve feldspattır. Silika ayrıca çakmaktaşı veya kuvars diye adlandırılır. Yüksek ergime sıcaklığına sahip olması ve ateş direnci sağlamasıyla refrakterlerde kullanılır. Feldspatlar, sodyum (Na), potasyum (K) veya kalsiyum (Ca) içeren alüminosilikatlardır. Feldspatlar, düşük ergime sıcaklığına sahip olduklarından dolayı alüminosilikat fazlarının erime sıcaklıklarını düşürmek için eritici maddeler olarak işlev görürler. Yüksek oranda kullanıldıkları takdirde parçalarda deformasyon oluşur.

Geleneksel seramiklere tabak, bardak gibi mutfak araç gereçlerinde; fayans, kiremit, tuğla, kanalizasyon boruları, bacalar, banyo, lavabo gibi yapısal kullanımlarda; saksı gibi süs eşyalarında ve fırın gibi refrakter amaçlı kullanımlarda rastlayabiliriz.

İleri Seramikler

Bu grup seramikler aynı zamanda mühendislik seramikleri olarak da bilinirler. Gelişmiş seramikler genellikle kil esaslı değildir. Bunun yerine, ya oksitlere ya da oksit olmayanlara ya da ikisinin kombinasyonlarına dayanırlar. Kullanılan tipik oksitler alümina (Al2O3) ve zirkonyadır (ZrO2). Oksit olmayanlar ise genellikle karbürler, borürler, nitrürler ve silisitlerdir. Bor karbür (B4C), silisyum karbür (SiC) ve molibden disilisit (MoSi2) oksit olmayan ileri seramik hammaddeleri örnekleridir.

İleri seramiklere sertlikleri ve kimyasal olarak inert olmaları nedeniyle seramik kemikler, protezler olarak biyomalzeme alanında; uçuş pist platformları, jet motoru türbin kanatlarının kaplamaları, seramik matris kompozit gaz türbini parçaları, Uzay Mekiği programında kullanılan karolar olarak havacılık alanında; rulmanlarda, buzdolabı magnetlerinde, nükleer yakıt seramik sistemlerinde ve gün geçtikçe sayısı artan pek çok ileri teknoloji alanında rastlayabiliriz.

Kaynakça:

https://www.etymonline.com

https://depts.washington.edu

https://www.explainthatstuff.com

https://www.sciencelearn.org

https://avys.omu.edu.tr

https://expandusceramics.com

https://www.britannica.com

http://www.materials.unsw.edu.au