Bu metalleri kim üretiyor? Nasıl üretiyor? Neden binlerce farklı mazleme var? Malzemeler neden bu kadar önemli?

Metalurji ve Malzeme Mühendisliği. Çevrenizde gördüğünüz her şey malzemedir. Hatta sizler bile birçok malzemeden oluşan yapılarsınız. Peki ya bu malzemelerin sizlere gelene kadar ne tip proseslerden geçtiğini, nasıl üretildiğini, neyden üretildiğini hiç düşündünüz mü? Peki kullandığınız herhangi bir ürünün tasarlanırken neden binlerce farklı malzeme varken o malzeme ile üretildiğini düşündünüz mü? Şu zamana kadar demir dediniz, çelik dediniz geçtiniz. Peki bunların hepsi aynı mıydı? Arabaların kaportaları da çelik şasıleri de çelik. Peki bunlar aynı malzeme mi? Peki neden maket bıçağını yaladığınızda tat alıyorsunuz da kaşığı yaladığınızda tat almıyorsunuz? Nasıl oluyor da roketlerin ateşleme füzeleri erimiyor? Telefonumun ekranındaki cam ona dokunduğumda nasıl anlıyor? Peki ya sahi camlar neden şeffaf? Yada neden diğer birsürü malzeme şeffaf değil? Arabamın koltuğuna oturduğumda ona oturduğumu nasıl anlıyor? Bir alüminyum madeni buldum peki bunu nasıl alüminyum yapıcam?

Bir telefonda kullanılan başlıca metaller:

Bir nükleer santralde bulunan başlıca malzemeler:

Bu yazının amacı okuyanların biraz malzeme farkındalığı kazanması ve bu işin önemini anlamasıdır. Ders verme niyetim yoktur.

Çelik üretilirken redüktan olarak ne kullanılır?

Redüktan demek demir cevherindeki hematit (Fe2O3) bileşiğinden oksijeni alan oksijene aktivitesi hematitten daha fazla olan malzemedir.

ilk olarak yüksek fırında (blast furnace) tüyerelerden geçen oksijen gazı kok kömüründeki karbonu yakarak 1100C sıcaklığın üstünde onu karbon monoksite (CO) çevirmektedir. Daha sonra CO hematitteki oksijeni alarak yanar ve CO2 gazı oluşur. Yüksek fırına hematit ve redüktan malzeme ayrıca curuflaştırıcılar beslenir. Ön ısıtma ve reaksiyon zonundan geçen besleme kademeli reaksiyonların ardından ergitme zonuna girer. Altta metal üstte ise curuf birikir. Metal sıvı ham demir olarak geçer ve çelik olmak için farklı proseslere yönlendirilir. Curuf (kalsiyum silikat) ise genellikle çimento olarak kullanılır.

Bariyerlerde veya sokak lambalarında kullanılan çeliklere baktığımızda ne görüyoruz?

Malzemeler her zaman minimum enerji seviyesinde olmak ister. (Örneğin: Demir, doğada minimum enerjili bulunduğu hali olan hematite yani Fe2O3'e yani pasa dönmek ister.)

Birçok malzeme korozyona uğrar. Ancak her malzeme korozyondan zarar görmez. Örneğin alüminyum, yüzeyinde oluşturduğu Al2O3 tabakası belli bir kalınlığa ulaştığında durur ve artık alüminyumu korozyondan koruyan bir hal alır. Çoğu zaman bu tabakayı isteyerek kalınlaştırırız. Titanyum da aynı şekilde TiO2 oluşturur. Buna örnek birçok metal vardır. Öldürmeyen şey güçlendirir. Ancak demirde durum böyle değildir. Korozyona başladıktan sonra pas onun içine işler ve kullanılamaz bir hale sokar. Dolayısıyla demir yüzeyi yüzeyi çıplak bırakılmak istenmez. Ya korozyon dayanıklı boyalar ile boyanır. Ya galvaniz ile çinko kaplanarak katodik koruma yapır yada paslanmaz çelik haline getirilir. Paslanmaz çelikte %11'in üstünde krom (Cr) bulunur ve çelik yüzeyinde pasif bir Cr2O3 tabakası oluşturarak paslanmayı engeller.

Bariyerler ve sokak lambaları gibi birçok çelik malzeme galvanizli olarak kullanılmaktadır.

Motorlarda kullanılan malzeme ısıyı dağıtması için yüksek ısı iletimine, yüksek aşınma direncine ve yüksek titreşim absorblama kapasitesine sahip olmalan dökme demirdir.

Dünyada da çok az miktarda mevcut olan saf demiri hiç biriniz görmediniz. Demir diye bildiğimiz şeyler çelik veya dökme demirlerdir. Bunların hepsi Fe-C alaşımıdır. Eğer bir demir %2'ye kadar karbon içeriyorsa buna çelik, %2'den fazla karbon içeriyorsa da buna dökme demir denilir. Çeliklerin ve dökme demirlerin ise kendi içerisinde birçok sınıflandırması mevcuttur. Kaldı ki bunlara Mo, Mn, Si, Nb, Ti, W, Cr, Ni gibi birçok alaşım elementleri de eklenerek alaşımlı çelikler veya dökme demirler yapılabilmektedir.

Piezoelektrik malzeme nedir?

Piezo malzemeler basınç uyguladığınızda elektrik üreten, potansiyel fark (voltaj) uyguladığınızda ise şekil değiştirir.

Bu malzemelere örnek olarak BaTiO3, PZT verilebilir.

Piezo malzemeler mühendislikte özellikle basınç ile veri alınması veya elektrik üretilmesi gereken durumlarda kullanılmaktadır. Örneğin çakmağın düğmesine uyguladığınız basınç dolayısıyla küçük bir elektriksel kıvılcım oluşur ve bu kıvılcım ateşin yanmasını sağlar. Başka bir örnek olarak, arabanızın koltuğuna oturduğunuzda sizi algılayarak emniyet kemeri uyarısı veriyor olması verilebilir. Hatta enteresan bir örnek vermek gerekirse; kulağınızdaki çekiç örs ve üzengi kemiklerinin aldığı mekanik titreşimlerin beyninize elektriksel bir sinyal olarak gitmesini sağlayan şeyin arada bulununan bir piezo malzeme olduğunu söyleyebiliriz. Unutmayın ki vücüdunuzun her yeri birer malzemedir.

Metallerin üretiminin nasıl yapılacağı ile ilgili bir genelleme var mı?

Metaller, soy metaller ve aktif metaller olmak üzere ikiye ayrılır ve genel üretim yöntemlerinde bazı istisnai durumlar hariç net çizgilerle ayrım söz konusudur.

Soy (asidik) metaller doğada nabit (metalik halde) veya parçalaması çok da zor olmayan bileşikler halinde bulunurlar. Çünkü zaten kendi metalik halleri kararlıdır. Dolayısıyla redüksiyon aşaması kolay olacaktır. Buyüzden ilk olarak madenden çıkıp zenginleştirilmiş (konsantre aşamasından geçmiş) konsantre redüklenir. Daha sonra ise içerisindeki safsızlıklardan arındırılarak saf metal üretilir. Ancak aktif metaller (bazik metaller) rafine edilmeden redükleme aşamasına girerse kendinden daha soy olan birçok metal redüklenmeden sıra ona gelmeyecektir. Dolayısıyla bu ekonomik açıdan zararlı bir yöntemdir. Yani bazik metaller üretilirken madenden gelen cevher ilk olarak zenginleştirilerek konsantrasyon aşamasından geçtikten sonra saf bir bileşiği elde edilene kadar rafinasyona tabi tutulur. Ardından da redüksiyon aşamasına geçebilir. Bu redüksiyon aşaması karbon, hidrojen veya kendinden daha aktif bir metal redüktan ile (metalotermi) gerçekleşebilirken sulu elektroliz veya ergimiş tuz elektrolizi ile de gerçekleşebilmektedir. Bir metalin soy veya aktif olduğuna karar vermek içinse EMF serisi veya Elingham diyagramı kullanılır.

Eğer üretilecek metaller soy metal ise:

Madencilik+Konsantrasyon+Redüksiyon+Rafinasyon

Eğer üretilecek metaller aktif metal ise:

Madencilik+Konsantrasyon+Rafinasyon+Redüksiyon

Agora Bilim Pazarı

Kâtip Bartleby: Bir Wall Street Hikâyesi

“Kalabalığını gördüğü, bildiği bir mekânın yalnızlığının tek seyircisiydi o…”

Dünya edebiyatının kült eserlerinden Kâtip Bartleby, bir avukatın Wall Street’teki hukuk bürosuna bir kâtibi işe almasıyla başlar. Bir süre sonra çalışmayı ve hatta yaşamayı reddederek hâkim düzeni ve en sarsılmaz inançları tersyüz eden Bartleby, dünyaya karşı takındığı alışılmadık tavrıyla avukatın elini kolunu bağlar.

Bartleby, bireyin sessiz bırakıldığı ve itaate koşulduğu modern dünyada “yapmamayı tercih ederek” yaşayan sıradan bir kâtibin varoluş nüshasıdır. Sorgusuz sualsiz kabullerin karşısına dikilmiş sessiz bir isyan bayrağıdır. Özgürlüğü yeniden tanımlayan, tuğla duvara bakan bir masanın ardında tarihin başka türlü yazıldığı bir başkaldırı hikâyesidir.

Devamını Göster

₺120.00

Satın Al Tüm Ürünler

Eğer bir malzemenin ısıl iletkenliği çok fazlaysa elektrik iletkenliği de çok fazladır (Elmas hariç). Aynı durum tam tersi için de geçerlidir. Mesela bakırı ele alalım çok iyi bir elektriksel iletkendir. Dolayısıyla elektriği taşımak için onu her yerde kullanırız. Koca gökdelenlerin teperine kadar elektriği ulaştırabiliriz. Ancak kullandığımız bakır kablo safszılıklar içeriyorsa direnç yaratacaktır ve bu enerji ısıya dönüşecektir. Çok iyi bir ısıl iletken olan bakır da bu ısıyı tabi ki de içinde tutmayacak çevresine verecektir. Dolayısıyla geçmiş olsun binamız yanıyor. Bu sebepten dolayı bakır %99.9999 gibi çok yüksek saflıklarda üretilmelidir. Rafinasyon elektrolizi de buyüzden yapılır. Isıl iletkenlik fazlaysa malzeme dışarıya çok fazla ısı verdiğinden dolayı kendi zor ısınır. Örneğin bilgisayarlarınızda fanın altında bir malzeme kullanılıyor ve anakartın soğumasını sağlıyor. Bu malzemenin ne olduğunu ve neden orda kullanıldığını hiç düşünmüş müydünüz? Peki hiç paslanmaz çelik bir kaşıkla dolaptan yeni çıkmış bir dondurmayı kesmeye çalıştınız mı? Ne kadar zordu değil mi? Halbuki alüminyumdan yapılma bir dondurma kaşığı kullanırsanız dondurmanızın temas ettiği yerini erittiği için kolaylıkla kesilmesini sağlayacaksınız? Dolaptan çıkan bir etin çabuk soğuması için ne yaparsınız? Alüminyum folyoya ne dersiniz?

Isıl iletkenliğin yüksek olması durumu mühendislikte nasıl faydaya çevrilebilir? Hadi gelin bunun cevabını verelim. Bakır üretimi genellikle Outokumpu fırınlarında yapılır. Bu fırına bakır cevheri olan kalkopirit (CuFeS2), oksijen ile birlikte püskürerek giriş yapar. Bu sıkıştırarak püskürme sırasında yanma olayı gerçekleşir. Peki bu kadar güçlü bir yanma hangi malzemenin içinde gerçekleşiyor dersiniz?

Bu sıkıştırma ve püskürtme sonucu kalkopirit 1300 derece sıcaklıkta yanıyor. Bu püskürtmenin yapıldığı uç ise 1084 derece sıcaklıkta eriyen bakır. Peki nasıl oluyor da bakır ergimiyor. Sebebi şu, bakırın çok iyi bir elektrik iletkeni olduğunu hepimiz biliyoruz aynı bunun gibi ısıl iletkenliği de çok iyi yani bakır o ısıyı tutup sıcaklığını arttırmıyor.

Metaller birçok gruba ayrılır; Refrakter metaller, PGM grubu metaller, Nadir toprak metaller...

Refrakter metaller, yüksek sıcaklık dayanımı olan ve ileri teknoloji uygulamalarda kullanılan çok pahalı metallerdir. Bu gruba aynı zamanda titanyum grup metaller (Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W,Re) de denmektedir. Örneğin bir roket motoru tasarlıyorum ve ateşleme sırasında sıcaklık 1200C mertebelerine kadar çıkmakta. Acaba bu durumda bana refrakter metal mi lazım? Peki en hafif olanı hangisi? Titanyum hem yüksek sıcaklık dayanımına sahip refrakter bir metaldir hem de spesifik mukavemeti en yüksek malzemedir. Spesifik mukavemet elastisite modülü/ yoğunluk ile bulunur. Havacılık uygulamalarında genellikle Ti6Al4V alaşımı kullanılır.

Biyolmalzemeler seramik, metal, polimer veya kompozit malzemeler olabilmektedir. Ama hepsi biyouyumlu olmak zorundadır. Yani korozyona uğramamalılardır. Seramik malzemeler zaten yüksek korozyon direncine sahip malzemelerdir (Al2O3, ZrO2). Metalik malzemelerde ise bu özellik yüzeylerinde pasif film oluşturarak sağlanmaktadır (Ti6Al4V, Co-Cr, 316L Paslanmaz çelik). Bazı implant uygulamalarında ise bunun tam tersi istenilebilir. Ancak burada amaç yapısallık değildir. Örneğin vücudun belli bir bölgesine belli bir dozda ilacın belli bir sıklıkta verilmesi gerektiğini düşünelim. Ne dersiniz bir biyobozunur malzeme kullanalım mı? Malzeme bozundukça ilaç sabit bir dozda vücuda karışsın ve işi bittiğinde ise hiçbir şey kalmasın. Bu malzemeye örnek olarak magnezyum verilebilir.

Gevrek-sünek geçiş sıcaklığı gevrek bir yapıda olan malzemenin sünek bir hale geçişini veya tam tersi olarak sünek haldeki bir malzemenin gevrek (kırılgan) hale geçişinin olduğu sıcaklıktır.

Ductile Brittle Transition Temperature (DBTT) her malzemede görülmemekle birlikte özellikle kristal kafesi HMK (BCC) yapıda olan malzemelerde görülmektedir. Örneğin çelikleri düşünelim çelikler aslında Body Centered Cubic (BCC) yapıdalardır. Ancak istersek onları Face Centered Cubic (FCC) kristal yapıda tasarlayabiliriz. Bunlara östenitik çelikler denir. Bu östenitik çeliklerin DBTT sıcaklıkları yoktur ve hep sünek davranış verirler. Ancak ferritik çelikler (BCC çelikler) çok soğuk havalarda genellikle 0 ile -10 derece sıcaklıkları arasında gevrek yapıya geçerler. Arabalar kaza yaptığında ne olur? Siz hiç bir arabanın kaportasının kırıldığını gördünüz mü? Metaller kuvvet karşısında şekil değiştirerek tepki gösteren malzemelerdir. Buzdağına çarptığı zaman ortadan ikiye bir çubuk kraker gibi kırılıp bölünen Titanik neden bükülmek yerine kırıldı? Yoksa kullanılan çelik BCC miydi? Evet tabii ki de öyleydi çünkü 1912 yılında zaten gevrek sünek geçiş sıcaklığı daha bilinen bir şey değildi. Peki ne zaman keşfedildi. Donanmasını kuzey denizinden geçiren Hitler'in gemileri çatlayınca durum üzerine arge çalışmaları yapılmış ve DBTT sıcaklığı onun mühendisleri tarafından keşfedilmiştir. Günümüzde ise soğuk sulara giden gemilerde genelde östenitik çelik tercih edilmektedir.

Bazı FCC malzemeler: Alüminyum, Cu, Ni, Östenitik çelikler...