TOZ METALURJİSİ, CAM ve SERAMİK İMALAT BİLGİSİ

1. TOZ METALURJİSİ, CAM ve SERAMİK İMALAT BİLGİSİ Dr.Mümtaz ERDEM A.Ü.ENDÜSTRİ MÜHENDİSLİĞİENM208- İMAL USULLERİ

2. TOZ METALURJİSİ Toz Metalurjisi T/M üretim yöntemi metal tozlarının üretimi ve üretilen bu tozların imalatı istenilen parçaların şekline dönüştürülmesi işlemidir.  Bu yöntem toz üretimi, üretilen tozların karıştırılması, tozların preslenmesi, sinterleme ve isteğe bağlı işlemler ( infiltrasyon, yağ emdirme, çapak alma, vb..) olmak üzere belirli aşamalardan oluşur. [1]  Bu yönteme ait imalat basamakları aşağıdaki şekilde gösterilmiştir

3. TOZ METALURJİSİ Toz Metalurjisi T/M üretim yöntemi metal tozlarının üretimi ve üretilen bu tozların imalatı istenilen parçaların şekline dönüştürülmesi işlemidir.  Bu yöntem toz üretimi, üretilen tozların karıştırılması, tozların preslenmesi, sinterleme ve isteğe bağlı işlemler ( infiltrasyon, yağ emdirme, çapak alma, vb..) olmak üzere belirli aşamalardan oluşur. [1]  Bu yönteme ait imalat basamakları aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. 

4. TOZ METALURJİSİ Toz metalurjisi demir ve demir dışı metallerden parça üretimini yapan gelişmiş bir üretim yöntemidir.  Toz metal parça üretiminde genellikle tozlar öncelikle soğuk sıkıştırma ile şekillendirilir ve sinterleme işleminden sonra bitirme işlemleri uygulanır.  TM yöntemi ile tozların soğuk şekillendirilmesi ve kalıptan çıkarılması sırasında metal tozları ile kalıp yüzeyi arasındaki sürtünmeyi azaltarak kalıp ömrünü artırmak amacıyla yağlayıcılar kullanılır.  Malzemeye uygun yağlayıcılar ağırlık olarak % 0.5-2 oranlarında ilave edilerek karıştırılırlar.  Bu süreçte tozların başarılı bir şekilde sıkıştırılarak şekillendirilmesi birinci basamaktır. Karışımı hazırlanan tozlar istenilen geometrideki kalıplarda preslenir.  Presleme işlemi esnasında dağınık halde bulunan tozlar kalıp içerisinde parçanın şeklini alır.  Bu aşamada elde edilen parçalar düşük mukavemet değerine sahiptir.  Bu mukavemet değerine ham mukavemet (green strength) denir.  Ham mukavemet değeri parçanın kalıptan çıkartılıp sinterleme ortamına yerleştirilmesine olanak verecek değerlerde olmalıdır fakat bu değer parça üzerine uygulanacak yüksek değerlerdeki kuvvetleri taşımak için yeterli değildir.  Kalıptan çıkartılan parçaların mukavemet değerlerini artırmak için parçalara sinterleme işlemi uygulanır. [1]

5. TOZ METALURJİSİ Sinterleme genellikle atomik ölçekte gerçekleşen, kütle taşınımları yoluyla katı parçacıkları birbirine yoğun bir yapı oluşturacak şekilde bağlayan ısıl işlem veya süreçtir.  Sinterlenecek malzeme tek çeşit saf metal veya seramik gibi bir malzemeden oluşuyorsa tek bileşenli sistem, birden çok malzemeden oluşuyorsa çok bileşenli sistem adını alır.  Tek bileşenli sistemlerde sinterleme sıcaklığı malzemenin ergime sıcaklığının 0,8 katıdır.  Çok bileşenli sistemlerde ise sinterleme sıcaklığı bileşimde en düşük ergime sıcaklığına sahip malzemenin ergime sıcaklığın hemen altındadır.  Ergime sıcaklığının altında yapılan sinterlemeye katı faz sinterlemesi, çok bileşenli sistemlerde ise bileşenlerden en az birinin ergime sıcaklığının üzerinde yapılan sinterlemeye ise sıvı faz sinterlemesi denir. [5]

6. TOZ METALURJİSİ T/M  Avantajları T/M küçük, karmaşık ve boyutsal hassasiyeti yüksek parçaların seri imalatına son derece uygundur.  Belirli derecede porozite ( gözenek ) ve geçirgenlik elde edilir.  T/M ile üretilen parçaların büyük bir kısmında elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesi talaşlı işlem gibi ekstra operasyonlara olan gereksinimleri ortadan kaldırması ve malzeme kaybının çok az olması T/M yönteminin ekonomik bir üretim yöntemi olduğunun göstergesidir. [13] Bazı metallerin ergime sıcaklığı çok yüksek olması ve bu sıcaklıklara ulaşılamaması ( tungsten, molibden gibi ), bazı özelliklerin ancak T/M ile sağlanabilmesi ( kendi kendine yağlanan yataklar ), süper alaşım ve sert metaller gibi önemli malzemelerin bu yöntem ile üretilmesi toz metalurjisini zorunlu kılan başlıca sebeplerdir.  Çok sayıda üretim söz konusu olduğunda en iyi uygulanabilen bir metot olması, boyut kontrolü ve şekil karmaşıklığı T/M yönteminin en bariz avantajlarıdır. [11] 

7. TOZ METALURJİSİ Yüksek malzeme kullanım oranı, düşük malzeme kaybı. ·         Yüksek üretim hızları. ·         Düşük maliyet ·         Düzgün yüzey, yakın tolerans değerlerinin elde edilmesi. ·         Karmaşık şekilli parçaların imalatı. ·         Yüksek ergime sıcaklığına sahip metallerin imalatı. ·         Yüksek yoğunluğa sahip parça üretimi. ·         Metal matriks kompozit ve metal alaşımları üretimi. ·         Üstün mikro yapısal özelliklere sahip parça üretimi. ·         Belirli derecede gözeneklilik ve geçirgenlik. [12]

8. TOZ METALURJİSİ T/M Uygulama Alanları T/M uygulama alanları oldukça geniştir.  Tungsten lamba teli, diş dolguları, kendinden yağlamalı yataklar, otomotiv güç aktarma dişlileri, zır delici mermiler, elektrik kontakları ve fırçaları, mıknatıslar, nükleer güç yakıtları elemanları, ortapedik protezler, iş makinesi parçaları, yüksek sıcaklık filtreleri, şarz edilebilir piller ve jet motoru parçalarının üretimi T/M kullanım alanlarına örnek olarak verilebilir.  Metal tozlar boyalar, patlayıcılar, kaynak elektrotları, roket yakıtları, mürekkepler, sert lehim bileşikleri ve katalizörlerde kullanılmaktadır. [8]  T/M kullanım alanlarından bir tanesi de savunma sanayisidir.  Ateş sanatı olarak bilinen piroteknik uygulamalar savunma sanayisi için oldukça önemlidir.  Piroteknik reaksiyonlar çok yüksek sıcaklık oluşturduklarından aydınlatmaya yol açarlar.  Piroteknikler havai fişek, işaret fişeği ve flaş tozu olarak kullanılırlar. [14]  Genellikle demir parçalarının üretiminde kullanılan T/M yöntemi otomotiv endüstrisinde oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir.  Düşük yoğunlukta parçalara ihtiyaç duyulduğu otomotiv endüstrisi T/M yöntemini daha hafif parça üretimine doğru yöneltmektedir. [4]

9. Cam kristalize olmayan bir malzeme türüdür. (vitreus) Temel malzeme silkadır.SiO2 D,ğer katkılar: potas, kireçtaşı, soda ash Pekçok uygulamalarından bazıları; şişe, pencere camı, araç camı, ampul vbg... CAM İMALATI

10. CAM İMALATI Cam, fiziksel bakımdan bir katı olup, belirli bir erime noktası olmayan, aşırı soğutulmuş bir sıvı durumundadır ve kristallenmesine mani olacak kadar yüksek bir viskoziteye (1013 poise'den daha büyük) sahiptir; kimyasal bakımdan ise kumun, alkali ve toprak alkali bileşiklerinin ve diğer cam konstitüentlerin (cam yapıcı maddelerin) bozundurulmaları ve eritilmeleri ile oluşan uçucu olmayan anorganik oksidlerin meydana getirdikleri, genellikle alkali ve toprak alkali silikatlardankimyasal bakımdan ise kumun, alkali ve toprak alkali bileşiklerinin ve diğer cam konstitüentlerin (cam yapıcı maddelerin) bozundurulmaları ve eritilmeleri ile oluşan uçucu olmayan anorganik oksidlerin meydana getirdikleri, genellikle alkali ve toprak alkali silikatlardan ibaret kompleks bir üründür. Cam, tamamiyle camlaşmış bir saydam ürün olabildiği gibi, birçok hallerde, oldukça az miktarda camlaşmayan maddenin çok miktardaki camlaşmış ürün ile olan süspensiyonu halinde de olabilir.

11. CAM İMALATI Camın yapısı üzerinde yapılmış araştırmalar, gelişigüzel sıralanmış SiO4 tetraeder'lerinden ibaret bir şebekeye sahip olduğunu göstermiştir ve aynı zamanda bu şebeke ayrıca ortamın nötralliğini sağlayan alkali iyonları da içermektedir. hidrolize uğrarlar ve su da sonuçta alkali bir reaksiyon gösterir.Camların adi sıcaklıktaki viskoziteleri o kadar yüksektir ki, kristallerin oluşması için gerekli atom hareketleri imkansızlaşır; fakat uygun bir sıcaklığa kadar ısıtılmakla kristallenebilir(yani cam halinden çıkabilir). Daha önce de değinildiği gibi, camlar, termodinamik olarak, stabil şekil olan kristal haline gelmeye çalışmakla beraber viskoziteleri yüzünden buna imkan bulamayan, stabil olmayan maddeler olarak düşünülebilir. Camlar, ayrıca, nispeten sınırlı sıcaklık aralıklarında yani bir değişim bölgesinde, gerek viskozite, gerek spesifik ısı veya genleşme bakımından önemli değişikliklere uğrarlar. Bu hususta özellikle viskozite değişikliği önem taşır; Camın viskozitesi katı halde iken 1013 poise olup, hamurlaşmamış halde 107 poise'a düşer

12. CAM İMALATI Toprak alkali iyonlarını da içeren camlar yeterli miktarda silikalı oldukları zaman suda çözünmezler; fakat sadece alkali metallerle yapılan camlar su etkisiyle normal sıcaklıklarda bile hidroliz uğrarlar ve bu nedenle cam olarak pratikçe işe yaramazlar (Na2O.SiO2 den Na2O.4SiO2 ye kadar değişen geniş bir kompozisyon aralığında olmak üzere sadece iki kompanentli olan ve "su camı" olarak da isimlendirilen "alkali silikatlar", kum ve susuz sodanın basitçe bir arada eritilmesinden elde edilen sodyum silikatlarıdır). Buna göre, kullanılabilecek cam yapımı için, soğutulduklarında suda hidrolize uğramayan karışımlar hazırlanır ki bu hususta özellikle adi cama ait olan SiO2.CaO.Na2O üçlü sistemini söylemek gerekir. Metal cinslerini veya oranlarını değiştirmek suretiyle Bohemya, billur, Jena v.b camları gibi çeşitli ürünler elde edilebilirse de bütün bu camlar ve özellikle %60'dan az silika içerenler, kaynar suda yavaş yavaş hidroliz olurlar ve suda sonuçta alkali bir reaksiyon gösterir.

13. CAM İMALATI Preparation Shaping Heat Treatment

14. PROSESLER Pressing Spinning Blowing

15. PROSESLER Float Process Drawing

16. PROSESLER Drawing Glass Tubes Drawing of Fibres

17. SERAMİK-PORSELEN Porselen sözcüğünün Latince İstiridye anlamına gelen “Porsella” kelimesinden türetildiği tahmin edilmektedir. Porseleni Avrupa’ya tanıtanlar, başta Marco Polo olmak üzere, çeşitli deniz yollarını keşfeden Portekizli tüccarlar olmuştur.      Porselen ;sadece doğal kaynaklı hammaddelerden üretilen, beyazlığını kullanılan boyalardan değil, kullanılan hammaddelerden alan, 1400 C civarında pişirilerek pekişen, ışık geçirgenliğine sahip, sağlıklı bir ürün olarak tarif edilmektedir.      Ev ve otel grubu olarak üretilen iki tip porselenin tanımından bahsedebiliriz. Ev porselenleri, gün ışığına tutulduğunda ışığı geçiren porselenlerdir. Otel grubu ise, Dünya standartlarına uygun olarak, daha kalın üretilmektedir. Bir lambaya tutulduklarında, ışığı geçirdikleri görülebilir. Günümüzde restaurantlar, içine konulan yemeğin sıcaklığını muhafaza etmesi için tabağı önceden ısıtarak servise almaktadırlar. Eğer tabak kalın olursa, sıcaklığın daha uzun süre muhafaza edecek ve yemeğin lezzetine keyif katacaktır.

18. SERAMİK-PORSELEN Porselen, içerdiği hammaddelere oranlarına ve sıcaklık derecelerine göre de, sert ve yumuşak porselen olmak üzere ikiye ayrılır. Sert porselenin en önemli özelliği, bünyesinde yer alan yüksek kaolen oranı ve 1400 C gibi yüksek bir sıcaklıkta oluşan feldispat sırrıdır. Bu da, sırda yüzey sertliği ve dayanıklılığı yaratmaktadır. Yumuşak porselenin kaolen oranı ise az olup, sır oluşum sıcaklığı da daha düşüktür. Bu nedenle, sert porselene oranla daha az mekanik sertliği ve darbe dayanıklılığına sahiptir

19. TUĞLALAR, BLOKLAR, KİREMİT VE KİL ÜRÜNLERİHAMMADDE OLARAK KİLKil, doğal olarak bulunduğundan, kalıplamak için plastik hale getirilip kurutularak pişirilmesinden veya fırınlanmasından sonra sert, dayanıklı ve sabit şekilli bir malzeme haline getirebilmesinden dolayı ticari bakımdan önemlidir. Ürünleri kil eşyalar, kil ürünler veya seramikler olarak bilinir.KillerBütün killer ilkel (volkanik) kayaların bozulup parçalanması ile oluşmuşlardır ve bileşimleri değişmektedir. Killer esas olarak silis ve alümin (alüminyum oksit) içermekle birlikte diğer bileşenleri demir oksit, kireç, manganez ve sudur. Ham kil içerisinde alümin genellikle silis ile hidratlı alüminyum silikatlar şeklinde kimyasal olarak birleşir, fakat silis, kil içerisinde kumla birbirine karışık olarak da bulunabilir. Bu şekilde aşırı miktarda kum içeren killer balçık olarak nitelendirilir. Diğer bazı killer belli miktarda tebeşir içerirler, bunlar ise marn (kireçli balçık) olarak bilinirler. Kaolin minerali (çini kili) yaklaşık tamamen saf hidratlı alüminyum silikat içerir ve örneğin ateşe dayanıklı çimento gibi özel niteliklerinden dolayı çok kullanışlıdır. Renginin beyaz olmasından dolayı beyaz portland çimentosu üretiminde de kullanılır. Boksit, hidratlı alüminyum oksit içeriği yüksek olan kile verilen addır ve alüminyum metalinin filizi ve alüminyumlu çimentoların hammaddesi olarak bilinir.Plastik veya saf kil yüksek oranda alümin içerenlerdir ve bunlar çok işlenebilir ham killeri oluştururlar. Killerin dokuları, çok işlene