Yıl: 2020 Cilt: 9 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 1854 - 1864 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 17-12-2021

Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri

Öz:
Yüksek sertlik ve aşınma direncine sahip olan mühendislik seramiklerini eşsiz kılan en önemli özelliği yüksek sıcaklık şartlarına olan dayanımlarıdır. Dolayısıyla bu malzemeler havacılık, uzay, otomotiv, elektronik ve enerji sektörleri gibi birçok alana hitap ederek oldukça geniş uygulama alanlarına sahiptirler. Mühendislik seramiklerinin işlevselliklerini daha da arttırabilmek için birçok yaklaşım geliştirilmiştir. Bunlardan en önemlisi seramiklerin kırılma tokluğunun iyileştirilmesidir. Ayrıca son yıllarda seramiğe yüksek sıcaklıkta kendi kendini iyileştirme özelliği kazandırılarak akıllı seramikler geliştirilmesine yönelik çalışmalar dikkat çekmektedir. Burada “kendini iyileştirme” ifadesinden kasıt; malzeme yüzeyinde kullanım esnasında veya öncesinde oluşan mikro çatlakların yine kullanım esnasında yüksek sıcaklıkta kendiliğinden onarılarak malzemenin yeniden mukavemet kazanması olayıdır. Mühendislik seramiklerinin yüksek sıcaklıkta kullanım esnasında kendiliğinden hasar alması çok karşılaşılan bir problem iken geleneksel yöntemlerle bu hasarın anında ve sistemin çalışması sürecinde saptanması neredeyse imkânsızdır. Dolayısı ile seramik malzemeye yüksek sıcaklıkta çalışma esnasında kendini iyileştirme özelliği kazandırmak bu malzemenin hizmet ömrünü ve kullanıldığı sistemin güvenliğini arttıracaktır. Bu çalışmada ilgili literatür ışığında seramiklerin kırılma tokluğunu arttırmaya yönelik mekanizmalar, kendini iyileştirebilen seramiklerin önemi, kendini iyileştirme mekanizması, bunların üretim yöntemi ve parametreleri, bileşimleri, mekanizmanın aktif hale gelmesi için gerekli olan sıcaklık değerleri, mikroyapı ve mekanik özelliklerindeki değişimler derlenerek sunulmuştur.Anahtar kelimeler: Kendini İyileştirebilme, Mühendislik Seramikleri, Akıllı Seramik, Kırılma Tokluğu.
Anahtar Kelime:

Self-Healing Ability of Engineering Ceramics

Öz:
Engineering ceramics have high hardness and wear resistance. The most important feature that makes engineering ceramics unique is their resistance to high temperature conditions. Therefore, these materials have a wide range of applications by addressing many fields such as aviation, aerospace, automotive, electronics and energy. Many methods have been developed to further increase the performance of engineering ceramics. The most important of these methods is to improve the toughness of the ceramics. Moreover, in recent years, studies on the development of smart ceramics (self-healing ceramics at high temperatures) attract attention. “Self-healing” means that the material which micro cracks formed on the surface during or before use automatically repairs itself and material regains its strength. While it is a very common problem that engineering ceramics take self-damage during use at high temperatures with traditional methods, it is almost impossible to detect this damage immediately and during the operation of the system. Therefore, providing self-healing properties to ceramic material during high temperature operation will increase the service life of this material and the safety of the system it is used in. In this study, in the light of the related literature, mechanisms to increase the fracture toughness of ceramics, the importance of self-healing ceramics, self-healing mechanism, their production method and parameters, compositions, temperature values required for activation of the mechanism, changes in microstructure and mechanical properties are presented.Keywords: Self-Healing, Engineering Ceramics, Smart Ceramic, Fracture Toughness.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] Ashby M.F., Jones D.R.H. 2013. Ceramics. in Engineering Materials 2 (Fourth Edition), Edited by Ashby M.F., Jones D.R.H., Boston, Butterworth-Heinemann, 299-312.
  • [2] Shi X.L., Xu F.M., Zhang Z.J., Dong Y.L., Tan Y., Wang L., Yang J.M. 2010. Mechanical properties of hot-pressed Al2O3/SiC composites. Mater. Sci. Eng. A, 527 (18-19): 4646-4649.
  • [3] Sajgalik P., Dusza J., Hoffmann M.J. 1995. Relationship between Microstructure, Toughening Mechanisms, and Fracture Toughness of Reinforced Silicon Nitride Ceramics. J. Am. Ceram. Soc., 78 (10): 2619-2624.
  • [4] De Aza A.H., Chevalier J., Fantozzi G., Schehl M., Torrecillas R. 2002. Crack growth resistance of alumina, zirconia and zirconia toughened alumina ceramics for joint prostheses. Biomaterials, 23 (3): 937-945.
  • [5] Lewis M.H., Dobedoe R.S. 2002. Creep of Ceramics. in Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Edited by Buschow K.H.J., Cahn R.W., Flemings M.C., Ilschner B., Kramer E.J., Mahajan S., Veyssière P., Oxford, Elsevier, 1-7.
  • [6] Marshall D.B., Hannink R.H.J. 2013. Ceramics: Transformation Toughening. in Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Edited by Buschow K.H.J., Cahn R.W., Flemings M.C., Ilschner B., Kramer E.J., Mahajan S., Veyssière P., Oxford, Elsevier, 1113-1116.
  • [7] Yavas B., Sahin F., Yucel O., Goller G. 2015. Effect of particle size, heating rate and CNT addition on densification, microstructure and mechanical properties of B4C ceramics Ceram. Int., 41 (7): 8936-8944.
  • [8] Ozel S., Vural E. 2016. The microstructure and hardness properties of plasma sprayed Cr2O3/Al2O3 coatings. J. Optoelectron. Adv. M., 18 (11-12): 1052-1056.
  • [9] Ozel S., Turhan H. 2010. The Microstructure and Hardness Properties of ZrO2+Y2O3/Al2O3 Layers Coated by Using Plasma Spray Process on Al Bronze Surface. Praktische Metallographie, 47 (10): 560-570.
  • [10] Gogotsi G.A. 2003. Fracture toughness of ceramics and ceramic composites. Ceram. Int., 29 (7):777-784.
  • [11] Ocak B.C., Yavas B., Akin I., Sahin F., Goller G. 2018. Spark plasma sintered ZrC-TiC-GNP composites: Solid solution formation and mechanical properties. Ceram. Int., 44 (2): 2336-2344. [12] Gopal V., Manivasagam G. 2019. Zirconia-alumina composite for orthopedic implant application. in Applications of Nanocomposite Materials in Orthopedics, Edited by Inamuddin, A.M., Mohammad A., Woodhead Publishing, 201-219.
  • [13] Nakao W., Koji T., Kotoji A. 2009. Self-healing of Surface Cracks in Structural Ceramics. in Self-healing Materials Fundamentals, Design Strategies, and Applications, Edited by Ghosh S.K., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 183-213.
  • [14] Madhan M., Prabhakaran G. 2012. Self-healing Ability of Structural Ceramics – A Review. in Trends in Intelligent Robotics, Automation, and Manufacturing, Edited by Ramanathan K.C., Springer, 466-474.
  • [15] Sihyun P., Ahn T., Kim S., Kim H., Shim K. 2015. Crack self-healing behavior in silicon carbide composite ceramics to secure structural integrity and improve economics. Journal of Ceramic Processing Research, 16: 114-131.
  • [16] Rebillat F. 2014. Advances in self- healing ceramic matrix composites. in Advances in ceramic matrix composites, Edited by Low I.M., Woodhead Publishing Limited, 369-398.
  • [17] Aissa B., Haddad E.I., Jamroz W.R. 2014. Self-healing Materials : Innovative Materials for Terrestrial and Space Applications. Smithers Rapra Technology, 274 p, Shropshire, United Kingdom.
  • [18] Wypych G. 2017. Self-Healing Materials Principles & Technology. First Edition ChemTec Publishing, 262 p, Ontario, Canada.
  • [19] Easler T.E., Bradt R.C., Tressler R.E. 1981. Strength Distributions of SiC Ceramics After Oxidation and Oxidation Under Load. J. Am. Ceram. Soc., 64 (12): 731-734.
  • [20] Ding Y., Dong S., Huang Z. 2017. Fabrication of short C fiber-reinforced SiC composites by spark plasma sintering. Ceramics International, 33: 101-105.
  • [21] Meng X., Xu C., Xiao G., Yi M., Zhang Y. 2016. Microstructure and anisotropy of mechanical properties of graphene nanoplate toughened Al2O3 -based ceramic composites. Ceram. Int., 42 (14): 16090-16095.
  • [22] Hull E.R., Parisi J., Fibers P.C. 2007. Self Healing Materials An Alternative Approach to 20 Centuries of Materials Science. Springer, 388 p, Netherlands.
  • [23] Blaiszik B.J., Kramer S.L.B., Olugebefola S.C., Moore J.S., Sottos N.R., White S.R. 2010. SelfHealing Polymers and Composites. Annu. Rev. Mater. Res., 40 (1): 179-211.
  • [24] Mercy L., Prakash S. 2016. Self healing composite materials : A review. International Journal of ChemTech Research, 9 (3): 316-324.
  • [25] Nakao W. 2010. Second Step Approach for Self Healing Ceramics. Thermec 2009, 638: 2133-2137.
  • [26] Osada T., Nakao W., Takahashi K., Ando K. 2014. Self-crack-healing behavior in ceramic matrix composites. in Advances in Ceramic Matrix Composites, Edited by Low I.M., Woodhead Publishing, 410-441.
  • [27] Lee P., Ahn T.H., Kim S.H., Kim H.M., Shim K.B. 2015. Crack self-healing behavior in silicon carbide composite ceramics to secure structural integrity and improve economics. J. Ceram. Process. Res., 16: 114-131.
  • [28] Takahashi K., Ando K., Nakao W. 2011. Crack-Healing Ability of Structural Ceramics and Methodology to Guarantee the Reliability of Ceramic Components. in Raw Materials, Processing, Properties, Degradation and Healing, Edited by Sikalidis C., IntechOpen.
  • [29] Takahashi K., Yokouchi M., Lee S.K., Ando K. 2003. Crack-Healing Behavior of Al2O3 Toughened by SiC Whiskers. J. Am. Ceram. Soc., 86 (12): 2143-2147.
  • [30] Takahashi K., Jung Y.S., Nagoshi Y., Ando K. 2010. Crack-healing behavior of Si3N4/SiC composite under stress and low oxygen pressure. Mater. Sci. Eng. A, 527 (15): 3343-3348.
  • [31] Lee S.K., Ono M., Nakao W., Takahashi K., Ando K. 2005. Crack-healing behaviour of mullite/SiC/Y2O3 composites and its application to the structural integrity of machined components. J. Eur. Ceram. Soc., 25 (15): 3495-3502.
  • [32] Chlup Z., Flasar P., Kotoji A., Dlouhy I. 2008. Fracture behaviour of Al2O3/SiC nanocomposite ceramics after crack healing treatment. J. Eur. Ceram. Soc., 28 (5): 1073-1077.
  • [33] Greil P. 2012. Generic principles of crack-healing ceramics. J. Adv. Ceram., 1 (4): 249-267.
  • [34] Yoshioka S., Nakao W. 2015. Methodology for evaluating self-healing agent of structural ceramics. J. Intell. Mater. Syst. Struct., 26 (11): 1395-1403.
  • [35] Yoshioka S., Boatemaa L., Zwaag S., Nakao W., Sloof W. G. 2016. On the use of TiC as hightemperature healing particles in alumina based composites. J. Eur. Ceram. Soc., 36 (16): 4155- 4162.
  • [36] Nakao W., Takahashi K., Ando K. 2007. Threshold stress during crack-healing treatment of structural ceramics having the crack-healing ability. Mater. Lett., 61 (13): 2711-2713.
  • [37] Nguyen S.T., Nakayama T., Suematsu H., Iwasawa H., Suzuki T., Niihara K. 2019. Self-crack healing ability and strength recovery in ytterbium disilicate/silicon carbide nanocomposites. Int. J. Appl. Ceram. Technol., 16 (1): 39-49.
  • [38] Kim H., Kim M., Kang S., Ahn S., Nam K. 2008. Bending strength and crack-healing behavior of Al2O3/SiC composites ceramics. Mater. Sci. Eng. A, 483: 672-675
APA Gok M (2020). Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. , 1854 - 1864.
Chicago Gok Mustafa Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. (2020): 1854 - 1864.
MLA Gok Mustafa Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. , 2020, ss.1854 - 1864.
AMA Gok M Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. . 2020; 1854 - 1864.
Vancouver Gok M Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. . 2020; 1854 - 1864.
IEEE Gok M "Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri." , ss.1854 - 1864, 2020.
ISNAD Gok, Mustafa. "Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri". (2020), 1854-1864.
APA Gok M (2020). Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(4), 1854 - 1864.
Chicago Gok Mustafa Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9, no.4 (2020): 1854 - 1864.
MLA Gok Mustafa Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol.9, no.4, 2020, ss.1854 - 1864.
AMA Gok M Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020; 9(4): 1854 - 1864.
Vancouver Gok M Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020; 9(4): 1854 - 1864.
IEEE Gok M "Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri." Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9, ss.1854 - 1864, 2020.
ISNAD Gok, Mustafa. "Kendi Kendini İyileştirebilen Mühendislik Seramikleri". Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9/4 (2020), 1854-1864.