Seramik

Seramik (Antik Yunanca: κεραμικός – keramikós, "çömleğe ilişkin, çömlekçilik", κέραμος – kéramos, "çömlekçi kili") iyonik veya kovalent bağlara sahip metal (veya metaloid) ve metal olmayan inorganik bileşik içeren katı bir malzemedir. Yaygın kullanım örnekleri earthenware (sırlı veya sırsız camsı olmayan çömlekler), porselen ve tuğladır.

İnsanlar tarafından yapılan en eski seramikler, kendiliğinden veya silika gibi diğer malzemelerle karıştırılmış, ateşte sertleştirilmiş ve sinterlenmiş seramik çömlekler (örneğin kap ve çanaklar) veya kilden yapılmış figürinlerdi. Daha sonra seramikler pürüzsüz olma, renkli yüzeyler oluşturma ve camsı kullanım ile gözenekliliği azaltma amacıyla sırlandı ve pişirildi. Seramikler artık yerli, endüstriyel ve inşaat ürünlerinin yanı sıra çok çeşitli seramik sanatlarını da içinde barındırıyor. 20.yüzyılda, yarı iletkenler gibi ileri seramik mühendisliğinde kullanılmak üzere yeni seramik malzemeler geliştirilmiştir.

"Ceram-" kökünün bilinen en eski sözcüğü Miken Uygarlığı'nın Linear B hece yazısında "seramik işçileri" anlamındaki ke-ra-me-we'dir. "Seramik" kelimesi bir malzeme, ürün veya işlemi tarif etmek için bir sıfat olarak kullanılabilir. Aynı zamanda isim olarak tekil veya daha yaygın şekliyle çoğul olan "seramikler" şeklinde de kullanılabilir.

Seramik malzemeler inorganik, metalik olmayan, genellikle kristal oksit, nitrür veya karbür malzemelerdir. Karbon veya silikon gibi bazı elementler seramik olarak kabul edilebilir. Seramik malzemeler kırılgandır, serttir, sıkıştırma bazında güçlüdür ve kesme ile gerginlik bazında zayıftır. Asidik veya kostik ortamlara maruz kalan diğer malzemelerde meydana gelen kimyasal erozyona dayanırlar. Seramikler genellikle 1,000 °C–1,600 °C (1,800 °F–3,000 °F) arasında değişen çok yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Amorf (kristal olmayan) karakteri nedeniyle cam genellikle seramik olarak kabul edilmez. Bununla birlikte, cam yapımı seramik işleminin birkaç aşamasını içerir ve mekanik özellikleri seramik malzemelere benzer.

Geleneksel seramik hammaddeleri kaolinit gibi kil minerallerini içerirken, daha yeni malzemeler alümina olarak bilinen alüminyum oksit içerir. İleri seramik olarak sınıflandırılan modern seramik malzemeler arasında silisyum karbür ve tungsten karbür bulunmaktadır. Her ikisi de aşınma dirençleri sebebiyle değerlidir ve bu nedenle madencilik operasyonlarında yer alan kırma ekipmanlarında da kullanılır. Gelişmiş seramikler tıp, elektrik, elektronik endüstrileri ve vücut zırhlarında da kullanılmaktadır.

Kristal seramik malzemeler çok çeşitli işlemlere uygun değildir. Bu durumda iki kategoriden birine girme durumundadırlar – yerinde reaksiyon ile seramiğe istenilen şekil verilir veya daha sonra katı bir gövde oluşturmak için sinterlenir. Seramik şekillendirme teknikleri, elle şekillendirme, kayma döküm (slip casting), bant dökümü (çok ince seramik kapasitörleri yapmak için kullanılır), enjeksiyon kalıplama, kuru presleme ve diğer varyasyonları içerir.

Kristal olmayan seramikler, eriyikten oluşma eğiliminde olan cam malzemelerdir. Cam tamamen eridiğinde, döküm yoluyla veya belirli bir viskozite durumunda bir kalıba üfleme gibi yöntemlerle şekil alır. Daha sonraki ısıl işlemler bu camın kısmen kristalleşmesine neden olursa, elde edilen malzeme cam-seramik olarak adlandırılır.

Seramik ürünleri bünye özelliklerine göre gözenekli (earthenware), pekişmiş bünye (stoneware) ve porselen olarak sınıflandırılmaktadır. Gözenekli bünye düşük sıcaklık ürünü, porselen de yüksek sıcaklık gerektiren ürün olarak düşünülse de eğer bünye yoğunluğunun nasıl sağlanacağı biliniyorsa, her tip bünyenin herhangi bir sıcaklık derecesinde üretilebilmesi mümkündür. Yani bünyenin içeriğindeki malzemeleri değiştirerek, düşük derecede porselen benzeri bir bünye, yine yüksek derecede de gözenekli bir bünye elde edilebilir.

Genellikle kayaların dış etkiler altında parçalanması ile oluşan kil, kaolen ve benzeri maddelerin yüksek sıcaklıkta pişirilmesi ile meydana gelirler. Bu açıdan halk arasında pişmiş toprak esaslı malzeme olarak bilinir. Örneğin, cam, tuğla, kiremit, taş, beton, çimento, aşındırıcı tozlar porselen ve refrakter malzemeler bu gruba girer.

Kil belirli bir üretim sürecini geçirdikten sonra, sert ve deforme olmayan, bazı özel etkenler dışında hiçbir dış etkiden kolayca etkilenmeyen bir malzeme haline gelir. Seramik malzeme üretiminde, kil çamuruna belirli maddeler katarak, değişik şekillendirme yöntemleriyle, kullanılan çamur bünyesine uygun bir pişirme ile, seramik malzemeye istenilen niteliği kazandırma imkânı vardır.

Yapısal anlamda seramik malzemeleri, kristal, amorf, camsı gibi sınıflara ayrılır. Çoğunlukla, fırınlanmış seramikler earthenware, stoneware ve porselende olduğu gibi vitrifiye veya yarı vitrifiye edilir. İyonik ve kovalent bağlardaki değişken kristallik ve elektron bileşimi, çoğu seramik malzemenin iyi termal ve elektrik yalıtımı görevi görmesine neden olur. Bileşimi veya yapısının çeşitliliği açısından geniş bir yelpazeye sahip olması, süjenin genişliğinin uçsuz bucaksız olması ve tanımlanabilir özellikleri (örn. sertlik, dayanıklılık, elektrik iletkenliği, vb.) sebebiyle seramik gruplarını bir bütün olarak ele almak oldukça zordur. Yüksek erime sıcaklığı, yüksek sertlik, zayıf iletkenlik, yüksek elastisite modülü, kimyasal direnç ve düşük düktilite gibi genel özellikler, bu kuralların her birinin bilinen istisnaları dışında (örn. piezoelektrik seramikler, camsı geçiş sıcaklığı, süperiletken seramikler, vb.) norm olarak kabul edilir. Fiberglas ve karbon fiber gibi birçok kompozit, seramik malzeme içermesine rağmen, seramik ailesinin bir parçası sayılmaz.

Bileşiminde değişik türde silikatlar, alüminatlar ve bir miktar metal oksitler ile alkali ve toprak alkali bileşikler bulunan bir malzemedir. Seramik grubuna oksitler, nitritler, boridler, karbitler, silikatlar ve sülfidler girmektedir. Bazı seramiklerde iyonsal, kısmen kovalent bağ bulunabilir. Bazıları amorf, bazıları da kristal yapılıdırlar. Çok sert ve gevrektirler. Erime sıcaklıkları yüksek (silis 1750 °C'de alüminat 2050 °C'de erir), ısı ve elektriksel yönden yalıtkandırlar. Silise %6 alüminat katılırsa erime sıcaklığı 1550 °C'e düşer. Demir oksit ve alkali bileşikler erime sıcaklığını daha da azaltarak 900 °C’ye kadar düşürebilir.