Seramik mühendisliği

Seramik mühendisliği inorganik, metalik olmayan malzemelerden nesneleri oluşturma bilim ve teknolojisidir. Bu, ya ısıl hareketle, ya da yüksek saflıktaki kimyasal çözeltilerinden çökelme reaksiyonları kullanılarak düşük sıcaklıklarda sağlanır. Bu tanım, hammaddelerin saflaştırılması, söz konusu kimyasal bileşiklerin üretimi, ürüne dönüştürülmesi, yapı kompozisyon ve özelliklerinin incelenmesi çalışmalarını içerir.

Seramik malzemeler atomik ölçekte uzun mesafeli düzenlenmiş, kısmen ya da tamamen kristal bir yapıya sahip olabilirler. Cam seramikler sınırlı ya da kısa mesafeli düzende amorf ya da camsı yapıda olabilirler. Bunlar ya soğutma ile katılaşan ergiyik bir kütleden şekil alırlar ya da hidrotermal ve sol-jel sentezleme metotları ile düşük sıcaklarda sentezlenirler.

Seramik malzemelerin kendilerine has davranışları, onların malzeme, elektrik, kimya ve makine mühendislik uygulamalarında kullanımına neden olmaktadır. Bir ısı direnci olarak seramikler, metal ve polimer gibi malzemelerin uygun olmadığı pek çok görevlerde kullanılabilirler. Seramik malzemeler, maden, havacılık, tıp, rafineri, gıda ve kimya endüstrileri, paketleme teknolojisi, elektronikler, elektrik ve ışığın dalga boyu iletiminde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Seramik mühendisliği, malzeme mühendisliği ve biliminin inorganik, metalik olmayan malzemeleri kapsayan branşını oluşturur (diğer iki branş metalurji mühendisliği ve polimer mühendisliğidir). Seramik mühendisleri tasarlanan malzemeleri diğer mühendislik disiplinlerinin kullanımına uygun hale getirebilir. Bunlara telekominasyon ağı için optik cihaz ve cam fiberler, cep telefonları için kullanılan elektronik seramikler, jet motorlarının çok daha etkili sıcaklıklarda çalışmasını sağlayan yüksek sıcaklık malzemeleri, hastalıklı dokuların tedavisinde kullanılan biyo uyumlu seramikler vd. örnek olarak verilebilir. Seramik mühendisleri fizik ve kimyanın temel prensiplerini kullanarak atomik seviyedeki yeni malzemelerin nasıl modelleneceğini anlamaya çalışırlar ve daha sonra da mühendislik tasarımlarını yararlı formlara dönüştürme sürecini işleme koyarlar.

Dünyada ilk Seramik Mühendisliği programı günümüzde adı, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği olan Ohio StateÜniversitesinde Edward Orton, Jr. tarafından 1894 yılında kurulmuştur. Orton, bugünkü Amerikan Seramik Derneği'nin de kurucuları arasında yer almaktadır. Orton’dan sonra ABD’de birçok program kurulmuş ve mezun vermiştir. Örneğin Washington Üniversitesi Seramik Mühendisliği bölümünden 1971 yılında mezun olan İrlanda kökenli Amerikalı astronot Bonnie J. Dunbar bu simalardan birisidir. Günümüzde ise malzeme programı, mühendislik fakültelerindeki program sıralamalarında MIT’de 1 numaralı rank değerine sahip bölümlerdendir. Türkiye'de ise lisans düzeyinde program faaliyetlerine 1993 yılında başlamıştır.

Dört yıllık eğitim öğretim süresince fizik, mühendislik matematiği, kimya, termodinamik, malzeme termokimyası, ölçme bilgisi, fizikokimya, kalite kontrol, elektrik bilgisi, statik ve dinamik, yönetim ve organizasyon, mukavemet, mühendislik etiği, malzeme bilimi, istatistik, mühendislik ekonomisi ve iktisat gibi temel mühendislik disiplini derslerinin yanı sıra malzemelerin fiziksel özellikleri, mekaniksel davranışlar, hammaddeler ve temel işlemler, malzeme karakterizasyonu, ısıl süreçler, diferansiyel denklemler, kristal olmayan malzemeler, metalik malzemeler, ilgili laboratuvar dersleri, seramik süreçler, sinterleme, enerji denklemleri, ileri malzemeler ve kompozitler, faz diyagramları, cam seramikler, ileri teknoloji seramikleri, polimer malzemeler, cam üretim teknolojisi, ekstraktif metalurji, yarı iletkenler, katı hal fiziği, elektronik malzeme ve seramikler, alaşımlar, aletli analiz, kauçuk teknolojisi, ince film teknolojisi, elektrik, manyetik ve optik özellikler, uzay ve havacılık malzemeleri, döküm teknolojisi, yapısal seramikler, biyoseramik malzemeler, polimer matris kompozitler, teknik camlar, toz metalurjisi, inşaat malzemeleri, dünya seramik endüstrisi, nano malzemeler, çimento ve beton, refrakterler, Kaynak mühendisliği, polimer kimyası, tekstil malzemeleri, terracotta, ürün geliştirme, X-Işınları, endüstri makinaları ve fırınları, akışkanlar mekaniği, ekonomik metalurji, sensörler, slikatların fizikokimyası, elektroteknik, fotovoltaik malzemeler, manyetik sistemler, disiplinler arası uygulamalar, dental ve medikal malzemeler, seramik zırh malzemeler, nükleer seramikler ve seçmeli dersler okutulmaktadır. Türkiye'de 1993 ile 2013 yılları arasında mezun olan tüm seramik mühendisleri, ilgili üniversitelerin mühendislik fakültelerini tamamlayarak bu unvanı almışlardır. Yüksek lisansını aynı ana bilim dalında tamamlayan mezunlar mühendislik - mimarlık hakkındaki kanuna esasen yüksek mühendis unvanına da haizdirler.

Kullandığımız cep telefonlarının, her türlü bilgisayarların, projeksiyonların, tomografi cihazlarının, uçak motor gövdelerinin, mekiklerin, uyduların, zırhların, nükleer depolayıcıların, rüzgâr türbin komponentlerinin, enerji endüstrisinin, ultra yüksek sıcaklık uygulamalarının, süperiletkenlerin kısacası yüksek teknolojinin oluşumunda hep ileri malzemelerin sunduğu avantajlar vardır. Özellikle 1987 yılında İsviçreli Karl Alexander Müller ve Alman Johannes George Bednorz'un Nobel Ödülü almalarına da vesile olan seramik süper iletkenler üzerine yaptıkları çalışmalar soncunda bilgisayar ve elektronik teknolojisi inanılmaz bir gelişim göstermiştir. İleri seramikler (advanced ceramics, oksit, karbür, nitrür ve kompozitleri) özellikle ABD, Japonya, İngiltere ve Almanya'da milyar dolarlık bir sektöre hitap etmektedir. Market 2018 tahminine göre yıllık 408 milyar dolarlık bir pazara ulaşacaktır. Bunların başında elektronik, askeri, uzay ve havacılık endüstrileri gelmektedir. Otomobil bujilerinden nükleer malzemelere (enerji üretimi ve nötron absorblayıcı sızdırmazlık), aşındırıcılardan roket parçalarına, seramik transistör, kapasitor ve entegre devrelerden fiber optiklere, yüksek sıcaklık türbin motorlarından uzay mekiklerine, uzay teleskoplarının lenslerinden tokluğu artırılmış kırılmaz malzemelere, gelişmiş tıbbi cihazlardan, biyoendüstriye, süper iletken ve lazerlerden ultra hızlı bigisayar sistemlerine kadar geniş bir kullanım alanı mevcuttur.

Dünyada önemli bazı firmalar; ACM Tucson, Coorstek, Ceradyne, Reynards, Saint Gobain Advanced, Kyocera, Huper, Morgan Tech, Ceram, Orion Ind, International Ceramic Engineering, Ceramtec AG North America, Fraunhofer, Superior Tech Ceramics, Alcoa, Astro, Cemanco, Ceralink, Crystal Systems, Crytex Composites, Dai Ceramics, Gaiser, Materion, Ortech, Monofrax, Oasis Materials Corp, Pacific Rundum USA, Protech Materials, Quantum Glass, Scientific Materials Co, Semicontek LLC, Silicon Carbide Products, Zircoa, CPS Technologies Corporation, COI Ceramics Inc, Cookson Group PLC, Covalent Materials Corporation, General Electric Company, Momentive Performance Materials, KEMET Corporation, AVX Corp, American Technical Ceramics Corp., Murata Manufacturing Co. Ltd., NGK Insulators Ltd., Samsung Electro-Mechanics Company Ltd., Taiyo Yuden Co., Ltd., TDK Corporation, Vishay Intertechnology, Inc., and Yageo Corp. Dynacer, Hitom Ceramics, Certec Advanced Cer., Asahi Glass Company Limited, Bayer AG, Brush Wellman Incorporated, Carpenter Technology Corporation, Honeywell, Noritake, Toshiba Ceramics Company Limited, Yageo Corporation vd.