Katıların Atomik Düzeni, Kafes Hataları & Atom Harketliliği

Transkript

1 Katıların Atomik Düzeni, Kafes Hataları & Atom Harketliliği

2 KAFES HATALARI Amorf cam, bazi plastikler, sivilar gibi atom yapisi düzensiz maddelerin yani sira metaller,tuzlar ve kristalin plastikler gibi düzenli atom yapisina sahip maddelerde de hatalar bulunmaktadir. Kendini sürekli tekrarlayan üç boyutlu düzene kristal adi verilir ve kristal yapisini düzenli kristal kafesi ( birim hücre) olusturur. Gerçek kristallerin kafes yapisi ideal düzenli yapidan sapmalar gösterir. Bu tür sapmalarin her biri ise kafesin bozulmasina ve gerilmesine neden olur. Bu da kristalin daha yüksek enerji konumuna geçmesini saglar. Neden olarak atomlarin bu hatalarda kismen denge uzakliklari olan x o dan az veya çok uzaklasmalaridir.

3 Kafes hataları : KAFES HATALARI Kristalin içinde bir düzensizlik olduğunu gösterir. Hata kavramı olumsuz değildir, bazı sistemlerin iyi çalışması için aranan özellikler arasındadır. Bazen bilinçli olarak üretilir. Düzensizlik sonucu atomlar arası denge uzaklığı değişir, kristal daha yüksek enerji konumuna geçer. T = 0 K atomlar arası mesafe dengede (x 0 ) T > 0 K atomlar belirli bir frekansla titreşime geçer bu ısıl titreşim atomlara enerji kazandırır, iç enerji=e denge konumundan uzaklaşınca iç enerji artar

4 KRİSTAL HATALARI Termodinamik denge bozuldugunda yapisal kusurlar olusur. Mikroyapisal hata olusumunun nedenleri ; katilasma, sekillendirme,ısı, nükleer radyasyon Hata türleri ; Kristal kafes hatalari 3 grupta toplanir. 1) Noktasal hatalar (0-D) 2) Çizgisel hatalar (Dislokasyonlar) (1-D) 3) Alansal hatalar (2-D) 4) Hacimsel Hatalar (3-D)

5 1. Noktasal hatalar (0-D) 1.Bosyer hatasi- (vacancy) 2.Arayer hatasi-1- (interstitial impurity atomyabanci) 3.Yer Alan atomu -kirmizi yabanci atom (substitution impurity atom) 4.Arayer atomu-2- self interstitial impurity atomyerli atom

6 1. Noktasal hatalar (0-D) Boşyerler - Atomsal boşluk. Boşluk Aynı cins-arayer Atomu -"extra" atom atomlar arsına yerleşir. Düzlemsel bozulma Aynı cins Arayer

7 1) İyonik yapıda Noktasal hatalar (0-D): İyonik yapıda oluşan noktasal hatalar metallerinkinden farklıdır. Schottky kusuru: Zıt yüklü iki iyonun yokluğudur. Frenkel kusuru: Bir çift iyonun yalış yerde bulunması.

8 1. Noktasal hatalar (0-D) * yüksek sıcaklıktan ani soğuturken * plastik deformasyon yaparken * yüksek enerjili parçaciklarin çarpmasi sonucu olusurlar. - Bos yer, difüzyon olayinda rol oynar

9 2. ÇİZGİSEL HATALAR (1-D) Dislokasyonlar: çizgisel hatalardır, Dislokasyonlar hariket ettiği zaman kristal düzlemler arasında kayma oluşur, Kalıcı (plastik) hasar oluşur. Zn (çinko) yükleme şeması (HCP): Yükleme öncesi (Dislokasyonlar) Çekme yükü altında uzama Düzlemsel kayma

10 2. ÇİZGİSEL HATALAR (Dislokasyonlar) Dislokasyon, kristalin kayma düzlemleri arasında bulunan düzensizliklere deni. Bu da atomların çizgisinin bozulmasına neden olur. Dislokasyonlar sayesinde malzemelere kolayca şekil verebiliriz. Dislokasyonlar olmasaydı şekil veremezdik.

11 2. ÇİZGİSEL HATALAR (Dislokasyonlar) İki tip dislokasyon vardır. 1. Kenar dislokasyonu, 2.Vida dislokasyonu Kenar dislokasyonu Vida dislokasyonu

12 DİSLOKASYONLAR Kenar Dislokasyonu Bir kayma gerilmesi altında tüm atomlar küçük bir miktar ötelendiğinde, ekstra yarı düzlem bir kafes parametresi a kadar itilerek farklı bir konuma yerleşir. Atomların ektra yarı düzleminin farklı konuma kaydırılması ile, ekstra düzlem tam bir a mesafesi ile kaydırılmış olur. Bu hareketle beraber dislokasyonun çevresinde sınırlı ve bir göl üzerinde oluşan dalga hareketine benzer yöresel bir bozulma görülür.

13 Burgers vektörünün belirlenmesi Burger s vektöru b, dislokasyonların büyüklük ve yönünün belirler. Burger s vektöru kenar dislokasyon tipinde dislokasyon çizgisine diktir.

14 DİSLOKASYONLAR Kenar Dislokasyonu Burgers vektörünün belirlenmesi: 1) Dislokasyon çizgisi boyunca pozitif bir yön seçilir (keyfi). 2) Şekildeki gibi dislokasyon çizgisine dik bir düzlem oluşturulur. 3) Bu alanda dislokasyon çizgisi çevresinde bir yol belirlenir ve birbirine dik karşılıklı yönde kafes vektörü kadar hareket edilir. Saat yönünde dislokasyon çizgisi etrafında çevrim gerçekleştirilir (Burgers döngüsü). 4) Bu işlemde çevrimin kapanmaması bir dislokasyon göstergesidir. Burgers vektörü, döngüde kapatımı oluşturan vektördür ve kayma vektörüne denktir.

15 Vida dislokasyonu Vida dislokasyonunda atomlar dislokasyon çizgisine paraleldir.

16 DİSLOKASYONLARIN ÖNEMİ Dislokasyonlar atomların birbiri üzerinden kayması olarak açıklanır. Dislokasyonlar malzeme boyunca devam ettiği zaman malzemede kalıcı hasar oluşur. Dislokasyonlar malzemenin sünek davranışından sorumludur. Dislokasyonlardan arınmış bir malzeme elde edilebilseydi, mühendislik malzemesi olarak kullanılmayaktan uzak kırılgan bir yapıya sahip olacaklardı.

17 3. YÜZEYSEL HATALAR Bu tip hatalar 3 gurupta incelenebilir: 1. tane sinirlari 2. ikiz sinirlari 3. faz sinirlari 1.Tane sinirlarinda yabanci atomlar,oksitler,impuriteler, atomlar,oksitler,impuriteler, sülfürler burada bulunduğundan zayif bölge olarak kabul edilirler.

18 YÜZEYSEL HATALAR 2.Ikiz sinirlari; Tane içindeki kayma düzlemlerinin kirilmasiyla ortaya çıkan durumdur. Yüksek hız ve soğuk plastik deformasyonlarda ortaya çıkar.

19 Faz sınırı YÜZEYSEL HATALAR 3. Faz sınırları; Kristal içersinde farklı yapıda faz ların olması halidir. Bulunduğu kristal ile uyumlu olurlar veya olmazlar.

20 4. Hacimsel HATALAR Bu tip hatalar malzeme üretimi veya fabrikasyonu esnasında ortaya çıkarlar. Hava kabarcıkları, çatlaklar, yarıklar vb. üreitm esnasında oluşan hatalara örnektir.

21 Hataların Önemi Malzemelerin birçok özelikleri oluşan hata miktarı ve tipine göre değişmektedir: Az miktarda arayer atomu yarı iletkenlerin iletkenliğini arttırır. Ör. Silikona katılan %0.1 arsenik silikonun iletkenliğini kat arttırır. Dislokasyonlar malzemenin SÜNEKliğinden sorumludurlar. Metallerde çizgisel hatalar oluşmasaydı metal kırılgan bir malzeme olacaktı.

22 Atom hariketleri Atom Titreşimleri Malzemelerde oluşturulan birçok değişiklik (ör. Kaynak ve galvaniz işlemleri) öncelikle atom hariketliliğine ve titreşimine bağlıdır. Difuzyon: Difuzyon, ısı değişiminden dolayı atom, molekül veya iyonların hariketi olarak tanımlanır. Difuzyon gaz ve sıvılarda çok hızlı, fakat katılarda atomların hariketi kısıtlı olduğundan yavaştır.

23 Atom Hariketinin Mekanizması 1) Küçük atomlar daha kolay hariket ederler. 2) Difuzyon hızı ergime noktası düşük yani zayıf bağlarda daha hızlıdır. 3) ADF düşuk olan malzemerde atom hariketi için daha az bir enerji gerekmektedir. 4) Faz sınır bölgelerinde atom yoğunluğu faza göre daha düşük olduğundan atom hariketi kolaylaşır. Donatının paslanması bu zayıf faz sınırlarından başlar.

24 KATI ERİYİKLER Some metals used commercially for engineering purposes are pure. e.g. Bakır Elektrık kabloları. Zinc used for coating on the galvanized steel. But in some cases, foreign elements are intentionally added to a material in order to enhance its properties. e.g. Brass Zinc (Zn) + Copper (Cu) If such an addition becomes an integral part of the solid phase, the resulting phase is called a solid solution.

25 KATI ERİYİKLER Katı eriyikler mevcut kafes yani ev sahibi eriten ve de dıştan gelen eriyen atomu ile çözünmeleri sonucu oluşur.. Katı eriyikler atomların ebatlarına ve de pozisyonlarına bağlı olarak ikiye ayrılırlar: Yer Alan Katı Eriyikler. Arayer katı eriyikler.

26 Yer Alan Katı Eriyikler Zn r Cu = 1,28 A r Zn = 1,39 A Cu 29 =1s 2,2s 2,2p 6,3s 2,3p 6,3d 10,4s 1 Zn 30 =1s 2,2s 2,2p 6,3s 2,3p 6,3d 10,4s 2 Eriyen atomlar eritenin yerini alırsa ve de çapları birbirine yakınsa Yer Alan Katı Eriyiği oluşur. Çinko bakıra ilave edildiği zaman çinko bakırın yerini YMK yapı içerisinde almaya başlar ta ki maksimum %40 bakır çinko ile yerdeğiştirsin.

27 Yer Alan Katı Eriyikler Atomların ebatları birbirine yaklaştıkça yüksek çözünürlük oluşur. e.g. Ni & Cu, r Cu = 1,28 A r Ni = 1,25 A ; böylece Alman gümüşü Ag için Cu + Ni 100% yerdeğiştirme mümkün.

28 Demirdeki Karbon Bölgeleri YMK demirde, karbon atomlari oktahedral bölgelerde ve hücrenin merkezinde yerlesmislerdir. HMK demirde tetrahedral bölgelerdedirler. YMK latis parametresi nm HMK latis parametresi nm. Karbon atomlarinin yariçapi nm. (

29 Demirdeki Karbon Bölgeleri