Camlaşma Kabiliyeti; 2. HAFTA

Transkript

1

2 2. HAFTA Camlaşma Kabiliyeti; Eriyik bir malzeme soğutulduğu zaman, kendiliğinden kristal çekirdeklenmesi ve büyümesinin meydana geldiği ve malzemenin kristal duruma hızlıca katılaştığı bir noktaya varılır. Kristal fazların bu kendiliğinden çekirdeklenme ve büyümesi belirli koşullar altında geciktirilebilir ve malzeme normal donma noktasından oldukça altındaki bir sıcaklıkta sıvı bir durumda kalabilir. Çok yüksek viskoziteye ulaştığı noktaya cam denir. Cam eriyik halden kristallenmeksizin rijit bir duruma soğutulmuş fizyon ürünüdür. (ASTM1945) X-Işınlarına karşı amorf davranır. Kısa mesafede düzen uzun mesafede düzensizlik vardır / TOLGA KARANFİL

3 Ani soğutma hızının, yani camlaşma kabiliyetinin önceden henüz tahmin edilebilmesi mümkün değildir. (Deneme yanılma ile yapılır.) Camlaşma eğilimi yüksek olan malzeme ergime sıcaklığı civarındaki viskoziteleri çok yüksektir.yapılarındaki kovalent bağ yüzdesi yüksek olup üç boyutlu şebeke yapısı oluştururlar. Büyüme, mekanizmanın yavaşlaması kristallenmeye olan eğilimini azaltır ve camlaşma kabiliyetinin gelişimine neden olur. Cam Geçiş Sıcaklığı Amorf bir malzeme eğer cam geçiş gösteriyorsa cam olarak adlandırılır. Özelliklerinde sıvı ile yüksek oranda benzerlik gösterirler. Bu geçişte sıvı yapısı ile kesintisiz bir durum vardır / TOLGA KARANFİL

4 Cam Geçiş Sıcaklık Tespiti Tg altındaki ve üzerindeki lineer bölgeler yeşil renk ile gösterilmiş. Tg sıcaklığı kırmızı renkli çizgilerin kesişimi ile belirlenen kesişim noktasındaki sıcaklıktır. Kırmızı Yeşil / TOLGA KARANFİL

5 Tg Tg; Cam geçiş sıcaklığı Tx; Kristallenme sıcaklığı Tx Tg; Endotermik Tx; Ekzotermik 900 C DSC DTA dan daha hassastır. Ekzotermik / TOLGA KARANFİL

6 Tx1 Tx2 Tx3 Tx4 Tx5 Tm Tl Tm; Ergime başlangıç sıcaklığı Tl; Likidus sıcaklığı Faz dönüşümleri tepkime çeşitlerğine bağlı olarak, kzotermik ve endotermik olarak gerçekleşebilir / TOLGA KARANFİL

7 3. HAFTA Aşırı Soğutulmuş Sıvı Donmaya Bağlı Büzülme #Grafik üzerinde Tg, Tx bulmak önemlidir. #Lineer doğrulardan teğetler çizilerek bulunurlar. Kristalin Katı V (Hacim) Tg (Viskozite ) Tm Cam1 Cam2 Kristal Katılaşma Kristallenme Cam1; Hızlı Soğutma Cam2; Yavaş Soğutma T (Sıcaklık) Tg2 Tg / TOLGA KARANFİL

8 V Cam Dönüşüm Aralığı Kararlı Sıvı Hızlı Soğutma Yavaş Soğutma Aşırı Soğutulmuş Sıvı Kristallenme Yarı Kristal Kristal T TgY TgH Önce uygun süreli sıcaklık ile cam elde edilir. Sonra kristallendirilir. Camsı yapı daha açık bir yapıdır. Cam ısıtıldıkça büzülecek bir yapıdır. Metalik camlarda büzülme çok azıdır / TOLGA KARANFİL

9 V Cam e d Kristal T Tg Tm b c a T Kararlı Sıvı Aşırı Soğutulmuş Sıvı a Noktasonda eriyik soğutulduğunda kristalleniyorsa bu genellikle ergime noktası yoğunluktaki önemli artışa eşlik eder. Çünkü bc doğrusu boyunca hacim önemli derecede azalır. Eriyik eğer aşırı soğutulursa, o zaman böylesi bir değişiklik meydana gelmez. Hacim be doğrusu boyunca azalır / TOLGA KARANFİL

10 Soğutma esnasındaki hacimdeki azalış kısmen atomik titreşimlerin genliğindeki azalmaya, kısmen de sıcaklık düştükçe daha sıkı hale gelen eriyik yapısındaki yapısal değişimlerden dolayıdır. Tm civarındaki sıcaklık bu yapısal değişimler çok hızlı bir şekilde meydana gelir. Sıcaklık düşerse viskozite artar. Böylelikle yapısal değişiklikler meydana gelmez. Sıcaklığın daha da düşmesiyle birlikte, hacim azalması neredeyse tamamen atomik titreşimlerin genliğinin azalmasından dolayıdır. Sadece Tg altında malzemeye cam demek doğrudur. Eğimdeki değişimin meydana geldiği sıcaklığın soğutma hızı düştükçe düştüğü gözlenir. Eğer cam Tg nin biraz altındaki T sıcaklığında tutulursa, aşırı soğutulmuş sıvının büzülme eğrisinin exp i olan siyah çizgi üzerindeki bir noktaya ulaşana kadar hacmi yavaşça düşer / TOLGA KARANFİL

11 4. HAFTA Amorf Yapı Tanımları Kristal malzemelerin mukavemetlerinin arttırılması için tanelerin boyutunu düşürmek ve nano-kristal malzemeler üretmek üzere tane küçültme yöntemleri kullanılmaktadır. Tane boyutu küçüldükçe toklukta düşer. Kayma en çok [111] doğrultusunda gerçekleşir. Nano-kristalin metallerde bazen uzun mesafede düzensizlik gözlenebilir. (Amorfluk) (Ayırtetmek zorlaşır) Vitrifiye etmek; Camlaştırmak Bir cam geçiş sıcaklığına ulaşmadan önce ergime sıcaklığının altına aşırı soğutulan cam yavaş kristal çekirdeklenme ve büyüme kinetiğine sahiptir. Metalik camlar, amorf malzemelerdir. X-Işınlarına karşı amorf özellik sergileyen cam Tg özelliği gösterir. Tg de ısı kapasitesi, termal genleşme sıkıştırılabilirlik ani değişim sergiler / TOLGA KARANFİL

12 Genleşme katsayısı Özgül ısı Cam Kristal Cam Kristal T T Entropi Molar hacim Cam Kristal T Cam Kristal T Benzer davranış entropi, entalpi, gibi termodinamik değişkenlerde de gözlenebilir. Cam malzeme zor ısınıp, zor soğur. Kristal malzeme ise çabuk ısınıp, çabuk soğur / TOLGA KARANFİL

13 Polimorf; Kafes sisteminin, aynı elementin farklı sıcaklıklarında farklı kafes sistemlerine sahip olma durumudur. SiO C de ani hacimsel genleşme yaşar. Bu durumda çatlamalar meydana gelir C arası ısıtma yavaş ve dikkatli yapılmalıdır. Yoksa malzeme çatlar. Dilatometre ile genleşme katsayısı belirlenir. Bu genleşme toklaştırılmış zirkonyada yarar sağlar. (Martens dönüşümü ile) / TOLGA KARANFİL

14 Malzemeye Enerji Vererek Amorflaştırma Yöntemleri Soğuk yüzeye buhar kondenzasyonu Nötron veya diğer ağır partiküllerle bombardıman Çözeltilerin jelleştirilmesi Mekanik kayma Bu yollarla amorf malzeme elde edilebilir. Ama bu yöntemle üretilen malzemeler camsı geçiş sıcaklığı özelliği sergilemezler. Malzemelerin değirmende öğütülmesi; Mekanik kayma olayıdır. Amorf malzemeler kesik pik sergilemezler. Yukarıdaki işlemlerin ortak özelliği malzemelere enerji vererek amorflaştırmalarıdır / TOLGA KARANFİL

15 Camların sadece eriyiklerin aşırı soğutulmasıyla elde edilen amorf katılar olduğu kabul edilir. Düzenlenme mesafesi gaz halinden kristale doğru artış gösterir. Bir bakıma cam kristalden çok bir sıvıya daha yatkın görünmektedir. Gaz Sıvı Mesafe r 0 >>100r 0 Sonsuz Mükemmel gaz Sıvı Katı Cam Kristal Mükemmel kristal Düzensiz Kısa mesafede düzen Uzun mesafede düzen Mükemmel düzen / TOLGA KARANFİL

16 Silika camı (SiO 2 nin cam hali) Kristobalit (SiO 2 nin polimorfu) Bir camı kristal bir malzemeden ayırt etmede en iyi deneysel yöntem x-ışınları difraksiyonudur. Tane boyutu <100nm olduğunda amorf pik sergileyebilir. Tane boyutu arttıkça pikler belirginleşir. Amorf malzemelerde optik mikroskopta boş malzeme görürüz / TOLGA KARANFİL

17 Amorf yapıda; Tane sınırı olmaz. Gevreklik yüksektir. Mukavemet dayanımı yüksektir. Dislokasyon yoktur. Tokluk düşüktür. İç gerilmelerin alınması için tavlama yapmak gerekir / TOLGA KARANFİL