2.Hafta: Kristal Yapı

Transkript

1 MALZEME BİLİMİ MAL0.Hft: Kristl Ypı Mlzemeler tmlrın bir ry gelmesi ile luşur. Bu ypı içerisinde tmlrı bir rd tutn kuvvete tmlr rsı bğ denir. Ypı içerisinde birrd bulunn tmlr frklı düzenlerde bulunbilir. Bu tm düzenleri grupt incelenebilir:. üzensiz ypı (mrph-rderless): Atm vey mleküllerin rstgele dizilmesi. Argn gibi sl gzlrd görülür.. Kıs rlıklı düzenli ypı (shrt rnge rder): Ypı içerisindeki bzı bölgelerdeki düzenliliği ifde eder, bu düzen bütün ypı için geçerlid değildir. Pencere cmı vey hvdki su buhrınd görülebilir.. Uzun rlıklı düzenli ypı (lng rnge rder). Bütün hcmi kplyn bir düzenlilik ifde edilir. Kristl ypı lrk ifde edilen bu ypı türü metllerde, sermiklerde, kristl cmlr (pencere cmı hriç), bzı plimerlerde görülür. Birim hücre: byutlu uzyd düzenli ve sürekli tekrr eden ypıy birim hücre (unit cell) denir. Birim hücre, kristl ypı içerisinde tekrr eden ypılrın en bsititir. Kristl kfes (lttice): Birim hücrelerin üç byutt tekrrı ile meydn gelen düzendir. Kristl kfes sistemleri: ğdki bütün kristl mlzemeler 7 kristl sistem ve 4 kristl kfesin birine uyrlr. Kitpt, Tbl. ve. de verilen 7 frklı kfes sistemi ve Brvis kfes sistemleri şğıdki tbld verilmiştir.. Kübik. Tetrgnl (kre prizm). Ortrmbik (dikdörtgen prizm). Rhmhedrl. Hegzgnl 4. Mnklinik 5. Triklinik 0

2 Kristl ypılrd kfes nktlrı: Kfes nktlrı, kfes içerisinde tmlrın bulunduklrı nktlrı belirtir ve byutlu uzyd nktlrın krdintlrı ile belirtilir. Krdintlr, prntez içerisinde, kesirler vey ktlr şekilinde lbililen rkmlrın rlrın virgül knrk ifde edilir.

3 Kristl ypılrd kfes nktlrı: Şu şekilde sptnır: Birim hücrede bşlngıç ve bitiş krdintlrı belirlenir. Bşlngıç krdintlrı, bitiş krdintlrındn ritmtik lrk çıkrılır. Miller indisleri, kesirli lmz, tm syı lmlıdır. Gerekirse rntılı lrk en küçük tm syıy çevrilir. Köşeli prntez içine virgülsüz lrk knur. Önemli nktlr Eksen tkımının bşlngıcı herhngi bir tm seçilebilir. Prlel dğrultulrın indisleri ynıdır. Aynı indisli fkt negtif işretli dğrultulr ynı değildir. [00] [00] Bir dğrultunun indislerinin ynı tm syı ile çrpılrk bulunn indislere it dğrultulr ynıdır. [00] x [00] Birbirlerine prlel lmyn (frklı miller indisli) fkt tm dizilişleri benzer (kübik sistem) ln dğrultulr dğrultu ilesi ni luşturur. <00> [00], [00], [00], [00]... ğrultu A. Bşlngıç nktsı: (, 0, 0) ve Bitiş nktsı (0, 0, 0). Bşlngıç Bitiş: (, 0, 0) (0, 0, 0) (, 0, 0). Kesir vey büyük tm syı yk. 4. [00] ğrultu B. Bşlngıç ve bitiş:,, ve 0, 0, 0.,,, -0, 0, 0,,. Kesir vey büyük tm syı yk. 4. [] ğrultu C. Bşlngıç ve bitiş: 0, 0, ve /,, 0. 0, 0, -/,, 0 -/, -,

4 . x (-/, -, ) -, -, Eğer dğrultulr rsı çı hesplnmk istenirse; Kristl ypılrd kfes düzlemleri: Şu şekilde sptnır: üzlemin eksen sisteminden geçmesi durumund en ykın düzleme prlel lrk kydırılır. üzlemin krdint eksenini kestiği nktlr belirlenir. Bu değerlerin tersi lınır. İndisler tm syı lmlıdır. Gerekiyrs rntılı en küçük tm syı ile çrpılır. Bulunn syılr nrml prntezde virgülsüz lrk ifde edilir. Negtif syılr üzerinde ( ) işreti ile gösterilir. Önemli nktlr ğrultulrın tersine indisleri negtif ln düzlemler ynıdır. ğrultulrın tersine indisleri tm syı ile çrpılrk bulunn düzlemler birbirinden frklıdır. Kübik sistemde birbirinin ynı indise ship dğrultu ve düzlemler birbirine diktir. Aynı özelliğe ship düzlemler düzlem ilesi luştururlr. Büyük prntez ile ifde edilirler. cs cs w v u w v u w w v v u u c w b v u c w b v u δ δ { } ( ) ( ) ( )... 00,(00), 00, 00 00

5 Sru: Aşğıd verilen dğrultu ve düzlemelerin miller indislerini bulunuz. (c) 00 Brks/Cle Publishing / Thmsn Lerning (c) 00 Brks/Cle Publishing / Thmsn Lerning METALLERİN YAPILARI: Metller, kristl ypıddır. 4 Brvis sisteminin sdece tnesine en çk rstlnır. Bunlr; Hcim merkezli kübik (Bdy centered cubic) ypı HMK. Yüzey merkezli kübik (Fce centered cubic) ypı YMK. Sıkı düzen hegzgnl (Hexgnl clsed pcked) ypı SH. Kristl ypılrı incelerken şğıdki prmetreler dikkte lıncktır. Birim hücrede bulunn tm syısı: Birim hicrede bulunn tm tm syısını ifde eder.(atm syısı/hücre) Krdinsyn syısı: her bir tm tems eden kmşu tm syısıdır. Atmsl dlgu fktörü: Birim hücrede, tmlrın tplm hcmin ne kdrını kpldığının bir ölçüsüdür.(afatm hcmi / hücre hcmi) ğrultu tm yğunluğu: Birim hücre içinde yerln bir dğrultud tm syısıdır. üzlem tm yğunluğu: Birim hücre içerisinde tnımlnn bir düzlemdeki tm yğunluğunu ifde eder.. Hcim merkezli kübik ypı: Köşelerde ve merkezde birer tm bulunmktdır. Bu ypıdki metllerden bzılrı; α - Fe (αferrit), V, Cr, M, W, vb. 4

6 (A 0 - nm 0-8 cm 0-0 m) Atm yrıçpı ve Kfes prmetresi rsındki ilişkiyi belirlemek için tmlrın birbirine tems hlinde lduğu dignli seçmek dğru lcktır. 0 4r Köşegen uzunluğu 4r Birim hücrede bulunn tm syısı: Her köşede: /8 tm x 8: Merkezde tm: Tplm: tm tm tm / Hücre Krdinsyn syısı: Her bir tm tems eden kmşu tm syısıdır. Bu ypıd bütün tmlrın tems ylinde bulunduğu merkez tm dikkte lınırs, krdinsyn syısının, KS 8 lduğu klyc bulunbilir. Atmsl dlgu fkörü (AF): Atmlrın birim hücrede hngi rnd hcim kpldığının bir ölçüsüdür. Hesplmlrd hcimlerin küresel hcim kpldığı vrsyılır. AF (tm)(4 πr ) (tm)(4 πr (4R ) ) 0,68 %68 5

7 . Yüzey merkezli kübik ypı: Köşelerde ve yüzey merkezlerinde birer tm bulunmktdır. Bu ypıd metllerin bzılrı; γ - Fe (γ-stenit), Al, Cu, Ni, vs. Atm yrıçpı ve Kfes prmetresi rsındki ilişkiyi belirlemek için tmlrın birbirine tems hlinde lduğu küp yüzeylerinden birini seçmek dğru lcktır. 0 4r 4r Köşegen uzunluğu Birim hücrede bulunn tm syısı: Her köşede: /8 tm x 8 : tm Yn yüzeylerde / tm x 6: tm Tplm: 4tm / Hücre Krdinsyn syısı: Bu ypıd bütün tmlrın tems ylinde bulunduğu yn yüzeylerin merkezindeki tm dikkte lınırs, krdinsyn syısının, KS (4 det ynı yüzeyde, 4 4 önceki ve snrki yüzey merkezlerde) lduğu klyc bulunbilir. Atmsl dlgu fkörü (AF): (4tm)(4 πr ) AF 6 (tm)(4 πr (4R ) ) 0,74 %74

8 . Sıkı düzen hegzgnl ypı: Hegzgn ( krşılıklı çısı 0, diğer iki krşılıklı çısı 60 ) kristl ypının üç dedinin sıkı bir şekilde yn yn gelmesi ile luşur. Bu ypıd metllerin bzılrı; α-ti, Zn, Mg, Be, Zr, vs. () () () Atm yrıçpı ve Kfes prmetresi rsındki ilişkiyi belirlemek için tmlrın birbirine tems hlinde lduğu küp yüzeylerinden birini seçmek dğru lcktır. c r V uc c Birim hücrede bulunn tm syısı: Her köşede: /8 tm x 8 : tm Yn yüzeylerde / tm x 6: tm Merkezde tm: tm Tplm: tm / Hücre Krdinsyn syısı: Bu ypıd bütün tmlrın tems ylinde bulunduğu yty yüzeylerin merkezindeki tm dikkte lınırs, krdinsyn syısının, KS (6 det ynı yüzeyde, lt ve üst yüzeylerde) lduğu klyc bulunbilir. 7

9 Atmsl dlgu fkörü (AF): AF (tm)( 4 πr V uc ) 0,74 %74 Aşğıdki tbld, frklı kfes ypılrının özellikleri verilmektedir. Örnek: Bkırın terik yğunluğunu hesp ederek, deneysel (gerçek) yğunluğu ile krşılştırınız. Frkın nereden kynklnbileceğini yrumlyınız. Cu YMK ypıy shiptir ve Atm ğrılığı: 6.5 g/ml Atm yrıçpı:.78 A 0 4r.6x0 4x.78 8 cm.a TerikYğ 4tx6.5g / ml 6.0x0 tm / ml 8 (.6x0 ) 8.964g / cm Cu ın deneysel (gerçek) yğunluğu 8.95gr/cm luşbilmektedir. dür. Bu frk kristl kusurlrındn dlyı OĞRULTU VE YÜZEY ATOM YOĞUNLUĞU: Bu nkty kdr, kristl ypılrın krşılştırılmsınd kullnıln, Atm syısı/hücre ve Atm hcmi/hücre hcmi prmetrelerini incelemiştir. iğer önemli prmetreler, ğrultu ve Yüzey tm yğunluklrıdır. 8

10 ğrultu tm yğunluğu: Birim hücre içinde yer ln bir dğrultud bulunn tm syısının dğrultunun hücre içindeki byun bölünmesi ile elde edilir. Bu hesplmd mutlk sğlnmsı gereken şrt; dğrultunun mutlk tmun merkezinden geçiyr lmsıdır. Örnek: YMK ypısın ship ln kurşunun (Pb), [0] dğrultusund tm yğunluğunu bulunuz. 0 4r uzunluk Y 4.95x0 4.95x0 8 8 A.85x0 7 tm / cm Yüzey tm yğunluğu: Birim hücre içinde tnımlnn yüzeyde yer ln tm syısı yüzeyin birim hücre içinde bulunn lnın bölünerek elde edilir. Burd d düzlemin mutlk tmun merkezinden geçme şrtı rnır. Örnek: YMK ypısın ship ln kurşunun (Pb), () düzleminde tm yğunluğunu bulunuz. Aln YY 8 (4.95x0 ) 4 YY 9.45x0 tm / cm Atm syısı: köşelerde ( x /6) yüzey merkezlerde (x/), Tplm tm SERAMİKLERİN YAPILARI Genel lrk sermiklerin ypılrı iki grupt incelenebilir: Kristl ypılı (mrf cmlr hriç) Amrf ypılı (mrf cmlr, pencere cmı gibi.) 9

11 Sermikler metl ve metl lmyn elementlerin luşturduğu kimysl bileşiklerdir. Metl element tmunu M, metl lmyn element tmunu X temsil eder. Kristl sermiklerin frklı ypı türleri mevcuttur: MX MX MX M`M X M`M X4. MX Ypı: Bu sermikler iki şekilde bulunbilirler: () YMK Ypıy ship NCl. Kfes içerisinde hem N hem de Cl - iynlrı bulunur. (b) HMK Ypı: CsCl tipi ypıd hem Cs hemde Cl iynlrı kfes ypısı içerisinde bulunur. Bu ypıdki diğer bzı sermikler: MgO, CO, FeO, NiO... MX Ypı: Bu tip sermiklere CF örnek lrk verilebilir: YMK Ypıd her kfes nktsınd C ve F - lmk üzere iyn bulunur. Her birim hücrede tplm iyn vrdır. Bu ypıdki diğer bzı sermikler: UO, SiO, ThO.. M X Ypı: Bu ypıy Al O, krundum, örnek lrk verilebilir: Rmbhedrl ypısı vrdır m, hegzgnl ypıy d benzerlik gösterir. Her kfes nktsınd Al ve 8 O lmk üzere 0 iynun bulunduğu düşünülür. Bu ypıdki diğer bzı sermikler: Cr O ve Fe O bu ypıy shiptir. 4. M M X Ypı: Pervskit lrk t bilinen bu ypıy bir tür elektr sermik ln CTiO, ve elektr sermik ve piez elektrik özelliklere ship BTiO örnek lrk verilebilir. 5. M M X 4 Ypı: Spinel lrk d bilinen bu ypıy MgAl O 4, MgFe O 4 gibi birçk mnyetik sermikler dâhildir. POLİMER YAPILAR: Plimerler, içlerinde kvlent bğlr mevcut ln uzun mlekül zincirlerden meydn gelirler. Bu nedenle kristl ypılı metl ve sermiklerde lduğu gibi zincirlerin belli bir 0

12 düzende dizilerek kristl ypı luşturmlrı ldukç zrdur. Plimerlerin birçğunun kristl ypıy ship lmmsının bşlıc nedeni budur. Plimerlerden ypıln belli bir hcme ship prçlrd, bu uzun zincirler bükülerek spgetti şeklinde dlglı frmlrd bulunmk zrund klırlr. Bzı durumlrd bu zincirleri düzgün lrk dizmek ve tekrr eden ypı özelliği elde etmek diğer bir değişle kristl ypı elde etmek mümkün lbilir. Ayrıc krmşık mleküllerde dllnm (brnching) ve uzun zincir mlekülleri rsınd çprz bğ (kvlent bğ) (crss-linking) luşumu d mümkündür. Nrmlde çprz bğ ykken zincirler rsınd vn der Wls bğı söz knusudur. Bütün bu frklı durumlr plimerlerin meknik ve diğer özelliklerine etki etmektedir. llnm Çprz bğlr

13 YARI İLETKEN YAPILAR: Genelde birbirine kvlent bğlrl bğlı, metl elementler trfındn luşturulurlr. Bşlıc özellikleri, genelde tek kristl lmlrı, sermiklere benzemeleri, yüksek sflıkt luşlrı ve kusur içermemeleridir. Si, ve Ge yygın ln yrı iletken mlzemelerdendir. X-IŞINI İFRAKSİYONU (Kırınımı): Kristl ypılrı krkterize etmek için kullnıln bir yöntemdir. İhtivsı bilinmeyen bir mlzemenin hngi element vey bileşik lduğunu ve ne tür fzlr ship lduğunu bulmk mümkündür. Bu yöntemde, kristl mlzeme üzerine dlg byu (λ) bilinen bir X-ışını düşürülür. Kristl ypıdn ynsıyn ışınlr sürekli lrk cihz trfındn kydedilir. Bu esnd θ çısı sürekli lrk rttırılır. Gelen ve ynsıyn ışınlrın ynı fzd luşu Brgg kurlı ile ifde edilir. n: Tmsyı d: üzlemler rsı mesfe θ: Brgg çısı (Gönderilen ışının yüzeyle yptığı çı.) θ: ifrksiyn çısı Brgg Kurlı n.λ.d.sinθ Kübik kristl kfeste (hkl) miller indisli bir yüzey için: enklemi geçerlidir. d h k l Ypıln bir ölçümde, λ bilinir, θ, nliz sırsınd sürekli değiştirilir dlyısıyl bilinir. Frmülden d değeri hesplnbilir. değerinden bulunur, değerinden tm yrıçpı r ye geçilebilir, böylece kristl ypı ve nu luşturn tmlrın byutlrı bulunmuş lunur.

14 Örnek Sru: YMK ypısın ship ln kurşunun (Pb), (0) düzleminde tm yğunluğunu bulunuz.