Seramik malzemelerin kristal yapıları

Transkript

1 Seramik malzemelerin kristal yapıları Kararlı ve kararsız anyon-katyon görünümü. Kırmızı daireler anyonları, mavi daireler katyonları temsil eder. Bazı seramik malzemelerin atomlararası bağlarının iyonik karakter yüzdeleri CaF 2 : Ca 2+ cation + F anions F

2 Koordinasyon sayıları ve çeşitli anyonkatyon yarıçap (r c /r A ) oranları için geometriler Seramik malzemeler için en yaygın koordinasyon numarası 4, 6 ve 8 dir.

3 İyonik yarıçaplar Bazı katyon ve anyonlar için iyonik yarıçaplar ( koordinasyon sayısı 6 olanlar için).

4 Oktahedral pozisyonlar YMK kristal yapıda oktahedral pozisyonlar: 12/4+1= 4 tanedir. (bir birim hücrede) Metal atomları Oktahedral boşluklar HMK kristal yapıda oktahedral pozisyonlar: 12/4+6/2= 6 tanedir. (bir birim hücrede)

5 Tetrahedral pozisyonlar YMK kristal yapıda 8 tetrahedral pozisyon görülmektedir. Metal atomları Tetrahedral boşluklar HMK kristal yapıda (6*4)/2= 12 tetrahedral pozisyon görülmektedir.

6 Oktahedral ve tedrahedral pozisyonlar Sıkı paketlenmiş (anyonlar) kürelerin (portakal rengi) bir düzleminin birbiri üzerinde ( mavi küreler) istiflenmesi; düzlemler arasındaki tetrahedral ve oktahedral boşlukların geometrisi işaretlenmiştir.

7 Kristal yapılar AX-tipi kristal yapılar: A-katyon, X ise anyondur. Kaya tuzu (NaCl) yapısı: MgO, MnS, FeO, LiF Sezyum klorür (CsCl) yapısı: Koordinasyon # 8

8 Kristal yapılar AX-tipi kristal yapılar Çinko sülfür yapısı (ZnS) Çinko sülfür (ZnS) kristal yapısına sahip diğer seramik malzemeler, CdS, InAs, InSb, ZnSe, ZnTe, SiC Koordinasyon # 4

9 Kristal yapılar A m X p -tipi kristal yapılar: ZrO 2 (kübik), UO 2, PuO 2, ThO 2 A m B n X p tipi kristal yapılar: A ve B katyonlar BaTiO 3, SrZrO 3 CaF 2 (AX 2 ) kristal yapısı. Perovskit kristal yapısı.

10 Kristal yapılar A m B n X p tipi kristal yapılar: spinel yapısı MgAl 2 O 4 (A 2+ B 3+ 2O 2-4 )kristal yapısı Magnezyum aluminat yapısında, oksit anyonlar, YMK kristal yapı içerisinde köşelerde ve kenarlarda konumlanmıştır. Mg 2+ katyonları 4 adet tetrahedral boşluklara yerleşmişken, 8 adet oktahedral pozisyonlar Al 3+ tarafından doldurulmuştur. Ferromanyetik malzemeler spinel kristal yapısına sahiptir. Manyetik özellikleri tetrahedral ve oktahedral boşlukların doluluklarından etkilenir.

11 Coordination # and Ionic Radii Coordination # increases with r cation r anion Issue: How many anions can you arrange around a cation? r cation r anion < Coord # 2 linear ZnS (zincblende) Adapted from Fig. 12.4, Callister 7e Adapted from Table 12.2, Callister 7e. triangular T D O H cubic NaCl (sodium chloride) Adapted from Fig. 12.2, Callister 7e. CsCl (cesium chloride) Adapted from Fig. 12.3, Callister 7e.

12 Bazı seramik kristal yapıların özellikleri Kristal yapılar

13 Seramik Malzemelerin Yoğunluklarının hesaplanması = birim hücre içindeki iyonların sayısı = birim hücre içindeki tüm katyonların atom ağırlıklarının toplamı = birim hücre içindeki tüm anyonların atom ağırlıklarının toplamı = birim hücre hacmi = Avagadro sayısı

14 Grafit Yapısı Grafitin yapısı Karbonun bir polimorfudur. Oda sıcaklığında ve basınç altında elmastan daha kararlıdır. Hegzagonal olarak düzenlenmiş karbon atomu katmanlarından oluşur ve bu katmanlar içindeki her karbonun atomu 3 eşdüzlemsel komşu atomlara güçlü kovalent bağlarla bağlıdır. dördüncü bağlanma elektronu katmanlar arasındaki van der Waals tipi zayıf bağların katkısı ile sağlanır. Van der waals bağlanmadan dolayı tabakalar arası bölünme ( klivaj) oluşması kolaydır. Bu ise grafitin yağlayıcı olarak kullanılmasını sağlar. Ayrıca, elektrik iletkenlik, hegzagonal levhalara paralel kristallografik yönde nispeten yüksektir.

15 Elmas yapısı oda sıcaklığında ve atmosferik basınçta yarıkararlı bir karbon polimorfudur. Kristal yapısı ZnS ye benzer ancak bütün boşluklar C tarafından doldurulmuştur. Her bir karbon diğer 4 karbona kovalent bağ ile bağlanmıştır. Bu kristal yapıya elmas kübik yapısı da denilir. Si, Ge ve 13 o C altında gri kalay bu yapıya sahiptir.

16 Elmas yapısı Çok sayıda çok yönlü mikro-kristaller içeren elmas ince filmin taramalı elektron mikroskobu görüntüsü.

17 Fulerenler Karbonun bir polimorfudur. Birbirinden ayrı moleküler şekilde bulunur ve içi boş kürsel bir küme olarak altmış karbon atomundan oluşur; C 60 tek bir molekülü simgeler. Her molekül, geometrik dizilişleri bakımından hem altıgen(altı karbon atomu) hem de beşgen (beş karbon atomu) oluşturmak için birbirine bağlanmış karbon atomları grubundan oluşur. Saf bir katı olarak bu malzeme elektriksel açıdan yalıtkandır ancak uygun empürite ilaveleri ile son derece iletken ve yarı iletken olabilir. C 60 molekülünün yapısı

18 SILIKAT YAPILARI Silisyum oksijen tetrahedrası (SiO 4-4 ) Atomlararası Si-O bağları önemli oranda kovalent karakterli, yönlü ve göreceli olarak daha güçlü olduğundan, çoğunlukla silikatlar iyonik olarak kabul edilmez.

19 SILIKAT YAPILARI SiO 2 nin polimorfu olan kristobalit bir birim hücredeki silisyum ve oksijen atomlarının yerleşim düzeni.

20 SILIKAT YAPILARI Bir sodyum-silikat camında iyonlara ait konumların şematik gösterimi.

21 SILIKAT YAPILARI Tetrahedral SiO 4-4 den oluşmuş beş silikat iyonun yapısı.

22 SILIKAT YAPILARI Birim formülüne sahip silikat levha yapısının iki boyutlu şematik gösterimi. =

23 TabakalI silikatlar Kaolenin (bir kil minerali) yapısı. Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 Adapted from Fig , Callister 7e. Note: these sheets loosely bound by van der Waal s forces

24