Malzemeler atomların bir araya gelmesi ile oluşur. Bu yapı içerisinde atomları bir arada tutan kuvvete atomlar arası bağ denir. Yapı içerisinde bir arada bulunan atomlar farklı düzenlerde bulunabilir. Bu atom düzenleri 3grupta incelenebilir: 1. Düzensiz yapı : Atom veya moleküllerin rastgele dizilmesi. Argon gibi asal gazlarda görülür. 2. Kısa aralıklı düzenli yapı:yapı içerisindeki bazı bölgelerdeki düzenliliği ifade eder, bu düzen bütün yapı için geçerli değildir. Pencere camı veya havadaki su buharında görülebilir. 3. Uzun aralıklı düzenli yapı: Bütün hacmi kaplayan bir düzenlilik ifade edilir. Kristal yapı olarak ifade edilen bu yapı türü metallerde, seramiklerde, kristal camlar (pencere camı hariç), bazı polimerlerde görülür.
Birim hücre:3 boyutlu uzayda düzenli ve sürekli tekrar eden yapıya birim hücre (unit cell) denir. Birim hücre, kristal yapı içerisinde tekrar eden yapıların en basititir. Kristal kafes(latis): Birim hücrelerin üç boyutta tekrarı ile meydana gelen düzendir.
Atomik dizilim Düzensiz atomların dizilişinde düzen yoktur, argon gibi asal gazlar Kısa mesafede düzen atomların özel dizilişinin sadece atomların en yakın komşularına kadar uzanması, su molekülü, seramik camlar Uzun mesafede düzen atomların üç boyutta belirli bir geometrik düzene göre dizilmesi, metaller, birçok seramik ve az sayıda polimerler
Malzemelerde atomik dizilme, (a) inert tek atomlu gazlar, (b) ve (c) su buharı ve cam gibi bazı malzemeler sadece kısa bir mesafede düzenli dizilirler, (d) metaller, birçok seramik ve az sayıda polimerik katı malzemede atomlar tamamen düzenli şekilde dizilirler
Kristal yapılı ve Katı malzemeler; Kristal olmayan(=amorf) olmak üzere iki gruba ayrılır
Birim hücre Kristal yapılı malzemelerde; Atomlar üç boyutta belirli bir düzene göre dizilerek hacim kafesi (ya da latis) oluştururlar Atomların bulunduğu yerlere kafes noktası denir ve kristal yapıda bütün kafes noktaları özdeştir Düzenli yapının tekrarlanan en küçük birimine birim hücre adı verilir
Kafes ya da latis parametresi; birim hücre kenar uzunlukları ile kenarlar arasındaki açıdır birim hücrenin boyut ve şeklini tanımlar Kübik kristal sistemde küpün bir kenar uzunluğu birim hücreyi belirlemek için yeterlidir. b c g b a
7 tür kristal yapı ve 14 birim hücre veya Bravais kafesi mevcuttur Kristal yapı Eksen Açı Birim hücre hacmi Kafes türü Kübik a=b=c =b=g=90 a 3 Hacim merkezli Basit Tetregonal a=b c =b=g=90 a 2 c Ortorombik a b c =b=g=90 abc Yüzey merkezli Basit Hacim merkezli Basit Hacim merkezli Yüzey merkezli Taban merkezli Hegzagonal a=b c =b=90, g=120 0,866 a 2 c Basit Rombohedral ya da trigonal 1 3cos 2 α 2cos 3 α a=b=c =b=g 90 Basit Monoklinik a b c =g=90, b 90 abc sinb Basit Taban merkezli Triklinik a b c b g 90 abc 1 cos 2 α cos 2 β cos 2 γ Basit 2cosα cosβ cosγ a 3
Bravais kafesleri Basit kübik Yüzey merkezli kübik Hacim merkezli kübik Basit tetragonal Hacim merkezli tetragonal Hegzagonal Basit ortorombik Hacim merkezli ortorombik Taban merkezli ortorombik Yüzey merkezli ortorombik Rombohedral Basit monoklinik Taban merkezli monoklinik Triklinik
Basit kübik yapı, BK Birim hücrede atom sayısı= Köşe atom sayısı/8 N BK = 8/8=1 adet atom
Herbir köşe atomu 8 birim hücre tarafından paylaşılır Yüzey merkezli atom iki birim hücre tarafından paylaşılır
Hacim merkezli kübik yapı, HMK Cr, -Fe, Mo N HMK = Köşe atom sayısı/8 + hücre içi atom sayısı N HMK = 8/8 + 1= 1 + 1= 2 adet atom
Yüzey merkezli kübik yapı, YMK g-fe, Al, Cu N YMK = Köşe atom sayısı/8+yüzey atom sayısı/2 N YMK = 8/8 + 6 1/2= 1+ 3 = 4 adet atom
Hegzagonal sıkı paket yapı, HSP Cd, Mg, Zn, Ti N HSP = Köşe atom sayısı/6+yüzey atom sayısı/2+hücre içi atom sayısı N HSP = 12/6 + 2 ½ + 3= 2+1+ 3 = 6 adet atom
POLİMER YAPILAR: Polimerler, içlerinde kovalent bağlar mevcut olan uzun molekül zincirlerden meydana gelirler. Bu nedenle kristal yapılı metal ve seramiklerde olduğu gibi zincirlerin belli bir düzende dizilerek kristal yapı oluşturmaları oldukça zordur. Polimerlerin birçoğunun kristal yapıya sahip olamamasının başlıca nedeni budur. 19
POLİMERLER 20
POLİMERLER Polimerlerden yapılan belli bir hacme sahip parçalarda, bu uzun zincirler bükülerek spagetti şeklinde dalgalı formlarda bulunmak zorunda kalırlar. Bazı durumlarda bu zincirleri düzgün olarak dizmek ve tekrar eden yapı özelliği elde etmek diğer bir değişle kristal yapı elde etmek mümkün olabilir. 21
POLİMERLER Ayrıca karmaşık moleküllerde dallanma (branching) ve uzun zincir molekülleri arasında çapraz bağ(kovalent bağ) (cross-linking) oluşumu da mümkündür. Normalde çapraz bağ yokken zincirler arasında van der Waals bağı söz konusudur. Bütün bu farklı durumlar polimerlerin mekanik ve diğer özelliklerine etki etmektedir. 22
YARI İLETKEN YAPILAR Genelde birbirine kovalent bağlarla bağlı, ametal elementler tarafından oluşturulurlar. Başlıca özellikleri, genelde tek kristal olmaları, seramiklere benzemeleri, yüksek saflıkta oluşları ve kusur içermemeleridir. Si, ve Ge yaygın olan yarıiletken malzemelerdendir. 23