BÖLÜM 2. Kristal Yapılar ve Kusurlar

Benzer belgeler
Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Kristalleşme ve kusurlar Kristal Yapılar

Kristalleşme ve Kusurlar

KATILARIN ATOMİK DÜZENİ KRİSTAL YAPILAR

MALZEME BİLGİSİ. Kristal Yapılar ve Kristal Geometrisi

Malzeme Bilimi I Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Bölüm 3 - Kristal Yapılar

MALZEME BİLGİSİ. Katı Eriyikler

KATILARDA KRİSTAL YAPI. Hekzagonal a b c 90 o, 120. Tetragonal a b c 90 o. Rombohedral (Trigonal) Ortorombik a b c 90 o. Monoklinik a b c 90 o

bir atomun/iyonun bulunduğu kafes içindeki en yakın komşu atomlarının/iyonlarının sayısıdır.

Bir kristal malzemede uzun-aralıkta düzen mevcu4ur.

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

KRİSTAL KAFES SİSTEMLERİ

1. Düzensiz yapı : Atom veya moleküllerin rastgele dizilmesi. Argon gibi asal gazlarda görülür.

Paslanmaz Çelik Gövde. Yalıtım Sargısı. Katalizör Yüzey Tabakası. Egzoz Emisyonları: Su Karbondioksit Azot

Malzeme I Katılarda Kristal Yapılar

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar

KRİSTAL YAPISI VE KRİSTAL SİSTEMLERİ

1. Giriş 2. Kristal Yapılar 3. Kristal Kafes Noktaları 4. Kristal Kafes Doğrultuları ve Düzlemler MALZEME BILGISI B3

Metalurji Mühendisliğine Giriş

KATILARIN ATOMIK DÜZENI Kristal Düzlemleri, Dogrulari ve Yönleri

MALZEME BİLGİSİ DERS 6 DR. FATİH AY.

ATOMSAL YAPI TÜRLERİ Metalik malzemelerin çoğu küçük kristal kümeciklerinden oluştuğundan polikristal adını alırlar. Bu kristal kümeciklerinin

MALZEME BİLGİSİ DERS 5 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

Katıların Atomik Düzeni, Kafes Hataları & Atom Harketliliği

ATOMLAR ARASI BAĞLAR

Malzemelerin Deformasyonu

Dislokasyon hareketi sonucu oluşan plastik deformasyon süreci kayma olarak adlandırılır.

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Kristallografik düzlemler;

Kristallerdeki yüzeyler, simetri ve simetri elemanları 2 boyutta nasıl gösterilir?

1.GİRİŞ Metal Şekillendirme İşlemlerindeki Değişkenler, Sınıflandırmalar ve Tanımlamalar

KRİSTAL KUSURLARI BÖLÜM 3. Bağlar + Kristal yapısı + Kusurlar. Özellikler. Kusurlar malzeme özelliğini önemli ölçüde etkiler.

KRİSTALLERİN PLASTİK DEFORMASYONU

1. Amaç Kristallerin üç boyutlu yapısı incelenecektir. Ön bilgi için İnorganik Kimya, Miessler ve Tarr, Bölüm 7 okunmalıdır.

KRİSTAL KAFES HATALARI

Chapter 3: Kristal ve Kristal Olmayan Katılar

PLASTİK ŞEKİL VERMEDE METALURJİK ESASLAR

Malzeme Bilimi Dersi

Katılar & Kristal Yapı

CALLİSTER - SERAMİKLER

MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ

MALZEME BİLİMİ MAL213 Kristal Yapı-Doğrultu ve Düzlemlere ait Miller İndisleri Metal ve Seramik Yapılar, Polimer Yapıları, X Işını Difraksiyonu

BÖLÜM 3. Katı malzemeler yapılarındaki atom ve iyonların birbirlerine göre düzenlerine bağlı olarak sınıflandırılırlar.

Katılar. MÜHENDİSLİK KİMYASI DERS NOTLARI Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2006

Gerçekte yükler yayılı olup, tekil yük problemlerin çözümünü kolaylaştıran bir idealleştirmedir.

FİZ 427 KRİSTAL FİZİĞİ

MMM291 MALZEME BİLİMİ

Kristal Yapılar KONU BAŞLIKLARI... Katılarda atomlar nasıl dizilirler? (mühendislik malzemelerindeki dizilişler)

MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ. Bölüm 4 Atomik ve İyonik Dizilmeler Düzenlerde Hatalar

MBM 304 Kristal Kimyası 4. Hafta Dr. Sedat ALKOY 1

STATIK VE MUKAVEMET 4. Ağırlık Merkezi. Yrd. Doç. Dr. NURHAYAT DEĞİRMENCİ

MALZEME BILIMI DERS NOTU

ATOM HAREKETLERİ ve ATOMSAL YAYINIM

MALZEMENİN İÇ YAPISI: Katılarda Atomsal Bağ

İNTERMETALİK MALZEMELER (DERS NOTLARI-2) DOÇ. DR. ÖZKAN ÖZDEMİR

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

İÇİNDEKİLER 1: KRİSTALLERDE ATOMLAR...

Malzemeler yapılarının içerisinde, belli oranlarda farklı atomları çözebilirler. Bu durum katı çözeltiler olarak adlandırılır.

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

İmal Usulleri 1. Fatih ALİBEYOĞLU -1-

ANİZOTROPİ. Schmid s Tek kristle uygulandığında:

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

TEKİL VE ÇOĞUL KRİSTALLERİN PLASTİK DEFORMASYONU

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

ELASTİK PLASTİK. İstanbul Üniversitesi

Boya eklenmesi Kısmen karışma Homojenleşme

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

MALZEME BİLGİSİ DERS 4 DR. FATİH AY.

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

ATOMSAL YAPILAR. Düzensiz yapı(amorph-orderless): Atom veya moleküllerin rastgele dizilmesi.

İntermetalik bileşikler

MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı 1 Deformasyon ve kırılma mekanizmalarına giriş

KIRILMA MEKANİĞİ Prof.Dr. İrfan AY MALZEME KUSURLARI

Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 1

Atomların dizilme şekilleri, malzemelerin özelliklerini etkilemektedir.

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

Uygulanan dış yüklemelere karşı katı cisimlerin birim alanlarında sergiledikleri tepkiye «Gerilme» denir.

Gelin bugün bu yazıda ilkokul sıralarından beri bize öğretilen bilgilerden yeni bir şey keşfedelim, ya da ne demek istediğini daha iyi anlayalım.

Bölüm 4: Katılarda Kusurlar

MALZEME BİLİMİ. Difüzyon

MADDE NEDİR? Çevremize baktığımızda gördüğümüz her şey örneğin, dağlar, denizler, ağaçlar, bitkiler, hayvanlar ve hava birer maddedir.

TEKNOLOJİSİ--ITEKNOLOJİSİ. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ

Kırılma nedir? Bir malzemenin yük altında iki veya daha fazla parçaya ayrılması demektir. Her malzemede kırılma karakteri aynı mıdır? Hayır.

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

Bölüm 3: KRİSTAL YAPILARI VE KRİSTAL GEOMETRİSİ

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

PLASTİK ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ

(A) Çekme. (B) Basınç. (C) Dengesiz İki eksenli çekme. (D) Dengeli İki eksenli çekme. (E) Hidrostatik Basınç. (F) Kayma Gerilmesi.

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

CALLİSTER FAZ DİYAGRAMLARI ve Demir-Karbon Diyagramı

MALZEME BİLİMİ. Mekanik Özellikler ve Davranışlar. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR. (DERS NOTLARı) Bölüm 5.

Transkript:

BÖLÜM 2 Kristal Yapılar ve Kusurlar

1- ATOMİK VE İYONİK DÜZENLER

Kısa Mesafeli Düzenler-Uzun Mesafeli Düzenler Kısa Mesafeli Düzenler (SRO): Kısa mesafede atomların tahmin edilebilir düzenlilikleridir. Bir veya iki atom aralıklı. Uzun Mesafeli Düzenler (LRO): Bir katıda büyük bir mesafeyi işgal eden atomların tekrar edilebilen düzenleridir. Bose-Einstein yoğunluğu condensate (BEC): Bir grup atomun aynı kuantum haline sahip atom gruplarıdır. Deneysel olarak yeni doğrulanmıştır. Atomik dizilme katı bir maddenin mikroyapı ve davranışlarını belirlemede önemli rol oynamaktadır. Atomlar; Düzensiz (asal gazlar) Kısa mesafeli istif düzeni (Cam) Uzun mesafeli istif düzeni (Metaller ve pek çok katı) Metaller, seramikler ve diğer pekçok katı malzemede atomlar tamamen düzenli şekilde dizilirler. Her kafes noktası bir veya daha atom ile temas halindedir.

Amorf Malzemeler: Prensipleri ve Teknolojik Uygulamaları Amorf Malzemeler: Malzemeler örneğin camlar, ne uzun mesafeli düzenlere ne de kristal yapıya sahiptirler. Camlar: Katı ve kristal olmayan malzemelerdir sadece kısa mesafeli atomik düzenlere sahiptirler. Cam-seramikler: Ergimiş inorganik camlardan türetilmiş malzeme grubu olup küçük tane yapılı ve gelişmiş mekanik özelliklere sahip kristal malzemeye proses edilirler.

Kristal Yapı Kristal yapı, atomların üç boyutta belirli bir geometrik düzene göre yerleştiği yapılardır. Kristal Yapılar Amorf yapılı Kristal yapılı Amorf yapı, düzensiz katılaşmış mikroyapılardır, bütün doğal (kazein selüloz, kauçuk, v.b.) ve yapay (plastikler) organik bileşimler, bazı anorganik maddeler (cam gibi) amorf yapıdadır. Kristal yapı, atomların belirli bir düzene göre dizilerek bir hacim merkezi oluşturmasıdır. Birim hücre Atomlar uzayda öyle dizililer ki, maddenin birim hacmindeki enerjisi minimum olsun.

Birim Hücrenin Belirlenmesi

Yedi adet kristal sisteminde 14 adet Bravais latis grubu vardır.

Koordinasyon Sayısı (KS) Belirli bir atoma temas eden atomların sayısı veya en yakın komşuların sayısı koordinasyon sayısıdır ve atomların nasıl sıkı ve yoğun bir şekilde paketlendiğini gösterir.

Metaller açısından önemli olan 3 temel kafes tipinin üç boyutlu görünüşü (HMK=Hacim Merkezli Kübik, YMK= Yüzey Merkezli Kübik ve SDH= Sıkı Düzen Hekzagonal).

Yüzey Merkez Kübik Birim Hücre 8 adet köse, 6 adet yüzey atomu var. 4 atom/birim hücre KS = 12 En sıkı diziliş yüzey merkezli kübik yapıdadır.

Hacim Merkez Kübik Birim Hücre 8 adet köşe ve 1 adet hacim atomu var. 2 atom/birim hücre KS = 8

Sıkı Düzen Hekzagonal Yapı 12 adet köşe, 3 adet hacim ve 2 adet yüzey atomu var 6 atom/hücre

Atom sayısı Birim hücredeki atom sayısının belirlenmesi için aşağıdaki formül kullanılır; N İ, birim hücre içerisindeki atom sayısı N F, birim hücre yüzeyindeki atom sayısı N K, birim hücre köşesindeki atom sayısı 1. Hacim merkezli kübik (HMK) yapı:

2. Yüzey merkezli kübik (YMK) yapı: 3. Hekzagonal (HMK) yapı:

Atomsal dolgu faktörü Atomsal dolgu faktörü (ADF), kristal kafes yapısındaki doluluk oranını gösterir. Birim hücredeki atomların toplam hacminin birim hücreye oranıdır. Bu faktör, kristal yapılı malzemelerin hacim kafesindeki atomların ne kadar sıkı dizildiğini belirlemek için kullanılır. Örnek: Yüzey merkezli kübik (YMK) yapı için ADF yi hesaplayınız? YMK için kafes parametresi ile atom yarıçapı arasındaki ilişki (1 atomun hacmi) (Kafesteki atomların hacmi) (Kafes hacmi) Ödev: HMK ve Hekzagonal yapı için ADF yi hesaplayınız?

Miller indisleri ve düzlemler Kafes sistemlerinde birim hücrelerin çeşitli yüzeylerinin ve yönlerinin anlatımı için Miller İndisleri denen koordinasyon sayıları kullanılır. Miller indisleri tam sayılarla ifade edilir. Birim hücrenin bir köşesi koordinat sisteminin orijin ya da başlangıç noktası olarak alınır ve herhangi bir düzlem veya düzlem takımı bunların eksenlerle kesiştiği noktalara ait koordinatlarının tersi alınarak belirlenir. Bir koordinat sisteminin birim uzunluğu olarak kristal yapının kafes parametresi alınır. Bir eksene paralel olan düzlem o ekseni sonsuzda keser. Düzlemler parantez işareti ile gösterilir. Z (111) x y z Y Eksenlerle kesişme noktası 1 1 1 Koordinatların tersi 1/1 1/1 1/1 Miller indisleri 1 1 1 X Kafeste her kafes düzlemi ve yönü atomlarla aynı sıklıkta donatılmamıştır. Bu nedenle mekanik özelliklerde yönlere ve düzlemlere göre değişir.

Örnekler: Z (100) (010) x y z Eksenlerle kesişme noktası 1 Koordinatların tersi Miller indisleri 1/1 1 0 1 0 1 Y X Z (110) x y z X Y Eksenlerle kesişme noktası Koordinatların tersi Miller indisleri 1 1/1 1 1 1/1 1 0 1

Z _ (010) x y z Eksenlerle kesişme noktası -1 O O 1 Y Koordinatların tersi Miller indisleri 0 1-1/1 _ 1 0 1 X (012) Z O 2 Z Y Eksenlerle kesişme noktası x y -1 z -1/2 Y Koordinatların tersi Miller indisleri 0 1-1/1 _ 1 1/(-1/2) _ 2 X O O 1 X

Z (112) x y z Y Eksenlerle kesişme noktası 1 1 1/2 Koordinatların tersi 1/1 1/1 1/(1/2) Miller indisleri 1 1 2 X Ödev: (001),(222),(221),(220),(112),(010),(222) miller indisler ile belirtilen düzlemlerin xyz eksenlerini kestiği noktaları bularak, birim küp üzerinde gösteriniz? _ Miller indisleri ile düzlem gösterilirken bütün düzlemler birim küp içerisinde gösterilir.

Düzlemsel atom yoğunluğu Düzlemsel atom yoğunluğu, belirlenen düzlemdeki atom sayısının o düzlemin alanına oranıdır ve aşağıdaki bağıntıyla belirlenir.

Hacim merkezli kübik yapıda (110) düzlemi için; Z (110) a Y X Ödev: Yüzey merkezli kübik yapıda (110) düzlemi için düzlemsel atom yoğunluğunu bulunuz?

Hegzagonal Birim Hücrede Miller İndisleri (hkil) Hegzagonal sistemlerde Miller İndisleri 4 eksenli koordinat sistemi kullanır (hkil). SORU: A ve B düzlemleri için Miller indislerini belirleyiniz.

Kristal Yapı Kusurları Malzemelerin iç yapısı mükemmel değildir. Atomlar arasında yer yer kusurlar bulunabilir. Bunlara yapı kusurları denir. Malzemede yapı kusurlarının bulunması her zaman zarar verici bir durum oluşturmaz, aksine yapı kusurları sayesinde örneğin metallere daha kolay şekil verilebilir, mukavemeti artırılabilir, yarı iletkenlik ve tam iletkenlikleri kontrol edilebilir. Yapı kusurları başlıca dört grupta toplanabilir: 1. Noktasal Kusurlar: Boyutsuz kusurlardır. Örneğin atom boşlukları, fazla elektron veya elektron boşlukları 2. Çizgisel Kusurlar veya Dislokasyonlar: Tek boyutlu kusurlardır. 3. Düzlemsel (Alansal) Kusurlar: İki boyutlu kusurlardır. Örneğin istif kusurları, tane sınırları, faz sınırları 4. Kütle (Hacimsel) Kusurları: Üç boyutlu kusurlardır. Örneğin kaynak hataları, malzeme içerisindeki çatlaklar, poroziteler, segregasyonlar Hatasız bir iç yapı diğer deyişle ideal kristal gerçekte yoktur.

a) Boş yer b)ara yere oturmuş bir kafes atomu Boş yer, Ara Yer Yabancı Atomu, Frenkel Çifti

Çizgisel Kusurlar Kristalin bir bölgesi bu bölgeyi alt ve üst kısımlara ayıran bir düzlem üzerinde kaymaya uğramışsa, alt ve üst noktalar birbirlerine göre belirli bir miktar ötelenmişse kaymaya uğramış ve uğramamış bölgeleri ayıran çizgi bir kristal hatadır ve buna dislokasyon denir. Malzemenin plastik deformasyonu dislokasyon ile açıklanır. Dislokasyonlar kenar, vida ve karışık olmak üzere üç çeşittir. Bir dislokasyonun, dislokasyon çizgisi ve Burger vektörü olmak üzere iki karakteristik büyüklüğü vardır. Burger vektörü hareket eden dislokasyonun hareket doğrultusunu ve miktarını gösterir.

a) Kenar Dislokasyonu Kusursuz bir kristalde ekstra bir atom tabakasının ilavesi ile kenar dislokasyonu oluşur. Malzemenin şekillenmesini sağlayan kuvvetin geldiği yöne dik olarak oluşan dislokasyonlardır. Kayma düzlemi Kesme gerilmesi

b) Vida Dislokasyonu Malzemenin şekillenmesini sağlayan kuvvetin geldiği yönde oluşan dislokasyonlardır.

c) Karışık Dislokasyon Vida ve kenar dislokasyonun beraber bulunduğu haldir. Dislokasyon

Düzlemsel (Alansal/Yüzeysel) Kusurlar Düzlemsel kusurlar bir malzemeyi aynı kafes yapısına sahip, ancak farklı doğrultularda yönlenmiş değişik bölgelere ayıran yüzeylerden oluşur. Bu yüzeyler kesit üzerinde sınır biçiminde gözükür. Düzlemsel Kusurlar; Serbest yüzey olarak bilinen katı ile sıvı arasında ki ara yüzey Tane sınırı Fazlar arası sınır İstif kusurları Domain olarak bilinen, elektronik yapının değiştiği fakat ortam düzeninin değişmediği ara yüzey

a) Tane Sınırları Her tanedeki atomsal düzen ve yönlenme farklıdır. Tane sınırları taneleri birbirinden ayıran yüzeylerdir. Bu yüzeyler metalografik kesitler üzerinde çizgi biçiminde gözükürler. Tane içerisinde düzenli olan atom dizilişi tane sınırlarında düzensiz hale gelirler. Çünkü her bir tanenin kristolografik yönlenmesi farklıdır, kafes düzlemleri birbirlerinin devamı değildir. Tane sınırlarında atomlar arası mesafe tane içerisine göre büyük ve küçük olabilir. grain Tane sınırı boundary Tane, kendi içinde nispeten homojen ve kafes sistemi aynı, kayma düzlemleri benzer karakterli, kimyasal yapısı aynı olan katı maddeye denir. Faz ise kendi içerisinde homojen kimyasal ve/veya fiziksel yapısı etrafındakilerden farklı olan mikro ve makro yapıya denir.

b) İstiflenme (Yığılma) Kusuru Atom düzlemlerinin istiflenmesi esnasında bozulması neticesinde oluşan 2 boyutlu kusurlardır. Özellikle ikiz teşekkülünde, faz dönüşümlerinde ve sürünmede önemlidir. Gerilme ve dislokasyon hareketleri oluşturur. Örneğin atom düzlemlerinin YKM yapıda ABCABCABCABABCABC dizilmeleri ile oluşur. YMK SPH

Kütle (Hacimsel) Kusurları Üç boyutlu kusurlar olup iki sebepten oluşur; 1. Malzemenin üretimi sırasında 2. Malzemenin döküm, dövme, hadde gibi şekillendirmesi esnasında Örnek olarak, döküm kusurları, biçimlerdirme, dövme kusurları ve kaynak kusurları