KRİSTAL KAFES SİSTEMLERİ Doç. Dr. Ramazan YILMAZ Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Esentepe Kampüsü, 54187, SAKARYA
1 Giriş 2 Kristal Yapısı ve Birim Hücreler 3 Kristal Kafes Yapıları 3.1 Kübik Kristal Sistemi 3.1.1 Basit Kübik (BK) Kafes ve Atomlarının Sayısı 3.1.2 Hacim Merkezli Kübik (HMK) Kafes ve Atomlarının Sayısı 3.1.3 Yüzey Merkezli Kübik (YMK) Kafes ve Atomlarının Sayısı 3.3.2 Hegzagonal Kristal Sistemi ve Atomlarının Sayısı 21.12.2012 2
Atomların dizilme şekillerine bağlı olarak, malzemelerin özellikleri ve mikro yapıları değişmektedir. Atomların diziliş şekillerini Amorf, Moleküler Kristal yapı olmak üzere üç grupta inceleyebiliriz. 21.12.2012 3
Atomlar düzensiz bir şekilde dizilmişlerse böyle bir yapıya amorf yapı (düzensiz yapı) adı verilir. Gazlar, sıvılar ve katı maddelerden cam amorf yapılı maddelerdir. 21.12.2012 4
Kuvvetli bağlarla bağlanmış atomlardan oluşan moleküller, birbirleri ile zayıf bağlarla bağlanarak bir arada bulunuyorlarsa bu tür yapılara da moleküler yapı denir. Moleküler yapılı malzemelerde, molekül içerisinde düzenli bir diziliş söz konusu iken moleküller arası rastgele bir dizilişe sahiptirler. Su (H 2 O), karbon dioksit (CO 2 ), O 2, N 2 ve birçok polimer malzemeler moleküler yapıya sahiptirler. 21.12.2012 5
Kristal Yapı Atomların üç boyutlu olarak belirli bir geometrik düzene göre dizilmeleri sonucu meydana gelen yapıya kristal yapı denir. Bütün metaller, çoğu seramik malzemeler ve bazı polimerler kristal yapıya sahiptirler. 21.12.2012 6
Kristal Yapısı ve Birim Hücreler Atomların üç boyutlu olarak belirli bir geometrik düzene göre dizilmeleri sonucu oluşan yapıya kristal yapı veya kristal kafesi adı verilir. Bir malzemenin kristal yapısı, kristal kafesi içerisindeki atomların dizilişi, kafesin boyutu ve kafesin şekline bağlı olarak belirlenir. Metalleri ergittiğimiz zaman sıvı haldeki metal atomları düzensiz bir biçimde dağılmışlardır. Sıvı haldeki metal soğutularak katılaştırıldığında ise, atomlar belirli bir geometrik düzene göre dizilerek kristal yapıyı meydana getirirler. 21.12.2012 7
Bu parametrelerden birincisi x, y, z eksenleri veya birim hücre kenarları arasındaki,, γ açılarıdır. İkincisi ise a, b, c harfleri ile ifade edilen birim hücre kenarlarının uzunluğudur. Birim hücrenin boyut ve şeklini tarif eden bu parametrelere, kafes parametreleri adı verilir. 21.12.2012 8
Kafes parametrelerinin farklı kombinasyonları sonucu ortaya çıkan ve farklı geometrik şekillere sahip kristal sistemleri mevcuttur. Kübik, hegzagonal, tetragonal, rombohedral, ortorombik, monoklinik ve triklinik olmak üzere yedi adet kristal sistemi tespit edilmiştir. Yedi kristal sistemine ait toplam 14 farklı kristal kafes geometrisi, 21.12.2012 9
21.12.2012 10
21.12.2012 11
Kübik kristal sistemin basit kübik, yüzey merkezli kübik ve hacim merkezli kübik olmak üzere üç farklı tipi vardır. Tetragonal kristal sistemin basit tetragonal ve hacim merkezli tetragonal olmak üzere iki farklı tipi mevcuttur. Ortorombik kristal sistemin basit ortorombik, hacim merkezli ortorombik, taban merkezli ortorombik ve yüzey merkezli ortorombik olmak üzere dört farklı tipi vardır. Monoklinik kristal sistemin basit monoklinik ve taban merkezli monoklinik olmak üzere iki farklı tipi vardır. 21.12.2012 12
KRİSTAL KAFES YAPILARI On dört adet kristal kafesi olmasına rağmen metalik malzemelerde en fazla görülen kübik ve hegzagonal sıkı paket kristal kafesleridir. Bu nedenle iki kafes sisteminin geometrik yapısı, kafes parametreleri incelenecek ve birim hücrenin bulundurabileceği atom sayıları hesaplanacaktır. 21.12.2012 13
Kübik Kristal Sistemi Kübik kristal siteminde kafes geometrisi, kenarları eşit bir küp şeklindedir. Kübik kristal sisteminde atomlar üç farklı şekilde dizilerek basit kübik, yüzey merkezli kübik ve hacim merkezli kübik kristal kafeslerini meydana getirebilirler. 21.12.2012 14
KAYNAKLAR Uzun, Hüseyin; Fındık, Fehim; Salman, Serdar; Malzeme Biliminin Temelleri, Değişim Yayınevi, 2003 H. Uzun İnternet sunusu, Sunum notları, 2012 21.12.2012 15