BÖLÜM 2. Kristal Yapılar ve Kusurlar - PDF
Download "BÖLÜM 2. Kristal Yapılar ve Kusurlar"
1 BÖLÜM 2 Kristal Yapılar ve Kusurlar
2 1- ATOMİK VE İYONİK DÜZENLER
3 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.
5 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.
6 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.
8 Birim Hücrenin Belirlenmesi
10 Yedi adet kristal sisteminde 14 adet Bravais latis grubu vardır.
13 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.
15 Metaller açısından önemli olan 3 temel kafes tipinin üç boyutlu görünüşü (HMK=Hacim Merkezli Kübik, YMK= Yüzey Merkezli Kübik ve SDH= Sıkı Düzen Hekzagonal).
16 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.
17 Hacim Merkez Kübik Birim Hücre 8 adet köşe ve 1 adet hacim atomu var. 2 atom/birim hücre KS = 8
18 Sıkı Düzen Hekzagonal Yapı 12 adet köşe, 3 adet hacim ve 2 adet yüzey atomu var 6 atom/hücre
19 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:
20 2. Yüzey merkezli kübik (YMK) yapı: 3. Hekzagonal (HMK) yapı:
21 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?
23 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 Koordinatların tersi 1/1 1/1 1/1 Miller indisleri X Kafeste her kafes düzlemi ve yönü atomlarla aynı sıklıkta donatılmamıştır. Bu nedenle mekanik özelliklerde yönlere ve düzlemlere göre değişir.
24 Örnekler: Z (100) (010) x y z Eksenlerle kesişme noktası 1 Koordinatların tersi Miller indisleri 1/ Y X Z (110) x y z X Y Eksenlerle kesişme noktası Koordinatların tersi Miller indisleri 1 1/ /
25 Z _ (010) x y z Eksenlerle kesişme noktası -1 O O 1 Y Koordinatların tersi Miller indisleri 0 1-1/1 _ 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
26 Z (112) x y z Y Eksenlerle kesişme noktası 1 1 1/2 Koordinatların tersi 1/1 1/1 1/(1/2) Miller indisleri 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.
28 Düzlemsel atom yoğunluğu Düzlemsel atom yoğunluğu, belirlenen düzlemdeki atom sayısının o düzlemin alanına oranıdır ve aşağıdaki bağıntıyla belirlenir.
29 Hacim merkezli kübik yapıda (110) düzlemi için; Z (110) a Y X Ödev: Yüzey merkezli kübik yapıda (110) düzlemi için düzlemsel atom yoğunluğunu bulunuz?
30 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.
31 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.
34 a) Boş yer b)ara yere oturmuş bir kafes atomu Boş yer, Ara Yer Yabancı Atomu, Frenkel Çifti
35 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.
36 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
37 b) Vida Dislokasyonu Malzemenin şekillenmesini sağlayan kuvvetin geldiği yönde oluşan dislokasyonlardır.
38 c) Karışık Dislokasyon Vida ve kenar dislokasyonun beraber bulunduğu haldir. Dislokasyon
39 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
40 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.
41 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
42 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
Kristalleşme ve Kusurlar
Kristalleşme ve Kusurlar 1 Kristalleşme mekanizması Kristalleşme, sıvı halden katı hale geçiş olup, çekirdeklenme ve çekirdeklerin büyümesi aşamalarından meydana gelir. Sıvı içerisinde atomlar belirli
MALZEME BİLGİSİ. Kristal Yapılar ve Kristal Geometrisi
MALZEME BİLGİSİ Dr.- Ing. Rahmi ÜNAL Konu: Kristal Yapılar ve Kristal Geometrisi 1 KRİSTAL YAPILAR Malzemelerin iç yapısı atomların diziliş biçimine bağlıdır. Kristal yapı Kristal yapılarda atomlar düzenli
Bölüm 3 - Kristal Yapılar
Bölüm 3 - Kristal Yapılar Katı malzemeler, atomların veya iyonların oluşturdukları düzene göre sınıflandırılır. Kristal malzemede uzun-aralıkta atomsal ölçekte tekrarlayan bir düzen mevcuttur. Katılaşma
1. Giriş 2. Kristal Yapılar 3. Kristal Kafes Noktaları 4. Kristal Kafes Doğrultuları ve Düzlemler MALZEME BILGISI B3
1. Giriş 2. Kristal Yapılar 3. Kristal Kafes Noktaları 4. Kristal Kafes Doğrultuları ve Düzlemler Katı malzemeler, atomların veya iyonların oluşturdukları düzene göre sınıflandırılabilir. Bir kristal
Metalurji Mühendisliğine Giriş
Metalurji Mühendisliğine Giriş Temel Malzeme Grupları Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU Demir esaslı metaller Günümüzde kullanılan metal ve alaşımların % 85 i demir esaslıdır. Bunun nedenleri: Yerkabuğunda
KATILARIN ATOMIK DÜZENI Kristal Düzlemleri, Dogrulari ve Yönleri
Kristal Düzlemleri, Dogrulari ve Yönleri Bölüm İçeriği Kristal malzemelerin Özeliklerinin Belirlenmesi. Kristal Geometri! Kristal Yapı Doğruları! Doğrusal atom Yoğunluğu! Kristal Düzlemler! Kristal Düzlemlerin
Kristallografik düzlemler; Atomların dizildikleri tabaka veya düzlemlerdir Miller indisleri ile gösterilirler (hkl) Birim hücrenin bir köşesi koordinat sisteminin orijin ya da başlangıç noktası olarak
KRİSTAL KAFES HATALARI
KRİSTAL KAFES HATALARI Kristal kafes: Birim hücrelerin üç boyutta tekrarı ile meydana gelen düzendir. Kristal yapılı malzemelerde; yapı içindeki atomların diziliş düzenindeki hatalardır. Malzemelerin özellikleri,
Chapter 3: Kristal ve Kristal Olmayan Katılar
Chapter 3: Kristal ve Kristal Olmayan Katılar Bazı sorular... Katı yapılarda atomlar nasıl bir araya gelir? Yapıya bağlı malzeme yoğunluğu nasıl değişir? İç yapı yönlenmesi ile malzeme özellikleri ne zaman
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ Bölüm 3 Atomik ve İyonik Düzenler Hazırlayanlar Prof. Dr. Gültekin Göller Doç. Dr. Özgül Keleş Araş. Gör. İpek Akın 1 Bölüm 3. Hedefler Atomik/iyonik düzenlemelerine bağlı
BÖLÜM 3. Katı malzemeler yapılarındaki atom ve iyonların birbirlerine göre düzenlerine bağlı olarak sınıflandırılırlar.
KRİSTAL YAPISI ve KRİSTAL KUSURLARI Katı malzemeler yapılarındaki atom ve iyonların birbirlerine göre düzenlerine bağlı olarak sınıflandırılırlar. Kristal yapı içinde atomlar büyük atomik mesafeler boyunca
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ. Bölüm 4 Atomik ve İyonik Dizilmeler Düzenlerde Hatalar
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ Bölüm 4 Atomik ve İyonik Dizilmeler Düzenlerde Hatalar 1 1 Hedefler 1) 3 temel hatayı tanımlamak: Noktasal Hatalar Çizgisel Hatalar (dislokasyonlar) Yüzey Hataları 2) Değişik
Kristal Yapılar KONU BAŞLIKLARI... Katılarda atomlar nasıl dizilirler? (mühendislik malzemelerindeki dizilişler)
Kristal Yapılar KONU BAŞLIKLARI... Katılarda atomlar nasıl dizilirler? (mühendislik malzemelerindeki dizilişler) Malzemenin yoğunluğu ile yapısı arasında nasıl bir ilişki vardır? Atom dizilişi malzeme
MBM 304 Kristal Kimyası 4. Hafta Dr. Sedat ALKOY 1
MBM 304 Kristal Kimyası 4. Hafta Dr. Sedat ALKOY 1 Kristal Sistemleri 7 temel kristal sistem ve bunlara ait 14 adet Bravais örgüsü vardır. z c β α y x b γ a Kafes - Birim Hücre x,y,z = koordinat eksenleri
MALZEME BILIMI DERS NOTU
MALZEME BILIMI DERS NOTU Bölüm 2. Malzemelerin Yapısı ve Atomik ve İyonik Düzenler Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR HEDEFLER: Yapının bağlı olduğu fiziksel kavramları tanımlamak, Atomların yapısı- bağlar-mühendislik
İNTERMETALİK MALZEMELER (DERS NOTLARI-2) DOÇ. DR. ÖZKAN ÖZDEMİR
İNTERMETALİK MALZEMELER (DERS NOTLARI-2) DOÇ. DR. ÖZKAN ÖZDEMİR KRİSTAL YAPILAR Ayrı ayrı birbirine benzemeyen veya birbirine güçlü afiniteleri olan 2 veya daha fazla elementin birleşmesiyle intermetalik
K O C A E L İ ÜNİVERSİTESİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri 2 Malzemelerin Mekanik Davranışı Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2013-2014 Güz Yarıyılı 2. Malzemelerin
TEKİL VE ÇOĞUL KRİSTLLERİN PLSTİK DEFORMSYONU TEKİL KRİSTLERDE PLSTİK DEFORMSYONUN BŞLMSI Eğer bir tek kristal çekme/basma gerilmesine maruz bırakılırsa; dislokasyon hareketlerinin mümkün olduğu düzlemlerde
MALZEME BİLGİSİ DERS 4 DR. FATİH AY www.fatihay.net fatihay@fatihay.net GEÇEN HAFTA KRİSTAL KAFES NOKTALARI KRİSTAL KAFES DOĞRULTULARI KRİSTAL KAFES DÜZLEMLERİ DOĞRUSAL VE DÜZLEMSEL YOĞUNLUK KRİSTAL VE
ATOMSAL YAPILAR. Düzensiz yapı(amorph-orderless): Atom veya moleküllerin rastgele dizilmesi.
MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MALZEME BİLİMİ Kristal Yapısı Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR ATOMSAL YAPILAR Malzemeler atomların bir araya gelmesi ile oluşur. Atomları
Atomların dizilme şekilleri, malzemelerin özelliklerini etkilemektedir.
ATOMLARIN DİZİLİŞLERİ Atomların Dizilişleri Atomların dizilme şekilleri, malzemelerin özelliklerini etkilemektedir. Atomların dizilme şekilleri, amorf, moleküler ve kristal olmak üzere üçe ayrılır. 1 Atomlar
MAKİNE PROGRAMI MALZEME TEKNOLOJİSİ-I- (DERS NOTLARI) Prof.Dr.İrfan AY Öğr. Gör. Fahrettin Kapusuz 2008-20092009 BALIKESİR Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 1 ATOMİK YAPI VE BAĞ KUVVETLERİ
Bölüm 4: Katılarda Kusurlar
Bölüm 4: Katılarda Kusurlar Katılarda ne tip kusurlar bulunur? Kusurların tipleri ve sayıları değişebilir ve kontrol edilebilirmi? Kusurlar malzemenin özelliklerini nasıl etkiler? Kusurlar arzu edilmezmi?
TEKNOLOJİSİ--ITEKNOLOJİSİ. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ
MAKİNE PROGRAMI MALZEME TEKNOLOJİSİ--ITEKNOLOJİSİ (DERS NOTLARI) Prof.Dr.İrfan AY Öğr. Gör. Fahrettin Kapusuz 2008-2009 2008BALIKESİR 1 ATOMİK YAPI VE BAĞ KUVVETLERİ 2 MALZEMLERİN ATOMİK YAPISI Her element
Bölüm 3: KRİSTAL YAPILARI VE KRİSTAL GEOMETRİSİ
Bölüm 3: KRİSTAL YAPILARI VE KRİSTAL GEOMETRİSİ İşlenecek konular: MALZEME BİLİMİ I Atomların katılarda yerleşim düzeni nasıldır? imdilik sadece metallerde Kristal yönleri ve düzlemleri nedir? Malzemenin
(A) Çekme. (B) Basınç. (C) Dengesiz İki eksenli çekme. (D) Dengeli İki eksenli çekme. (E) Hidrostatik Basınç. (F) Kayma Gerilmesi.
İki eksenli gerilme Hidrostatik gerilme 1 (A) Çekme. (B) Basınç. (C) Dengesiz İki eksenli çekme. (D) Dengeli İki eksenli çekme. (E) Hidrostatik Basınç. (F) Kayma Gerilmesi. 2 Uygulamada yapı elemanları