Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Prof. Dr. Hatem AKBULUT 1 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 25.05.2016 BÖLÜM-II ATOM BOŞLUKLARI.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Prof. Dr. Hatem AKBULUT 1 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 25.05.2016 BÖLÜM-II ATOM BOŞLUKLARI."— Sunum transkripti:

1 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 1 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM-II ATOM BOŞLUKLARI

2 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 2 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Metalurjik olayların çoğu sıcaklığa önemli derecede bağımlı Bakır dövme ile sertleştirilirse, Sertlik = 150 HB Termodinamik, deneysel delilleri kullanır ve kanunlar geliştirir. Termodinamik, tek tek atom davranışlarını değil kütleyi hedefler Metallerin Termal Davranışı Cu = 150 HB Cu = 50 HB 800 °C de 10 Dk 300 °C de 5 Saat 25 °C de 1000 Yıl

3 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 3 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Termodinamik, değişimi atomik değişmeler ile değil Entalpi, entropi, sıcaklık, basınç, hacim, iç enerji (dinamik fonksiyonlar) inceler. Atomik mekanizma değişiklikleri termodinamikte ihmal edilir. Avantajlar: Eşitlikler başka bir sistem veya malzemeye uygulanabilir. Hızlı ve kolay sonuca ulaşım Dezavantajlar: Tam olarak hangi olayların olduğunu söylemez. Atomların yer değişim mekanizmalarını açıklamaz

4 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 4 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Örnek: İdeal bir gaz için verilen eşitlik; (2.1) Burada P = Psi olarak basınç, V = hacim (inc 3 ), n = gazın mol sayısı, R = gaz sabiti veT = mutlak sıcaklıktır. Eşitlik neden bu şekilde çıkarılmış?. Atomsal ve kinetik boyutta hiçbir açıklama yapılmamış Kinetik teori ve bir etki anında hangi olaylar olur?. Atomsal boyutta da ortaya çıkan sonuçları açıklamak gerekmektedir

5 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 5 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Enerji (E) Enerji = Atomların kinetik enerjisi + potansiyel enerjisi Atomlar 0 K de hareketsiz kabul edilir. İç enerji latiste titreşim halindeki olan atomlar ile oluşturulur. Titreşim = f {Sıcaklık} Entropi (S) Dönüşümlü, (reversible) reaksiyonlar için: (2.2) S A = A durumundaki entropi, S B = B durumundaki entropi T = Mutlak sıcaklık, dQ = Sisteme ilave edilen ısı

6 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 6 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.3) Dönüşümsüz (irreversible) reaksiyonlar için: Diferansiyelleri alındığında, dönüşümlü (reversible) reaksiyonlar, (2.4) (2.5) elde edilir. Dönüşümsüz (irreversible) reaksiyonlar için;

7 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 7 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Spontene (Kendiliğinden olan) Reaksiyonlar Sisteme dışarıdan herhangi bir etkileşim olmadan kendiliğinden oluşan reaksiyonlar. (Spontene, kaçınılmaz reaksiyonlar) Spontene reaksiyonlarla sık sık karşılaşılır (Yararlı, zararlı olabilirler) Su 0 °C de su+buz (Denge) 0 °C altında buz, üstünde sıvı Spontene reaksiyonlar = Dönüşümsüz reaksiyonlar Su = 0°C (Denge) Buz (kaçınılmaz reaksiyon) -10°C soğutma

8 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 8 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Reaksiyonlar itici güç (driving force) ile oluşur. Gücün ölçüsü = Gibbs Serbest Enerjisi (G)‘dir. (2.6) Sıvı ve katı metallerde PV = Sabit kabul edilir. (2.7) Su-buz ikili sisteminde; (2.8) G 1, E 1, S 1 = Bir mol suyun sırası ile serbest enerjisi, iç enerjisi ve entropisi G 2, E 2, S 2 = Bir mol buzun sırası ile serbest enerjisi, iç enerjisi ve entropisi, T = Mutlak sıcaklık (sabit)

9 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 9 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.9) şeklinde de ifade edilebilir. Bu denklem (2.8 denklemi) Denge durumunda reaksiyon dönüşümlü (reversible) reaksiyondur, dolayısı ile; ve indirgeme ile (2.10) (2.11)  Q = suyun donması için gereken ısı. Termodinamiğin birinci kanunundan, (2.12)  E = İç enerjideki değişim,  W = Dönüşüm için yapılması gereken iş Su  buz genleşmeden dolayı dış basınca karşılık yapılan iş. İhmal edilebilir.

10 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 10 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.14) (2.13)  S ve  Q terimleri serbest enerji eşitliğinde yerine konduğunda; Denge şartlarında dönüşümlü (reversible) bir reaksiyon için  G = 0 Dönüşümsüz (irreversible) bir reaksiyon için ise; veya (2.15) (2.16) Serbest enerji değişimi; (2.17)

11 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ  E =  Q olduğundan; (2.18) (2.19) olduğu için,  G (-) yani; (2.20) olmalıdır. Sonuç = Bir reaksiyon sistemin serbest enerjisini azaltıcı yönde olur. Reaksiyonun yönünün tespit edilmesini sağlar;

12 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 12 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Örnek, A ve B durumlarındaki serbest enerji farkı; (2.21) Eğer;  G< 0 ise reaksiyon A  B yönünde;  G> 0 ise reaksiyon A  B yönünde oluşur. Termodinamik sonuçlar reaksiyonların oluşup oluşmayacağını ve yönlerini bildirir. Termodinamik sonuçlar reaksiyon hızlarını ifade etmezler. (Elmas  Grafit Dönüşümü)

13 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 13 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Entropinin İstatiksel Mekanik Anlamı A ve B gaz kutuları arasındaki diyafram kalkarsa; A Gazı B yönüne, B Gazı A yönüne hareket eder. Gaz AGaz B Karışım için herhangi bir iş yapılmasına ve herhangi bir ısı alışverişine gerek yok. Dolayısıyla iç enerji değişimi yok Termodinamiğin birinci kanunu - enerjinin korunumu kanununa uygun; (2.22) dE = 0 dQ = Sistem (gazlar) tarafından alınan ısı dE = Sistemin (gazların) iç enerjilerindeki değişim dW = Sistem (gazlar) için dışarıdan yapılan iş

14 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Karışmış olan gaz atomları tekrar birbirlerinden ayrılamaz. (Spontene dönüşümsüz (irreversible) reaksiyon) Sistemin G’ si karışımdan sonra azalmalıdır; (2.23) İç enerji değişimi dE = 0 (2.24) (2.25) Durumunda G azalır. Yani (-) olur. Entropi = düzensizlik Gazların karışmasından önce sistemde bir düzen vardı. Karışımı sonucu düzensizlik sistemin entropisi artar.

15 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ A ve B gazlarının karışma olasılığı çok çok yüksek İki gazın birlikte olup karışmamış olması olasılığı çok düşük Karışmış olma olasılığı ve sistemin entropisi arasında yakın ilişki var. Probabilite (olabilirlik) Boltzmann tarafından ifade edilmiş; (2.26) S = Sistemin entropisi, P = Durumun probabilitesi (olabilirliği) k = Boltzmann sabiti (1.38 x erg/K) A ve B gazlarının karışımı sonucu entropi değişimi; (2.27) S 1 = Gazların karışmamış, S 2 = Gazların karışmış haldeki entropisi haldeki entropisi P 1 = Gazların karışmamış P 2 = Gazların karışmış hal olasılığı, hal olasılığı

16 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 16 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Karışmamış hal olasılığı (P 1 ) hesaplanmalı. V A = A gazı atomlarının başlangıç durumda kapladığı hacim V B = B gazı atomlarının başlangıç durumda kapladığı hacim V = Kutunun toplam hacmi 1. Kutu A 2. Kutu B A ve B atom ilavesi Bölme kaldırılıp A atomu ilavesinde; Bir A atomunun V A kısmında bulunma olasılığı = (V A /V). İkinci A atomunun VA kısmında bulunma olasılığı = (V A /V)x(V A /V). Üçüncü A atomunun V A kısmında bulunma olasılığı = (V A /V)x(V A /V)x(V A /V) =(V A /V) 3 Kutu AKutu B A ve B atom ilavesi

17 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 17 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Tüm A gazı atomlarının V A da ve tüm B gazı atomlarının da V B 'de olması olasılığı; (2.28) Sonuçta: n A sayıdaki A gazı atomlarının V A kısmında bulunma olasılığı dır. Benzer şekilde B atomu ilavesi; n B sayıdaki B atomlarının tümünün V B de bulunma olasılığı

18 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 18 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.29) n = A ve B atomlarının toplam sayısı. (2.31) (2.30) Tamamen karışmış homojen yapı olasılığı çok yüksek = 1 kabul edilebilir. Boltzmann eşitliğine dönüldüğünde (P2 = 1); (2.28) de P1 eşitliği de bu denklemde yerine konduğunda; İdeal gazlarda aynı sıcaklık ve basınçta hacim, atom sayıları ile orantılı

19 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 19 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Aynı zamanda n A /n ve n B /n, sistemdeki A ve B’ nin kimyasal bileşimleridir, C= A’ nın bileşimi, (1-C) = B’ nin kimyasal bileşimi Karışımın entropisi kimyasal bileşimlerin fonksiyonu olarak; (2.32) (2.33) Bir mol gaz için atom sayısı = Avagadro Sayısı (N) Boltzman sabiti = bir atom için gaz sabiti;

20 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 20 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.34) (2.36) (2.35) R = gaz sabiti (2kal./ mol), N = Avagadro sayısı Sonuç olarak karışımın entropi eşitliği ;

21 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 21 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Kristallerde Atom Boşlukları Hiçbir metal kristali mükemmel değil. En önemli hatalardan biri : Atom Boşlukları Atom Boşluğu Düzlemlerin distirsiyonu Atom boşluğu kavramı ilk defa katı hal difüzyon mekanizması için ortaya atılmış. En kolay difüzyon atom boşluklarına bağlı difüzyondur.

22 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 22 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (A) (B) (C) Kusursuz metalde özellikler çok yüksek Ergime, şekil verme, işleme vs. imkansız Kusur varsa C, N ve B atomları Fe, Ti ve Ni gibi metaller içinde hareketli olur. Şekil. Bir kristal içinde boşluğun üç hareket basamağı. Termal (ısıl) titreşim nedeniyle sıcaklık artışı ile atom boşluğu hareketi yüksek

23 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 23 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Kristalin Nokta Hataları Primer hatalarSekonder hatalar Atomik hatalarElektronik hatalar Yabancı atomlarArayer boşluklarıBoş latis bölgeleri Boşluk Oluşum Nedenleri

24 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 24 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Metal alüminatlar gibi (örnek: NiAl, CoAl, FeAl) intermetalikler stokiometrik dengeden saptıklarında latiste ilave boşluklar olur. 3. Metalin yüksek enerjili nükleer partiküller ile bombardımana tabi tutulması.Atom boşluğu ve arayer boşluğu ortaya çıkarır. 4. Plastik deformasyonda dislokasyon kesişimi ile dislokasyon çizgilerinde üretilen joglarda nokta hataları oluşur. 5. Oksidasyon. Zn, C Mg, Cu ve Ni gibi metal oksidasyonu latis içine atom boşluğu nüfuzu ile beraber oluşur. 1. Yüksek sıcaklıktan ani soğutma. Yüksek sıcaklıktaki boşluklar oda sıcaklığına taşınır. Oda sıcaklığında  1/10 4 atom boşluğu. Boşluk Oluşturma Metotları

25 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 25 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. Bir kristal latisinde nokta hataları V = atom boşluğu, ı = Arayer atomu, FP = Frenkel çifti (arayerimsi hal), D = Çift boşluk. 4 Nokta Hatası Oluşum Mekanizması (V) = Bir atomun konumunu terk edip yüzeye çıkması, (D) = İki atomun yerlerini kaybetmesi, (I) = Arayer atomunun latise ilavesi, (FP) = Bir atomun yerini kaybedip arayer atomu gibi latiste olması. Atom Boşluklarının Analizi

26 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 26 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Shottky hatası bir set katyon ve anyon çifti boşluğudur Katyon : Elektron veren (Örnek Na) Anyon : Elektron alan, büyük çaplı (Örnek: O 2 )

27 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 27 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Cu-Pb alaşımında atom boşlukları. Cu ve Pb atom boyutları arasındaki büyük farklılıktan dolayı Pb atomları Cu atomlarını çevrelemiş (3x3 Pb atomu 4x4 Cu atomlarını çevrelemekte) ve atom çaplarından çok daha büyük boşluklar meydana gelmiş (Birleşmiş atom boşlukları).

28 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 28 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ n o = Bir kristalde bulunan atom sayısı n v = Bir kristaldeki atom boşluğu sayısı (n o + n v ) = Kristaldeki toplam atom konumu sayısı. Atomların kristal yüzeyine hareket edip kristalde boşluk oluştuğu kabulü (Schottky Hatası). (A) (B)(C) w = Schottky hatasının oluşması için gerekli iş n v w = Boşluklu kristalin boşluk içermeyen kristale oranla fazla enerjisi.

29 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 29 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.37) (2.38) (2.39) Boşluklardan dolayı bir kristalde serbest enerji artışı ; G v = Boşluklardan dolayı ortaya çıkan serbest enerji E v = Boşluklardan dolayı ortaya çıkan iç enerji değişimi E v = Boşluklardan dolayı ortaya çıkan entropi belirtildiğinden dolayı Kristal entropisi atom boşlukları ile neden değişir. Boşluk yanındaki atomlar hareketli (Düzensiz ve rasgele titreşirler) S = Eğer bir boşluğun oluşturduğu bu titreşim entropi n v S = Kristal içindeki toplam entropi artışı

30 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 30 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.40) Atom boşluklarının varlığından dolayı ortaya çıkan diğer önemli entropi artışı; Karışım Entropisi. İki ideal gaz için; Sm = Karışım entropisi, n = Toplam atom sayısı, k = Boltzmann sabiti C = A atomları konsant.( A = n A /n), (1-C) = B atomları konsant.( B = n B /n) Boşluklar yapıda karışmamış ise; Toplam atom konumu sayısı = (n o + n v ) = n o = n v Şekil. Bir kristaldeki atom konumlarının kutu analizi; a) Atom ve boşlukların segregasyon halleri. b) Boşluk ve atomların karışmış durumu. A)B)

31 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 31 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.41) (2.42) (2.43) Boş ve dolu konumlar karıştığında; C v = Boşlukların konsantrasyonu, C o = Dolu konumların konsantrasyonu C v ve C o karışım entropisi eşitliğinde yerine konulduğunda; Bu eşitlik biraz basitleştirilecek olursa;

32 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 32 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.44) (2.45) (2.46) Serbest enerji eşitliği tekrar yazıldığında; Kristal dengede ise serbest enerji minimum olmalı nv öyle bir sayıda olmalı ki serbest enerji bir sıcaklıkta minimum olabilsin. Yani G v /n v türevi sabit sıcaklıkta sıfıra eşit demektir. Bu sonuç üssel ifadeli olarak da;

33 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 33 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ , (2.49) (2.48) (n v <<< n o ) dir Eşitlik (n v /n o )’in fonksiyonu olarak yazılabilir. w = Bir boşluk oluşturmak için gerekli enerji 1 mol malzeme için, Üssel teriminin bölüm ve bölen kısımları Avagadro sayısı (N = 6.03 x 1023) ile çarpılırsa boşluk konsantrasyonu sıcaklığın bir fonksiyonu olarak değişmeyecek, Q f = Aktivasyon ısısı; yani bir mol boşluk oluşturmak için gerekli enerji (kal./mol) N = Avagadro sayısı, k = Boltzmann sabiti, R = Gaz sabiti (2 kal./ mol-°K) Dolayısıyla; yazılabilir.

34 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 34 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Örnek: Bakır için Q f = kal./mol. boşluk 'tur; Mutlak sıfır derece sıcaklıkta; Mutlak sıfır derece sıcaklıkta dengedeki boşlukların konsantrasyonu sıfır. 300 °K ' de ise; 1350 °K 'de (yani ergime noktasının 6 °K altında) ise;

35 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 35 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Ergime sıcaklığının hemen altında kristalde 1/1000 atom boşluğu var. (İki boşluk arası mesafe olarak 10 atom mesafesine eşit) Oda sıcaklığında boşluk konsantrasyonu =4.45 x (İki boşluk arası uzaklık olarak = atom mesafesi) İki önemli soru ortaya çıkmakta; 1.Belirli bir sıcaklıkta neden boşluk sayısı dengede olmalıdır? 2.Dengede olan sayı niye sıcaklıkla değişmekte? Boşluk oluşturmak için gereken iş (n v w) artan boşluk sayısı ile lineer olarak artmakta,

36 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 36 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil 2.5. Yüksek sıcaklıkta bir kristalde serbest enerjinin boşluk sayısının fonksiyonu olarak değişimi 1. Düşük konsantrasyonlarda entropi terimi (-TS), n v ile hızlı olarak artmakta, fakat n v yükseldikçe daha yavaş büyümektedir. Şekilde işaretlenmiş olan n 1 noktasında iki terim (n v w) ve (-TS) birbirlerine eşit olmakta ve bu noktada serbest enerji; 2.51 Serbest enerjinin negatif olduğu bölgede de serbest enerjinin minimum olduğu bir nokta vardır ki (Şekil 2.5 de n e w ile gösterilmiştir) bu da boşlukların dengede olduğu konsantrasyondur. nvwnvw GvGv nvnv n1n1 nene -TS Enerji

37 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 37 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ n v w sıcaklıkla değişmeze Sıcaklık düşünce -TS yi oluşturan tüm değerler küçülür. Azalan sıcaklık ile, entropi terimi (-TS) azaldığı için dengede olan boşluk sayısı (konsantrasyonu) da azalmaktadır. 1.Yeralan türde yerleşmiş yabancı bir atom. 2.Arayer türde yerleşmiş yabancı bir atom. 3.Arayer türde yerleşmiş ana atomlar. 4.Atom boşlukları 5.İkizler ve istif hataları 6.Tane sınırları 7.Dislokasyonlar 8.Boşluklar (döküm ve üretimden kaynaklanan porozite, çekme boşluğu vs.) 9.İnklüzyonlar. Saf bir metal kristal yapısındaki hatalar: Bu hatalar; A) Nokta hataları (1-4), B) Çizgi hataları ( 7) ve, C) Düzlem hataları (5,6), D.) Hacim hataları (8,9)

38 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 38 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. Bu güne kadar dengesel hata konsantrasyonları ölçülen metaller ve ölçüm metodları. Ölçüm teknikleri: C = Kalorimetre, D = Diferansiyel dilatometre, R = Direnç ölçümü. Nokta hataları artarsa hacim artar. Dilatometre ile nokta hataları oranı bulunabilir. Boşluk artınca yoğunluk düşer elektriksel direnç artar. Akma gerilmesi düşer. Malzemelerde sürünme meydana gelir.

39 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 39 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Kristallerde Atom Boşluklarının Hareketi Kristalde yabancı atom bulunması durumunda sıcaklık yükseldikçe schottky hatası sonucu atom boşluğu oluşur ve yabancı atom hareketi hızlanır. Video için resme tıkla

40 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 40 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Gerçek bir kristalde atom boşluklarının hareketi. TEM mikroskobu yapısı Atom Boşlukları Belirli bir sıcaklıkta kristallerde dengede olan atom boşluklarının atomlara oranı; Video-resme tıkla (2.55)

41 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 41 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. Atomun boş konuma sıçraması için aşması gerekli enerji engeli. Mesafe a qoqo Enerji Atom hareketleri, atomların boş konumlara sıçramaları sonucu oluşur. a atomu qo olan enerji engelini aşmalı, Titreşim enerjisi q o ‘dan büyük olmalı. Bir atomun qo‘ dan daha yüksek enerjiye sahip olma şansı (p);

42 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 42 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ (2.56) p = Bir atomun q o ‘a eşit veya daha yüksek enerjiye sahip olma olasılığı k = Boltzamann Sabiti, T = Mutlak sıcaklık, °K, sbt.= Bir sabit değer (2.56) aynı zamanda atomların sıçrama olasılıklarının da fonksiyonudur; (2.57) r v = Bir saniyede bir boş konuma sıçrayan atomların sayısı A = Bir sabit q o = Bir atomun aktivasyon enerjisi (enerji engelinin yüksekliği) 1 Mol Malzeme için Avagadro sayısı (N = 6.03 x 1023) (2.58) Q m = Boşluk hareketleri için gerekli aktivasyon enerjisi (kal. / mol) R = k N : Gaz sabiti (2 kal. / mol K)

43 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 43 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Eşitliğinde, A sabiti birçok faktöre bağlı. I)Boşluğun çevresindeki atom sayısı. II)Atomların titreşim frekansları. III)Malzeme mikroyapısı. (Cu) göz önüne alınarak örneklendiğinde, Cu için A = Q m = kal./ mol °K de ( Ergime sıcaklığı altı) sıçrama / san.

44 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 44 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ °K’ de (oda sıcaklığı) ise sıçrama / san °K sıcaklıkta atom boşluğu bir saniyede 30 milyar adet yer değiştirir. Oda sıcaklığında bir sıçrama 10 6 saniyede = 11 günde bir olur. Kristaldeki boşlukların dengede olduğunda atom saniyede kaç kez sıçrar? Boş konum dolu konum oranı (n v /n o ) x boşluğa bir saniyede yapılan sıçrama (2.59) r a = Bir atom tarafından bir saniyede yapılan sıçrama sayısı Daha önce görüldüğü gibi; (2.60) Önce dengesel boşluk oluşacak ve Q f aşılacak, Takiben atomlar boş konumlara sıçrayarak Q m aşılacak.

45 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 45 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Atom boşluklarından sonra en önemli noktasal hatalar 1.Arayer atomları (interstitials), 2.Çift-boşluklar (divacancies) Şekil. Bir YMK sistemde arayer atom konumları Arayer Boşlukları Arayer (Interstitial) Atomlar ve Çift-Boşluklar (Divacancies) Yeralan Alaşım (Örnek:Ni içinde Cu) Arayer Alaşım (Örnek: Fe içinde C)

46 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 46 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Noktasal hatalardan hem arayer ve hem de yeralan katı eriyikler latis distirsiyonu söz konusudur. Elementin kendi arayer yapan atomu Düzlemlerin distirsiyonu Gerçek bir kirstalde çift boşluklar. TEM yapısı. Çift atom boşlukları


"Prof. Dr. Hatem AKBULUT 1 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 25.05.2016 BÖLÜM-II ATOM BOŞLUKLARI." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları