Malzeme Kusurları

Bugünkü yazımda, malzemelerin içindeki defect‘lerden ve dislokasyonlardan bahsedeceğim. Öncelikle defect nedir sorusuna gelecek olursak; defect, tanımı gereği kusur demektir. Kristal yapıların içinde bulunan hata, kusur ve eksikliklere genel olarak “defect” denir. Defect’lerin mukavemet (strength), elektriksel iletkenlik, ferromanyetik kaybı geciktirme gibi malzemeye güçlü etkileri vardır. Bir malzemede hata (imperfection) olduğunda; malzemenin rengi, parlaklığı ortaya çıkar. Atomik difüzyon hızlandırılabilir, mekanik ve plastik deformasyonu kontrol eder.

Kristal kusurlar boyut olarak dörde ayrılır:

Nokta Kusurları (0-D):

Bir atomun eksik olduğu veya kafes yapısında düzensiz bir yerde olduğu yerde görülür.

1. Boşluk (vacancy)
2. Öz arayer atomu (self-interstitial)
3. Yeralan atomu (substitutional)
4. Schottky
5. Frenkel
6. Color centres
7. Polarons
8. Excitons

boşluk (vacancy):

Atomun olması gereken alanın boş olması. Yüksek sıcaklıklardaki atomlar, sıkça ve rastgele olacak şekilde, boş kafes bölgelerini arkalarında bırakarak pozisyonlarını değiştirirler. Çoğu durumda difüzyon sadece boşluklar nedeniyle gerçekleşir.

öz arayer atomu (self-interstitial):

Kristal yapıda, bir geçiş boşluğuna yol alan fazladan atomdur. Öz arayer atomu diğer atomlarla aynıdır, yeralan (interstitial) atomundan bu tanımla ayrılmış olur. Metallerde düşük konsantrasyonlarda meydana gelir, çünkü bu kusurlar sıkıca paketlenmiş kafes yapısını bozar ve kristal yapıyı yüksek oranda germektedirler.

yeralan atomu (substitutional): 

kafes içindeki bulk atomlardan birinin yerini alan bu atom, diğerlerinden farklıdır. Diğer atomlarla arasındaki boyut farkı en az %15’dir.

schottky hatası:

Kristal yapılarda görülen boşluk, seramik kristallerinde Schottky hatasına benzerdir. Bir iyon mevcut değilse ve boşluk varsa, yük dengesizliğini ortadan kaldırmak için iyon yüklerinde diğer yükler ile boşluklar vardır. Stokiyometrik olarak, ihtiyaç olan anyon ve anyon boşluğu yaratılır.

frenkel hatası:

Bir atom ya da daha küçük bir iyon (genellikle katyon) kafes içindeki yerini terk ederek bir boşluk yaratır ve yakın bir yerde kalacak şekilde bir geçiş halini alır. Seramik kristallerinde görülür. Bir nevi boşluk-arayer kombinasyonu da denebilir.

Nokta kusurları şu yöntemlerle üretilir:

1. Su vererek soğutma tavlaması yapmak (quenching)
2. Işın yaymayla (irradiation)
3. İyon yerleştirmeyle (ion implantation)

Mekanik özellikler üzerindeki etkisiyse:

• difüzyon yoluyla plastik deformasyona yardımcı olur.
• dislokasyonlarla etkileşime girdiğinde akma dayanımı (yield strength) artar.
• gevrekleşmeye (embrittlement) neden olur.

Çizgi Kusurları (1-D): Bir katı içindeki bütün atom dizilerinin düzensiz olarak dizildiği çizgilerdir.

Dislokasyonlar, malzemelerin deformasyonunu açıklamaya yardımcı olur. Dislokasyon hareketi malzemelere nasıl mukavemetlendireceğini açıklar.

kenar (edge) dislokasyonu:

Atomlar arası bağlar, dislokasyon hattının yakın çevresinde önemli ölçüde bozulmaktadır. Ekstra bir atom düzleminin bir kısmıdır.

vida (screw) dislokasyonu:

Kristal boyunca uzanan bir çizgi etrafındaki sarmal atomik yer değiştirmedir.

Çizgi kusurları şu yöntemlerle üretilir:

1. Kristal büyüme
2. Deformasyon

Mekanik özellikler üzerindeki etkisiyse:

• Hareket, kesme (shear) yoluyla plastik deformasyona yol açar.
• Çizgi kusurları diğer çizgi kusurlarıyla etkileştiğinde akma mukavemeti artar.

Dislokasyonlar:

• Katı kristallerdeki çizgisel kusurlardır.
• Bir kristal parçasının başka bir kısma göre çevirisidir.

Disklinasyonlar:

• Sıvı kristallerdeki çizgi kusurlardır.
• Bir kristal parçasının başka bir kısma göre dönmesidir.

Yüzey Kusurları (2-D):

1. Tane sınırları (grain boundaries)
2. İkiz sınırları (twin boundaries)
3. Dizilme kusuru (stacking faults)

Yüzey kusurları şu yöntemlerle üretilir:

• Kristal büyüme
• Deformasyon
• Isıl işlem uygulanarak stres giderilir (annealing)

Mekanik özellikler üzerindeki etkisiyse:

• Çizgi kusurlarıyla etkileşime girdiğinde akma dayanımı artar.

Hacim Kusurları (3-D):

1. Kalıntı (inclusion)
2.  Boşlukçuk (void)

Hacim kusurları şu yöntemlerle üretilir:

• Belirli alaşımın katılaşması ve ısıl işlemle
• Faz geçişiyle
• Diğer işlem yöntemleriyle

Mekanik özellikler üzerindeki etkisiyse:

• Çizgi kusurlarıyla etkileşime girdiğinde akma dayanımı artar.
• Yayılma akışına karşı direnci geliştirebilir veya azaltabilir.

Yazı gezinmesi