Katı hal dönüşümlerinde çekirdeklenme

Önceki konu başlıklarında çekirdeklenmeyi sadece katılaşma dönüşümü üzerinden tarif etmekle yetindik. Çekirdeklenme, katı hal dönüşümlerinde de temel olarak katılaşma örneğine benzer bir işleyişle gerçekleşiyor. Bu konu başlığında, katı hal dönüşümlerinde karşılaştığımız şekliyle çekirdeklenmeyi katılaşmadan ayıran farklar üzerinde duracağız.

Öncelikle iki faz arasında oluşan yüzeyin enerjisinden başlayalım. Katılaşma başlangıcında amorf, yani düzensiz yapıdaki sıvı fazdan katı kristalleri çekirdeklenirken, bu iki faz arasında çok ciddi bir yapı uyumsuzluğu olduğu için, katılaşan faz hangi kristal yapıda olursa olsun aradaki yüzeyin oluşması için gereken enerji miktarı az çok sabit ve yüksek bir değere sahip oluyor. Katı hal dönüşümlerinde ise, iki fazın kristal simetrileri arasındaki farka göre, oluşacak yüzeyin enerji ihtiyacı farklılık gösterebiliyor. Eğer iki kristal yapı ölçek ve simetri açısından birbiriyle uyumluysa, oluşacak yüzey nispeten düşük miktarda enerjiye ihtiyaç duyuyor. İki faz birbirinden çok farklı yapısal özellikler sergilediğinde ise, oluşacak yüzeyin enerji ihtiyacı da o oranda artış gösteriyor.

İki faz arasındaki yapısal uyumsuzluk, çekirdeklenme sürecini farklı bir şekilde daha etkileyebiliyor. İki faz arasındaki yapısal uyumsuzluk fazla olduğunda, her iki yapıda da bir miktar gerinim oluştuğunu gözlemliyoruz. Bu gerinim malzemenin tümüne yayılarak değil, kristallerin sadece faz sınırına yakın bölgelerini etkileyecek şekilde kendini gösteriyor. Kristal yapılarda ortaya çıkan bu gerinim, çekirdeğin oluşması karşısında fazladan bir engel yaratabiliyor. Aşağıdaki resimde, iki kristal yapı arasındaki uyumsuzluğa bağlı bu gerinimin kristal yapıları nasıl etkilediği gösteriliyor.

Çekirdeklenme, katı fazdaki malzemelerde çok sayıda uygun tabaka bulunması nedeniyle hemen her zaman ayrışık işleyişle gerçekleşiyor. Bu tabakalara bir örnek olarak anafaz içindeki tane sınırlarını gösterebiliriz. Katı faz içinde bulunabilen ikinci fazların ya da diğer parçacıkların yüzeyleri de, yeni fazın çekirdeklenmesi için uygun nitelikleri taşıyabiliyorlar.


Devamı: