Dislokasyonların birleşmesi ve ayrışması

Önceki konu başlıklarında da belirttiğimiz gibi, bir dislokasyonun kristal içinde serbest bir ucunun olması mümkün değil. Bu nedenle bütün dislokasyonlar, ya tane sınırı gibi kristal dışındaki bir noktadan başlayıp, kristal boyunca uzandıktan sonra tekrar kristalin dışına çıkarak sonlanıyor; ya da kapalı devre misali bir halka yaparak (İngilizce: dislocation loop) kristal içinde yer alıyorlar.


mühendishane video
Not: Bu içeriği genişletilmiş haliyle video olarak da izleyebilirsiniz. Dersler başlığı altındaki Malzemelerin Mekanik Davranışları video listesine göz atmak için resme tıklayın.


Bu iki senaryodan farklı olarak, zaman zaman üç ya da dört dislokasyonun bir düğüm noktasında (İngilizce: node) birleştiğine de tanık olabiliyoruz. Bu işleyiş, genellikle, iki dislokasyonun bir düğüm noktasında birleşerek tek bir dislokasyona dönüşmesi şeklinde gerçekleşiyor. Dislokasyonların birleşmesiyle meydana gelen dislokasyonun Burgers vektörünü bulmak için, birleşen dislokasyonların Burgers vektörlerini toplamamız yeterli oluyor.

Benzer şekilde, zaman zaman bir dislokasyonun iki ayrı dislokasyona ayrıştığına da tanık olabiliyoruz. Bu tepkimenin meydana gelebilmesi için, ayrışma sonucunda ortaya çıkan iki dislokasyonun Burgers vektörlerinin büyüklüklerinin karelerinin toplamının, ayrışma öncesindeki dislokasyonun Burgers vektörünün büyüklüğünün karesinden küçük olması gerekiyor. Yani, matematiksel bir ifadeyle göstermek istersek, 1 numaralı dislokasyonun 2 ve 3 numaralı dislokasyonlara ayrışabilmesi için

koşulunun sağlanması gerekiyor. Bu ayrışmanın gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini nasıl değerlendirdiğimize geçmeden önce, ilk olarak Burgers vektörünün büyüklüğü ile ne kastettiğimizi kısaca açıklayalım.

Bir vektörün büyüklüğü, (İngilizce: magnitude) basitçe o vektörün uzunluğunu ifade ediyor. Bir vektörün büyüklüğünü bulmak için, geometri kanunlarından faydalanarak vektörün uzunluğunu hesaplıyoruz. Örnek olarak, a = [xyz] vektörünün uzunluğunu

ifadesi ile bulabiliyoruz. Vektör gösterimleri ile ilgili daha ayrıntılı bilgiye ihtiyaç duyan okurlar, tansörlere giriş konu başlığından faydalanabilirler.

Bir dislokasyonun iki ayrı dislokasyona nasıl ayrıştığını bir örnek üzerinden anlatalım. Aşağıdaki resimde YMK yapıda kayan bir dislokasyon gösteriliyor. Önceki konuda belirttiğimiz gibi, YMK yapıda kayma {111} düzlem ailesi üzerinde ve <110> doğrultu ailesinde gerçekleşiyor.

Şimdi bu dislokasyonun, aşağıda gösterilen şekilde 2 farklı dislokasyona ayrıştığını farz edelim.

Resimde gösterilen dislokasyonların büyüklüklerini hesapladığımızda, bu ayrışmanın gerçekten mümkün olacağını görüyoruz:

Yaptığımız bu basit değerlendirme ilginç bir noktaya işaret ediyor: YMK yapıda kayma {111} düzlem ailesi üzerinde ve <110> doğrultu ailesinde gerçekleşmesine rağmen, bu sistem üzerinde kayan bir dislokasyon yukarıdaki şekilde iki farklı dislokasyona ayrışma eğilimi taşıyor. Diğer bir deyişle, bu değerlendirme, YMK yapıda kayan dislokasyonların sürekli ayrışma eğiliminde olduğunu gösteriyor. Bu ayrışma, ayrışma sonucunda ortaya çıkan iki dislokasyonun Burgers vektörleri daha küçük olduğu için, kafes yapıda yarattıkları gerinimin de daha az olması nedeniyle gerçekleşiyor. Yani, bu tepkime sayesinde kristal enerjisini azaltabiliyor. Bu nedenle YMK yapıya sahip metallerde bu ayrışma oldukça sık karşımıza çıkıyor.

Yukarıdaki resimde (A)’da gösterildiği gibi, dislokasyon çizgisinin bir tarafında kristalin kaymış kısmı, diğer tarafında ise henüz kaymamış kısmı yer alıyor. İkiye ayrılan dislokasyonların arasında ise, kaymaya başlamış, fakat bir birimlik kaymayı tamamlayamamış bir bölge görülüyor. Temel Malzeme Bilgisi başlığı altında da bahsettiğimiz gibi, kaymayı tamamlamış bu bölgeye dizilim hatası adını veriyoruz.

Dizilim hatasına sahip bölgede bir birimlik kaymanın henüz gerçekleşmemiş olması, bu bölgeyi çevreleyen iki dislokasyonun birer birimlik kayma hareketi yaratamadığını gösteriyor. Bu iki dislokasyonun birlikte sağladığı toplam kayma bir birimlik olsa da, her bir dislokasyon kendi başına ele alındığında, yarattığı kaymanın bir birimden daha az olduğunu görüyoruz. Yani, bu dislokasyonlardan birini oluşturan eksik atom sırası bir Burgers vektörü uzunluğunda ilerlediğinde, bir sonraki atom düzleminin hizasına gelmek yerine, arada bir yerde konumlanmak durumunda kalıyor. Tam bir birimlik kayma oluşturamayan bu dislokasyonlara kısmi dislokasyon (İngilizce: partial dislocation), ya da bu dislokasyonları ilk tarif eden Amerikalı fizikçi William Shockley’e ithafen Shockley kısmi dislokasyonları (İngilizce: Shockley partials) adını veriyoruz.

Son olarak, YMK yapılarda karşımıza çıkan bir başka kısmi dislokasyon türünden bahsedelim. Yukarıda gösterilen Shockley kısmı dislokasyonarının Burgers vektörleri kayma düzlemi üzerinde, yani dizilim hatasının bulunduğu düzlem üzerinde, fakat farklı doğrultularda konumlanıyor. Kristal yapılarda, Burgers vektörü hatanın bulunduğu düzleme dik konumlanan bir kısmi dislokasyon türü daha karşımıza çıkıyor. Bu tür dislokasyonlara Frank kısmi dislokasyonu (İngilizce: Frank partial dislocation) adını veriyoruz. YMK yapıda kaymanın sadece {111} düzlem ailesi üzerinde ve <110> doğrultu ailesinde gerçekleşmesi, ve bu kısmi dislokasyonun Burgers vektörünün kayma düzlemine dik konumlanması nedeniyle, Frank kısmi dislokasyonları yapı içinde hareket edemiyor. Bu nedenle, bu kısmi dislokasyonlara hareketsiz ya da devinimsiz dislokasyon (İngilizce: sessile dislocation) adını veriyoruz. Kayma sürecine katkıda bulunmadıkları gibi, bu hareketsiz dislokasyonlar, kayan diğer dislokasyonların hareketine de engel olabiliyorlar.


Devamı: