Kristal yapı hataları Noktasal hatalar

Bir kristalde yer alan atomlar her ne kadar üç boyutlu, periyodik bir simetri içinde sıralansalar da, bu düzen önceki sayfalarda bahsettiğimiz gibi kusursuz bir şekilde meydana gelmiyor. Doğada kendiliğinden oluşan ya da bizim ürettiğimiz tüm kristaller mutlaka belli bir miktarda kusur içeriyorlar. Bu kusurlar ilk bakışta kusursuz görünen bir kristal yapıda zar zor göze çarpacak kadar az miktarda olsalar bile, malzemelerin makroskopik özellikleri üzerinde çok büyük etkiler yaratabiliyorlar. Öyle ki, çoğu zaman malzemelerin bazı özellikleri üzerinde kontrol sahibi olmak için bu hataları isteyerek kendimiz yaratıyoruz. Noktasal hatalardan bahsederek başlayalım.

Noktasal hata dediğimiz zaman tek bir kafes noktasındaki, ya da bir kafes noktasının civarındaki hatalardan bahsediyoruz. Eğer kusursuz bir kristal yapı üzerinde atom bulunması gereken bir noktada atom yoksa, ya da farklı türde bir atom bulunuyorsa, ya da atom olmaması gereken bir noktada bir atom bulunuyorsa, bu hataları noktasal hata olarak değerlendiriyoruz. Şimdi kısaca bu hataların üzerinde duralım.

Eğer kristal yapı üzerinde atom bulunması gereken bir noktada atom bulunmuyorsa, bu hata türüne boşluk (İngilizce: vacancy) adını veriyoruz. Yapıdaki boşluklar özellikle yüksek sıcaklıklarda, atomlar kristal yapı içindeki konumlarını yayılımla (İngilizce: diffusion) daha sık değiştirmeye başladıkça ortaya çıkmaya başlıyor. Bu boşluklar sadece yüksek sıcaklıklarda ortaya çıkmıyor; düşük sıcaklıklarda da yapı içerisinde bu tür boşluklar bulunuyor. Fakat sıcaklık arttıkça yapıdaki boşluk miktarı da artmaya başlıyor.

Yapıda bir boşluk oluştuğu zaman bu konum sürekli boş kalmıyor. Boşluğun çevresindeki herhangi bir atom kendi konumundan ayrılıp bu boş konuma yerleşebiliyor. Sonrasında başka bir atom, bu konum değiştiren atomun konumuna geçebiliyor. Bu konum değişimleri atomların kristal yapı içinde gezinebilmesi ya da farkı türde atomların bir kristal içine sızabilmesi için büyük önem taşıyor. Bu konum değişimleriyle gerçekleşen yayılım süreçleri hakkında detaylı bilgiye Malzeme Biliminin Fiziksel Temelleri başlığı altında ulaşabilirsiniz.

Eğer bir kafes noktasında olması gereken atomdan farklı türde bir atom bulunuyorsa, bu yabancı atoma, başka bir atomun yerini alması nedeniyle, yeralan atom (İngilizce: substitutional atom) adını veriyoruz. Yeralan atomlarını, yapıda çok ciddi bir tahribat yaratmıyor olsalar da, kusursuz bir yapıda bulunmaması gereken bir durum olması nedeniyle hata olarak değerlendiriyoruz.

Eğer kafes noktaları arasındaki boş duran aralıklara bir atom yerleşmişse, bu atoma arayer atomu (İngilizce: interstitial atom) adını veriyoruz. Yeralan atomları gibi, kusursuz bir kristal yapıda olmaması gereken bir durum olması nedeniyle arayer atomlarını da birer hata olarak kabul ediyoruz. Yapı içindeki aralıklara yerleşmeleri nedeniyle, arayer atomlarının yapıyı oluşturan atomlara kıyasla daha küçük olmaları gerekiyor. Örnek olarak çelik üretiminde, bildiğiniz gibi, demiri karbonla alaşımlıyoruz. Karbon atomları demir atomlarının yaklaşık yarı büyüklüğünde oldukları için, demir atomları arasındaki arayerlere rahatlıkla sığabiliyorlar. Bu konunun girişinde hataların malzeme özelliklerini kontrol etmek için zaman zaman bilinçli olarak yaratıldıklarından bahsetmiştik. Çeliği bu duruma bir örnek olarak gösterebiliriz. Karbon atomlarının arayer konumlara yerleşmesiye demirin kristal yapısında çok miktarda hata yaratsak da, bu hatalar sayesinde çelik gibi, saf demire kıyasla çok daha güçlü bir malzeme üretmemiz mümkün olabiliyor.


Devamı: