Seramik kristallerinde yapısal hatalar

Metal kristallerinde karşılaştığımız noktasal hataları seramik kristallerinde de gözlemliyoruz. Seramik kristallerindeki hataları ayrı bir başlık altında ele almamızın nedeni, bu kristallerde oluşan noktasal hataların, metallerden farklı olarak, kristalin elektrik yükünü etkileyebilecek niteliğe sahip olmalarından kaynaklanıyor. Kristal yapıları tek başlarına ele aldığımızda herhangi bir elektrik yükü taşımadıklarını daha önce belirtmiştik. Bu nedenle, bir seramik kristalinde tek bir atomun konumuna dair bir hata oluştuğu zaman, bu hatanın kristalin elektriksel nötrlüğünü etkilemeyecek şekilde meydana gelmesi gerekiyor.


mühendishane video
Not: Bu içeriği genişletilmiş haliyle video olarak da izleyebilirsiniz. Dersler başlığı altındaki Temel Malzeme Dersleri video listesine göz atmak için resme tıklayın.


Noktasal hatalar, kristalin elektrik yükünü etkilemeyecek şekilde, iki farklı yolla oluşabiliyor.

I – İlk olarak, kristaldeki toplam katyon ve anyon sayısında bir değişimin olmadığı, dolayısıyla elektrik yükünün nötr kaldığı hatalara bakalım. Katyonların anyonlara göre daha az sayıda elektron taşımaları nedeniyle daha küçük boyutlara sahip olduklarını daha önce belirtmiştik. Bu nedenle, kristaldeki bir katyon kendi konumundan ayrılıp diğer bir katyonun yanına kristalde çok ciddi bir gerilim yaratmadan yerleşebiliyor. Bu konum değişimi gerçekleştiğinde kristalde hem bir katyon boşluğu, hem de bir katyon arayer hatası oluşuyor. Toplam anyon ve katyon sayısında bir değişim olmadığı için kristalin toplam elektrik yükünün de değişmediği bu tür hatalara, kristallerdeki varlıklarını ilk keşfeden Rus fizikçi Yakov Frenkel’e ithafen, Frenkel hatası adını veriyoruz.

II – Kristalde bir anyon ya da katyon boşluğu oluştuğunda, zıt elektrik yüküne sahip başka bir iyonun kristalden ayrılmasıyla da kristalin elektriksel nötrlüğü korunabiliyor. Yani, her bir anyon boşluğuna karşılık bir katyon boşluğu, aynı şekilde, her bir katyon boşluğuna karşılık da bir anyon boşluğu oluşuyor. Bu hata türüne de, varlıklarını ilk keşfeden Alman fizikçi Walter H. Schottky’e ithafen, Schottky hatası adını veriyoruz. Aşağıdaki iki boyutlu kristal modeli üzerinde Frenkel ve Schottky hatalarını görebilirsiniz.


Noktasal hatalar her zaman boşluklar şeklinde değil, kristalde bulunmaması gereken yabancı atomların kristal içine yerleşmesiyle de oluşabiliyor. Metallerde gözlemlediğimiz yeralan ve arayer hatalarını, benzer şekilde, seramik kristallerinde de görebiliyoruz. Arayer hataları, arayer boşluklara sığabilecek kadar küçük atomların kristal içine sızmasıyla oluşurken, yeralan hataları, daha büyük yabancı atomların kristaldeki kafes noktalarına yerleşmesi sonucu ortaya çıkıyor.

Son olarak bir de dislokasyon adını verdiğimiz çizgisel hatalar üzerinde duralım. Dislokasyonları, metal kristallerinde olduğunu gibi, kristal yapıdaki seramiklerde de gözlemliyoruz. Fakat metal kristallerinin aksine, seramiklerdeki dislokasyonların hareket kabiliyetinden yoksun olduklarını (İngilizce: sessile dislocation) görüyoruz. Bu hareketsizlik, seramik kristallerindeki iyonlar arasındaki bağların metallere kıyasla çok daha güçlü olmasından kaynaklanıyor. Bir seramik kristalinde yer alan dislokasyonları harekete geçirebilecek kadar yüksek miktarda bir kuvvet uyguladığımızda, dislokasyon hareketi gerçekleşemeden malzemenin kırıldığını gözlemliyoruz.

Bir sonraki konu başlığında, daha yaygın olarak karşımıza çıkan amorf seramiklerin yapısı üzerinde duracağız.


Devamı:

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s