Bolum5(PUBLIC) [Uyumluluk Modu]emreyalamac.cbu.edu.tr/wp-content/uploads/2017/11/Malzeme-Bilimi-Bolum... ·

1

1

Bölüm 5–Malzemelerde Atom ve İyon Hareketleri

2

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇHedefler

2

3

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇ İçerik Difüzyon ve Uygulamaları Atom ve İyonların Kararlılığı Difüzyon Mekanizmaları Difüzyon Aktivasyon Enerjisi Difüzyon Hızı (1. Fick Kanunu) Difüzyonu Etkileyen Faktörler Kompozisyon Profili (2. Fick Kanunu) Difüzyon ve Malzeme Prosesi

4

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇDifüzyon

Bir malzeme içinde atomların hareketidir.

1.Kendi Kendine Difüzyon2. Alaşımlarda Difüzyon

3

5

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇDifüzyon Mekanizmaları

6

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇKendi Kendine Difüzyon

4

7

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇAlaşımlarda DifüzyonAlaşımlar ve seramiklerde, benzer olmayan atomlarındifüzyonu da söz konusudur.

8

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇ

©2003

Brook

s/Cole

, a div

ision o

f Thom

son Le

arning

, Inc.

Thoms

on Lea

rning ™

is a tra

demark

used

herein

under

license

.

Alaşımlarda Difüzyon

Bakır atomlarının Nikel atomlarına difüzyonu. Sonuçta bakır atomları nikel atomları içerisine rastgele dağılır.

5

9


Boşluk Difüzyonu: Bir atom yanındaki boşluğu doldurmakiçin kendi kafesindeki yerini terk eder, orijinal kafeste birboşluk oluşturur. Difüzyon devam ettiğinde atomların veboşlukların karşıt akımı söz konusudur.

10


Malzemelerde difüzyon mekanizmaları.(a)boşluk veya yeralan atom difüzyonu(b) arayer difüzyonu

©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.

6

11


Arayer Difüzyonu: Kristalyapıda küçük bir arayeratomu varsa, atom birarayerden diğerine hareketeder. Bu mekanizmanıngerçekleşmesi içinboşluklara gerek yoktur.

12


Diğer Difüzyon Mekanizmaları: Bazen bir yer alan atomunormal kafes noktasını terk eder ve bir arayer pozisyonunagirer. Bu arayer şeklinde difüzyon mekanizması yaygındeğildir. Çünkü atom küçük arayerlere kolaylıkla sığmaz.Atomlar çok basit veya halka mekanizmasıyla da hareketederler.

7

13

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇDifüzyon Uygulamaları

14


Karbürleme prosesini kullanarak çeliğin sertleştirilme ısıl işlemi.

(Courtesy of Cincinnati Steel Treating).

8

15


©2003

Brook

s/Cole

, a div

ision o

f Thom

son Le

arning

, Inc.

Thoms

on Lea

rning ™

is a tra

demark

used

herein

under

license

.

N-p-n transistörünün şematik gösterimi.Yarıiletken malzemeler üzerinde değişik bölgelerinoluşturulmasında difüzyon önemli rol oynar.Mikroelektronik teknolojisinde bu tür transistörleringeliştirilmesi önemlidir.

16


Isıl işlem sonrası Co-Pt-Ta-Cr filmin şematik gösterimi. Isıl işlem sonrası çoğu Crtaneden tane sınırlarına difüze olur. Bu bilgisayar hard disklerinde magnetiközelliğin gelişmesini sağlar.

©2003

Brook

s/Cole

, a div

ision o

f Thom

son Le

arning

, Inc.

Thoms

on Lea

rning ™

is a tra

demark

used h

erein u

nder lic

ense.

Korozyonu önlemek amacıyla, Sıcak Daldırılmış Galvanize Parçalar ve Yapılar. (Courtesy of Casey Young and Barry Dugan of the Zinc Corporation of America)

9

17


Nikel temelli süper alaşım üstüne ısıl bariyer kaplama.

(Courtesy of Dr. F.S. Pettit and Dr. G.H. Meier, University of Pittsburgh.)

18


Örnek 1. Ar/He ve Cu/Ni difüzyonuGeçirgenliği olmayan eşit iki bölmeli bir kutudüşünün. Bir tarafta saf (Ar) gazı; diğer tarafta safHe gazı var. İki bölme arasındaki kısım açıldığındane olur ? Ar yerine Cu tek kristali ve He yerine Nitek kristali olduğu durumda ne olur ?

Ar/He ve Cu/Ni difüzyonu©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson

Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.

10

19

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇ©2

003 Br

ooks/C

ole, a

divisio

n of Th

omson

Learn

ing, In

c. Tho

mson

Learnin

g ™is a

tradem

ark us

ed her

ein

under l

icense.

Atomlar ve İyonların Stabilitesi• Arrhenius denklemi

• Q: Aktivasyon enerjisi–Reaksiyonun oluşmasıiçin gerekli enerjidir.

Arrhenius grafiği. Hızakarşı, 1/T aktivasyonenerjisini hesaplamak içinkullanılır.

20

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇÖrnek 2. Arayer Atomları İçin

Aktivasyon EnerjisiArayer atomlarının bir yerden diğer yere 500oC de 5×108 atlama/s hızla ve 800oC de ise 8 ×1010 atlama/shızla gittiği düşünülürse aktivasyon enerjisinihesaplayınız?

11

21

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇÇözüm 2.

R=1.9872041 cal K−1 mol−1

22

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇDifüzyonun Aktivasyon Enerjisi

©2003

Brook

s/Cole

, a div

ision o

f Thom

son Le

arning

, Inc.

Thoms

on Lea

rning ™

is a tra

demark

used

herein

under

license

.

12

23


24

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇDifüzyon Hızı (1. Fick Kanunu)

Difüzyon esnasındaki akış birim alanı birim zamanda geçen atom sayısıdır.

Atomların akışı(hareketi),

Homojen

13

25

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇDifüzyon Hızı (1. Fick Kanunu)

26


©2003

Brook

s/Cole

, a div

ision o

f Thom

son Le

arning

, Inc.

Thoms

on Lea

rning ™

is a tra

demark

used

herein

under

license

.

Konsantrasyon gradyantınıngösterimi.

14

27

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇSıcaklık ve Difüzyon Katsayısı

28

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇÖrnek 3. MgO’da Nikel Difüzyonu


4 Ni atom MgO kafes yapısında bulunur.

15

29

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇDifüzyonu Etkileyen Faktörler

30


©2003

Brook

s/Cole

, a div

ision o

f Thom

son Le

arning

, Inc.

Thoms

on Lea

rning ™

is a tra

demark

used

herein

under

license

.

16

31


Silisyumdaki değişik eklentilerin difüzyon katsayıları

32



17

33


34

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇÖrnek 4. Tungsten(W) Toryum(Th) Difüzyon ÇiftiSaf tungsten ve tungsten alaşım (%1 toryum içeren)

arasında difüzyon çifti oluşturuluyor. 20000C de bir kaçdakikalık proses sonunda 0,01 cm’lik bir tabaka oluşuyor.Tungsten latis parametresi 3.165 A ile HMK yapıda olup 2toryum atomu yapıda bulunur ve Toryum atomlarının akışı;

(a) difüzyon hacim difüzyonu ise,(b) tane sınırı difüzyonu ve,(c) yüzey difüzyonu olduğunda nedir?

18

35


36


©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.Metal ergime sıcaklığı arttıkça kendi kendine difüzyon için gerekli aktivasyon enerjisi artar.

19

37

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇKompozisyon Profili (2. Fick Kanunu)İkinci Fick Kanunu:

38

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇKompozisyon Profili (2. Fick Kanunu)

20

39


2. Fick kanunu gösteren atomların malzemeyüzeyine difüzyonu.


40


21

41

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇ©2

003 Br

ooks/C

ole, a

divisio

n of Th

omson

Learn

ing, In

c. Tho

mson

Learnin

g ™is a

tradem

ark us

ed her

ein un

der lice

nse.

2. Fick kanununda hata fonksiyonunu gösteren grafik.

42

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇÖrnek 5. Karbürizasyon Isıl İşleminin Tasarımı% 0,1 C içeren çelik dişli karbürizasyon işlemi ilesertleştirilmek isteniyor. Karbürizasyonda, çelik dişlileryüzeyine % 1,2 C sağlayacak bir atmosferde yükseksıcaklıkta tutulurlar. Karbon çelik yüzeyinden içeriyedifüze olur. Optimum şartlar için çelik 0,2 cm derinlikte %0,45 C karbon içermelidir. Bu optimum özelliklerisağlayacak karbürizasyon ısıl işlemini tasarlayınız?Sıcaklığın 900°C ve çeliğin YMK olduğunu varsayınız?

22

43


Karbürleme prosesini kullanarak çeliğin sertleştirilme ısıl işlemi.

(Courtesy of Cincinnati Steel Treating).

44


2. Fick kanunu gösteren Al ve Au’nın iç (karşılıklı) difüzyonu.

İç Difüzyon ve Kirkendall EtkisiBirbirine aynı zamanda difüz eden 2 tür atomun yoğunluk profilinin belirlenmesinde kullanılır.

23

45

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇDifüzyon ve Malzeme Proses

46


Sinterleme, toz metalurjisi esnasındaki difüzyonprosesidir. Atomlar temas noktalarından difüzeolurlar, boşluk (gözenek) büyüklüğünü azaltarakköprü oluştururlar.


24

47


Baryum magnezyum tantalat tozunun elektron mikroskobu görüntüsü. Elektronik parçalarda kablosuz iletişim için dielektrik rezonatör olarak kullanılırlar.

Sinterlenmiş baryum magnezyum tantalat.

48



Atomların tane sınırlarından bir taneden diğer taneye difüze olması ile tane büyümesi oluşur.

25

49


Aümina (Al2O3) seramiklerde tane büyümesi.(a)1350oC’de 150 saat sinterlenmiş.(b) 1350oC’de 30 saat.

50



Documents

Bolum5(PUBLIC) [Uyumluluk Modu]emreyalamac.cbu.edu.tr/wp-content/uploads/2017/11/Malzeme-Bilimi-Bolum... ·