Mükəmməlliyin bəzən qüsurlu ola biləcəyini bilirdinizmi?
Bu, paradoksal səslənə bilər, lakin metallurgiya dünyasinda mükəmməl kristallar öz xassələrinə dərin təsir göstərə biləcək gizli qüsurlari saxlaya bilər.
Qüsursuz görünən strukturun içində gizlənən bu mikroskopik qüsurlar metallarin gücünü, keçiriciliyini və hətta görünüşünü dəyişə bilər.
Biz kristal qüsurlarin füsunkar səltənətini araşdirarkən, mükəmməllik və qeyri-kamillik arasindaki mürəkkəb rəqsin əsiri olmağa hazirlaşin və bu gizli qüsurlarin bizi əhatə edən materiallarin mahiyyətini necə formalaşdirdiğini kəşf edin.
Mükəmməl Kristallarda hansi qüsurlar var?
Metallurgiya kontekstində mükəmməl kristal hər hansi bir nöqtə, xətt və ya planar qüsurlari olmayan bir kristala aiddir. Termodinamikanin üçüncü qanununun formalaşmasinda həlledici rol oynayan nəzəri anlayişdir.
Qüsursuz kristalda kiçik miqdarda nöqtə qüsurlarini ölçmək çətin olsa da, kristalloqrafiyada "mükəmməl kristal" termini ümumiyyətlə xətti və ya planar qüsurlarin olmamasini nəzərdə tutur.
Kristallarda qüsurlar müxtəlif termodinamik proseslər nəticəsində yaranir.
Mükəmməl kristallarda qüsurlar necə işləyir?
Metal ərintilərində mükəmməl kristallar bərkimə adlanan proses vasitəsilə əmələ gəlir. Bir metal ərintisi əridildikdə və sonra soyuduqda, ərintidəki atomlar özlərini kristal bir quruluşda təşkil edirlər.
Bu bərkimə prosesi dendritik, lamellar, iynə tipli və ya acikulyar kimi müxtəlif növ kristal strukturlarla nəticələnə bilər.
Əksər metallar və ərintilər üç ümumi strukturdan birində kristallaşir: gövdə mərkəzli kub (bcc), altibucaqli six qablaşdirilan (hcp) və ya kubik six qablaşdirilan (fcc).
Mükəmməl bir kristal, əksinə, heç bir nöqtə, xətt və ya müstəvi qüsurlari olmayan kristaldir.
Kristallarda qüsurlar istilik dalğalanmalari, söndürmə və ya kristal qəfəsin ciddi deformasiyasi səbəbindən yarana bilər. Bu qüsurlar müxtəlif formalarda ola bilər, o cümlədən nöqtə qüsurlari, xətt qüsurlari, səth qüsurlari və həcm qüsurlari.
Nöqtə qüsurlari, məsələn, boşluqlar, interstisiallar, öz-araliqlar və çirkli atomlar ən çox yayilmiş qüsur növüdür.
Dislokasiya kimi taninan xətt qüsurlari plastik deformasiyadan məsul olan birölçülü qüsurlardir.
Səth qüsurlari taxil sərhədləri və yiğma xətalar kimi iki ölçülü qüsurlardir.
Həcm qüsurlari məsamələr, çatlar, xarici daxilolmalar və digər fazalar daxil olmaqla üçölçülü qüsurlardir.
Metallurgiyada mükəmməl kristallarin xüsusiyyətləri
Mükəmməl kristallar, onlari müxtəlif tətbiqlər üçün ideal edən unikal xüsusiyyətlərinə görə metallurgiyada çox arzu edilir. Mükəmməl kristallarin bəzi əsas xüsusiyyətlərinə aşağidakilar daxildir:
- Mükəmməl kristal quruluşu: Mükəmməl kristalin qüsurlari və çirkləri olmayan ideal, dəqiq təkrarlanan nümunəsi var. Bu mükəmməl quruluş kristali fiziki, kimyəvi, mexaniki və elektron xassələri baximindan yüksək sabit və proqnozlaşdirila bilən edir.
- Yüksək safliq: Mükəmməl kristallar yüksək safdir, onlarin xassələrinə təsir edə biləcək minimum çirkləri var. Bir maddə 100% təmiz olsa belə, mükəmməl bir kristal meydana gətirmək üçün bütün atomlarin, ionlarin və ya molekullarin öz uyğun mövqelərini tapmasina imkan vermək üçün maye fazanin sonsuz yavaş soyudulmasi lazimdir.
- Anizotropiya: Kristallar şüşə və polikristallarin adətən göstərmədiyi bəzi xüsusi elektrik, optik və mexaniki xassələri nümayiş etdirirlər. Bu xüsusiyyətlər kristalin anizotropiyasi ilə əlaqədardir ki, bu da onun atom düzülüşündə firlanma simmetriyasinin olmamasina aiddir. Belə xassələrə misal olaraq piezoelektrik effekt və iki qirilma daxildir.
Bütövlükdə, mükəmməl kristallarin unikal xüsusiyyətləri onlari metallurgiyada yarimkeçiricilərin, elektron cihazlarin və yüksək performansli ərintilərin istehsalinda istifadə etmək üçün çox arzuolunan edir.
Mükəmməl Kristallarda Nöqtə Qüsurlari
Mükəmməl kristallarda heç bir qüsur yoxdur. Bununla belə, həqiqi kristallarda nöqtə qüsurlari da daxil olmaqla müxtəlif növ qüsurlar var. Nöqtə qüsurlari mükəmməl kristallarin xüsusiyyətlərinə aşağidaki yollarla əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər:
- Vakansiyalar: Atom normal kristal massivdə olmadiqda boşluq yaranir. Bu, bərk cisimdə kiçik bir boşluq yaradir. Vakansiyalar materialin elektrik cərəyanini keçirmə asanliğini, onun mexaniki möhkəmliyini, elastikliyini və çevikliyini dəyişə bilər.
- İnterstisiallar: Bir hissəcik qəfəs yerləri arasinda bir çuxura zorla girdikdə interstisial çirk yaranir. Interstitiallar materialin mexaniki gücünə və çevikliyinə də təsir göstərə bilər.
- Öz-özünə interstisiallar: Öz-özünə interstisial kristaldan bir atomdur və interstisial sahəyə yiğilir. Bu növ qüsur kristal qəfəsdə təhriflərə səbəb ola bilər və materialin mexaniki xüsusiyyətlərinə təsir göstərə bilər.
- Çirkli atomlar: Saf metaldaki çirkli atomlar da nöqtə qüsurlarina səbəb ola bilər. Bu çirklər materialin elektrik keçiriciliyi və mexaniki gücü kimi xüsusiyyətlərini dəyişə bilər.
Mükəmməl Kristallarda Xətt Qüsurlari
Dislokasiya kimi də taninan xətt qüsurlari, başqa cür mükəmməl kristalda müəyyən bir istiqamətdə uzanan bir ölçülü qüsurlardir. Xətt qüsurlari mükəmməl kristallarin mexaniki xüsusiyyətlərinə bir neçə yolla təsir göstərə bilər:
- Çatlarin başlamasi üçün bir yer təmin etməklə kristalin gücünü azalda bilərlər.
- Onlar kristalin sinmadan plastik deformasiyasina imkan verməklə onun çevikliyini artira bilərlər.
- Onlar dislokasiyalarin hərəkətinə mane olmaqla kristalin sərtliyini artira bilərlər.
- Onlar elektronlari və fononlari səpərək kristalin elektrik və istilik keçiriciliyinə təsir göstərə bilər.
Mükəmməl Kristallarda Planar Qüsurlar
Taxil sərhədləri və yiğma qüsurlari kimi planar qüsurlar metallurgiyada mükəmməl kristallarin davranişina əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər. Kristal davranişina təsir edə biləcək bəzi yollar bunlardir:
- Yiğma nasazliqlari: İstifləmə xətalari üz mərkəzli kub (fcc) materiallarda qismən dislokasiya ilə xarakterizə olunur. Onlar əkiz sərhədlərin formalaşmasi kimi kristal strukturunda dəyişikliklərə səbəb ola bilər. Əkiz sərhədlər yiğma xətalara bənzəyir və həm də qismən dislokasiya ilə xarakterizə olunur. Bu qüsurlar materiallarin mexaniki xüsusiyyətlərinə, məsələn, onlarin möhkəmliyi və çevikliyinə təsir göstərə bilər.
- Taxil sərhədləri: Əksər metallar polikristaldir və taxil adlanan çoxlu kiçik kristalitlərdən ibarətdir. Bu taxillar arasindaki interfeyslərə taxil sərhədləri deyilir. Taxil sərhədləri materiallarin mexaniki xüsusiyyətlərinə, məsələn, onlarin gücü, çevikliyi və yorğunluğa qarşi müqavimətinə təsir göstərə bilər. Onlar həmçinin materiallarin elektrik və istilik keçiriciliyinə təsir göstərə bilərlər. Metallarda və ərintilərdə taxil sərhədlərinin növləri və dərəcələri fərqli ola bilər və onlar kristal quruluşa, mexaniki xüsusiyyətlərə və digər material xüsusiyyətlərinə təsir göstərə bilər.
Kristallarda qüsurlari xarakterizə etmək
Kristallardaki qüsurlar müxtəlif üsullarla öyrənilə və xarakterizə edilə bilər. Metallurgiyada istifadə olunan bəzi ümumi texnikalar bunlardir:
- Elektron mikroskopiyasi: Bu texnika nazik kristallarin analizinə imkan verir və qüsurlarin yüksək keyfiyyətli təsvirlərini təmin edir.
- X-şüalarinin difraksiyasi: X-şüalarinin difraksiyasi kristal quruluşunu təyin etmək üçün istifadə olunur və kristal qəfəsdəki qüsurlari da aşkar edə bilər.
- Skan edən elektron mikroskopiyasi: Skan edən elektron mikroskopiya metallarda dislokasiyalar və taxil sərhədləri daxil olmaqla qüsurlari görüntüləyə bilər.
- Transmissiya elektron mikroskopiyasi: Transmissiya elektron mikroskopiyasi kristal quruluşu və qüsurlari, o cümlədən dislokasiyalar, yiğma xətalar və əkizlər haqqinda ətrafli məlumat verir.
- Riyazi təsnifat üsullari: Riyazi təsnifat üsullari kristallarda dislokasiyalar və digər qüsurlar kimi fiziki qəfəs qüsurlarini təsnif etmək üçün istifadə edilə bilər.
Mükəmməl kristallardaki qüsurlari başa düşmək metallurgiya sahəsində çox vacibdir, çünki müxtəlif materiallarin xassələrinə və tətbiqlərinə təsir edən praktik tətbiqlərə və təsirlərə malikdir. Qüsurlar gücün azalmasina, elektrik və istilik keçiriciliyinin azalmasina səbəb ola bilər, kimyəvi reaksiyalari kataliz edir, işiq emissiyasinin səmərəliliyinə nəzarət edir, elektrik və istilik xüsusiyyətlərini tənzimləyir, elektrik xüsusiyyətlərini yaxşilaşdirir və bir çox materialin xüsusiyyətlərinə və tətbiqinə təsir göstərir.
Tədqiqatçilar bu qüsurlari öyrənmək və xarakterizə etməklə, metallurgiyada xüsusi tətbiqlər üçün materiallarin xassələrini necə manipulyasiya etmək və optimallaşdirmaq barədə fikirlər əldə edə bilərlər.
Əsas fikirlərin ümumiləşdirilməsi
Beləliklə, biz mükəmməl kristallar və onlarin təbiətin bu qüsursuz möcüzələri olmasi haqqinda danişdiq. Amma icazə verin sizə bir şey deyim ki, ağlinizi başindan alsin. Özünüzü gücləndirin, çünki mən sizə bəzi ciddi biliklər aşilamaq üzrəyəm.
Təsəvvür edin: bir muzeyi gəzirsiniz, gözəl bir kristal heykəltəraşliğa heyran olursunuz. O qədər mükəmməl, o qədər safdir ki, onun qüsursuz gözəlliyinə heyran olmaya bilmirsən. Ancaq burada bir şey var - o heykəl, nə qədər mükəmməl görünsə də, əslində qüsurlarla doludur. Bəli, məni düz eşitdiniz. Mükəmməl kristalda qüsurlar. Ağilsizliqdir, elə deyilmi?
Görürsən, mükəmməllik gülməli bir şeydir. Biz bunu çox vaxt bu əlçatmaz ideal, yalniz xəyallarimizda mövcud olan bir şey kimi düşünürük. Amma realliqda mükəmməllik sadəcə bir illüziyadir. Bu, öz qüsurlarimiz haqqinda özümüzü daha yaxşi hiss etmək üçün yaratdiğimiz bir quruluşdur. Və heç bir yerdə bu kristallar dünyasindan daha aydin deyil.
Kristallar, nüvələrində atomlarin təkrarlanan nümunələrindən ibarətdir. Mükəmməl bir kristalda isə bu naxişlar heç bir fasilə və nizamsizliq olmadan əbədi olaraq davam edərdi. Amma təxmin edin nə? Real dünya belə işləmir. Əslində, kristallar qüsurlarla doludur - əks halda qüsursuz quruluşu pozan kiçik qüsurlar.
Bu qüsurlar müxtəlif formalarda ola bilər. Nöqtə qüsurlari var, burada bir atom əskik və ya yersizdir. Bir sira atomlarin yerində olmadiği xətt qüsurlari var. Və sonra kristalin xarici təbəqəsi lazim olduğu qədər hamar olmayan səth qüsurlari var. Bu, heç vaxt bitməyən gizlənqaç oyununa bənzəyir, qüsurlar daim bizim aşkarlanmaqdan yayinmağa çalişir.
Ancaq burada bir şey var: bu qüsurlar utanmali və ya gizlədiləcək bir şey deyil. Əslində, kristallari bu qədər cazibədar edən onlardir. Onlar hər bir kristalin özünəməxsus xarakterini, izah etmək üçün öz hekayəsini verirlər. Bu qüsurlar olmasaydi, kristallar darixdirici, vahid strukturlardan başqa bir şey olmazdi. Onlara həyat verən, onlari qüsursuz şəkildə mükəmməl edən qüsurlardir.
Beləliklə, növbəti dəfə bir kristalla qarşilaşdiğiniz zaman daha yaxindan baxin. Onu sadəcə qüsursuz bir şah əsər kimi deyil, qüsursuzluğun gözəlliyinin sübutu kimi qəbul edin. Qüsurlari qəbul edin, onlari qeyd edin və mükəmməlliyin həddən artiq qiymətləndirildiyini xatirlatmağa icazə verin. Axi həyati maraqli edən, onu yaşamağa dəyər edən qüsurlardir.
Bununla da, dostlar, sizi bu fikirlə baş-başa buraxiram: bəlkə, bəlkə də, kamillik can atmaq deyil, sorğu-sual ediləcək bir şeydir. Bəlkə də bizi həqiqətən biz edən qüsurlardir. Odur ki, çölə çixin və öz qüsurlarinizi qəbul edin, çünki onlar sizi öz qeyri-kamil şəkildə mükəmməlləşdirən şeylərdir.
Bağlantilar və istinadlar
- Kristalloqrafiya və Kristal Qüsurlari Anthony Kelly və Kevin Groves tərəfindən
- Prof. Dr. Wolfgang Kinzelbach tərəfindən "Kristallarda qüsurlar" mühazirə kursunun ssenarisi
- 12.4: Brüs Averill və Patricia Eldredge tərəfindən Ümumi Kimya: Prinsiplər, Nümunələr və Tətbiqlər kitabinin Kristallarda qüsurlar bölməsi
- Çarlz Kittel tərəfindən "Bərk cisimlər fizikasina giriş" kitabinda "Kristal qüsurlari" bölməsi
Mövzu ilə bağli məqaləm:
Mükəmməl kristal nədir və niyə onlar yoxdur?
Paylaşın...
