Elektriksel Malzemeler

Istanbul University-Cerrahpasa
School of Engineering - EE Department
Course credit: 8 ACTS 
Course Lecturer: Dr. Aysel Ersoy Yılmaz
Course Book: Elektriksel Malzemeler ve Uygulamaları - Prof. Dr. Ayten Kuntman

Kristal Yapı

Atımların üç boyutlu uzayda belirli bir düzende dizilmeleri sonucu oluşan yapıya kristal yapı denir. Yalnızca katı maddeler için geçerlidir. Düzenli yapınını en küçük birimine birim hücre denir. Birim hücreler kristalin tüm geometrik özelliklerine sahiptirler. Doğada yedi tipte/şekilde kristal yapı vardır. Kristallerin fiziksel özellikleri yönlerine bağlıdır.

$$\text{Koordinasyon Sayısı} = \text{Bir atoma teğet komşu atomların sayısı}$$

$$\text{Atomik Dolgu Faktörü} = \frac{\text{Birim hücredeki atım hacmi}}{\text{Birim hücre toplam hacmi}}$$

Yüzey Merkezli Kübik Kristal

• Magnezyum, alüminyum, gümüş ve altın
• Koordinasyon sayısı 12'dir.
• Atomik Dolgu Faktörü 0.74'tür.
• Birim hücrede 4 atom vardır.
• $a = R \cdot 2\sqrt{2}$;  $a$ kenar uzunluğudur, $R$ ise atom yarıçapı.

Hacim Merkezli Kübik Kristal

• Krom, tungsten ve demir
• Koordinasyon sayısı 8'dir.
• Atomik Dolgu Faktörü 0.68'tür.
• Birim hücrede 2 atom vardır.
• $a = R \cdot \frac{4}{\sqrt{3}}$;  $a$ kenar uzunluğudur, $R$ ise atom yarıçapı.

Aynı maddenin farklı dizilişlerine izomer denir. Sikloalkan ve alkenler gibi. Atom bazlı değişik diziliştir. Aynı maddenin farklı kristallerine allotrop denir. Grafit ve elmas allotroplardır, kristal bazlı değişik dizilişe denir.

Endüstride ısıl işlem uygulanması polimorfolizme dayanır.

$\alpha$ Demir, ($910^{\circ}C$) HMKK $\to$ Büzüşme $\to$ $\beta$ Demir ($1400^{\circ}C$) YMKK $\to$ Genleşme $\to$ $\gamma$ Demir ($1535^{\circ}C$) HMKK.

İzotropi, moleküleri düzensiz yığılan maddelerin özelliklerinin yönden bağımsız olmasına denir. Kristallerin özellikleri ise düzlemlere ve doğrultulara bağlıdır. Buna anizotropi denir. Bu doğrultuları belirlemek için 3 parametreli miller indisleri kullanılır. Miller indisi, belirtilen doğruya paralel olan ve orjinden başlayıp kafes köşesinde son bulan vektördür.

Anizotropik Aşındırma

Kristallerin yönelimine ve doğrultusna bağlı olarak yapılan aşınmadır. Üç boyutta mikromekanik yapıların oluşturulmasında kullanılır. Bu yapıları oluşturmak için şu özelliklere sahip maddeler kullanılmaya çalışılır:

1. Aşınmaya karşı dayanıklılık
2. İyi ısıl iletkenlik
3. Mekanik direnç

Bu özelliklerin hepsine sahip olan bir madde silisyumdur. Mikromekanik yapıların oluşmasındaki en önemli yöndem silisyumun ıslak aşındırılmasıdır. Bu metotta, silisyum pul, aşındırılacak malzemenin cinsine göre değişen kimyasal çözelti içine daldırılarak aşındırılır.

Sıvı Kristaller

Sıvı kristaller, katı halden sıvı hale geçişleri bir sıcaklık aralığında gerçekleşen polimerlerdir. Bu geçiş esnasında kısmen düzenli bir ara faz oluşur. Mezofaz adlı ara fazda bulunan maddeye sıvı kristal denir.

Sıvı kristal olarak kullanılan polimerlerin erimesi $-15^{\circ}C$ ile $65^{\circ}C$ arası gerçekleşir. Katılardaki gibi, sıvı kristallerin de uzayda belli düzenleri vardır. Sıcaklık ve elektrik akımının etkisiyle bu düzenleri değişir. Bu da renk değişimine sebep olur. Sıvı kristal fazlar anizotropiktir.

• Nematik faz: Kendi içinde kayar ama paraleldirler. Bireysel dönüş vardır. Kibrik kutusuna benzerler.
• Kolesterik faz: Nematik fazın özel bir türüdür. Molekküler katman katman dönüş göstererek spiral yapı oluştururlar.
• Smektik faz: Sekiz çeşidi bulunur. Katı kristale en yakın oladır.