BÜYÜME

BÜYÜME

• Çekirdeklenmeden sonra büyümenin devam edebilmesi için kristale yeni atomların katılması gerekir.Bu proses sırasında katı-sıvı arayüzeyi atomsal düzeyde belirli bir yapıya sahiptir.Düzlemli ktistallerde doğal olarak kaba olan yüksek indeksli yüzeyler gelen atomları kolayca kabul ederler.Sonuçta bu düzlemler kaybolur ve kristal daha yavaş büyüyen düşük indeksli yüzeylerle çevrilir. ( şekil 3.1 a )    
• Düzlemsiz bir kristalin  ( şekil 3.1 b) katılaşması sırasında ise,sıvıdaki atomlar yüzeyin herhangibir noktasına kolayca yerleşirler.Kristal şekli ısı ve çözünen atom yayınma alanlarının şekline bağlı olarak belirlenir.Ancak,arayüzey enerjisi gibi bazı özelliklerdeki az miktardaki anizotropi belirli kristallografik doğrultularda dendirit kollarının büyümesini sağlar.

 

Bir kristalin büyüme hızı sıvıdaki atomların büyüyen arayüzeye katılma ve ayrılma hızları arasındaki net farka bağlıdır.Atomların katılma hızı sıvıdaki yayınma hızına bağlıdır.Atomların ayrılma hızı ise atomu yüzeye bağlıyan en yakın komşu atomların sayısına (koordinasyon sayısına) bağlıdır.

Atomsal kabalık (pürüzlülük) derecesi,yüzeydeki doymamış atomsal bağların sayısı ile ifade edilir.Normal prosedür aiırı soğumanın (deltaT) bir fonksiyonu olarak arayüzey hareketinin ortalama hızını hesaplamak ve mekanizmasını belirlemek içindir.Arayüzey büyümesi üçe ayrılır.

• Normal büyüme
• Yüzey çekirdeklenmesi ile büyüme
• Hata yoluyla büyüme

NORMAL BÜYÜME

Katı-sıvı arayüzeyindeki göç tercihli yüksek açılı tane sınırlarının göçüne benzerdir.Bir atomun katı-sıvı arayüzeyindeki serbest enerji değişimi,atomların sıvıdan katıya nakledilmeleri için gerekli aktivasyon enerjisini verir.

Aktivasyon enerjisi engeli sıvı fazdaki yayınmaya benzer ve o zaman katılaşma için itici güç:

olarak verilir.Burada Lm ergime gizli ısısı,delta T arayüzeydeki aşırı soğumadır.O halde büyüme hızı;

olarak gösterilebilir.Burada k sınır hareketliliği özelliğidir ve sabittir.Normal büyüme için,büyüme hızı oldukça yüksek olabilir.K sabiti çoğu metaller için yaklaşık 1 cm.sn-1 K -1  olarak hesaplanmıştır.Böylece yüksek büyüme hızları nisbeten küçük aşırı soğumada gerçekleşir.Diğer taraftan pratikte hesaplanan büyüme hızlarında (yaklaşık 10-2 cm.sn-1 ) aşırı soğuma ölçülemiyecek kadar küçüktür.

YANA DOĞRU BÜYÜME

Bu büyüme modelinde kristal arayüzeyi düz yani düzlemseldir ve büyüme homojen çekirdekleşme ile ilerler.Disk şeklinde çekirdeklerden oluşan yani tabakalar tam bir tabaka oluşturana değin yan yana büyür.

Yana doğru büyümede büyüme hızı;

olarak verilir.Burada k ve b sabitlerdir.Teoriye göre düşük aşırı soğumalarda büyüme hızı düşüktür.

HATA YOLUYLA BÜYÜME

Burada büyüme hızı aşırı soğuma ilişkisi formülde verilmiştir.Özellikle dislokasyon ve ikiz hataları üzerinde büyüme görülür.Seramiklerde b tür büyüme fazlaca gözlenmiştir.

Büyüme büyük ölçüde metal-ametal veya seramik malzemenin dönüşüm entropisine bağlıdır.Eğer dönüşüm entropisi (sıvı-katı) 2 den azsa büyüme kolaydır.Eğer 2 den yüksekse büyüme zordur.Hata yardımı gerekir.Metallerde büyüme entropisi 2 den azdır ve normal büyüme görülür.

Seramiklerde büyüme hızı 2 den büyüktür.Hatalar yardımıyla ve tekrarlı çekirdeklenme yardımıyla büyüme görülür.