Dislokasyon

Dislokasyon ve diğer adıyla çizgisel kusur; malzeme biliminde, kristal yapıların atomsal dizilişlerinde bir çizgi boyunca görülen kusurlardır. Denge konumundan ayrılan atomlar sonucunda çizgi çevresinde artık gerilimler meydana gelir ve şekil değiştirme enerjisi depo edilir. Dislokasyonlar genellikle malzemelerin katılaşma sürecinde oluşmakla birlikte, plastik şekil değiştirme sırasında sayıları artar. Öte yandan boş köşelerin yığılması ve katı eriyiklerde görülen atomsal uyumsuzluk da bu kusurların oluşmasına sebep olabilir. Kenar dislokasyonu ve vida dislokasyonu olmak üzere iki ana dislokasyon türü vardır. Gerçekte ise bu iki dislokasyonun özellikleri bir arada görülür. Bu tür dislokasyonlara ise karışık dislokasyonlar adı verilmektedir.

Kusurların varlığı 1907 yılında İtalyan fizikçi ve matematikçi Vito Volterra tarafından ortaya atılsa da, atomik boyuttaki kusurları tanımlayan dislokasyon terimi ilk kez G. I. Taylor tarafından 1934'te kullanıldı.

Bir kristal yapıya, yarım bir atom düzleminin girmesi sonucu uygulanan basınçla birlikte, düzlemin ucundaki atomlar basıncın etkisiyle sıkışırken, düzlemin yan kısımlarındaki atomlar ise açılmaya zorlanırlar. Bu durumda minimum enerjili denge konumlarından ayrılan atomların potansiyel enerjileri artar. Bu düzensizliğin merkezi olan doğru, kenar dislokasyonu olarak adlandırılır. Dislokasyon çizgisi boyunca görülen bu yüksek enerji bölgesi, malzemenin mekanik özelliklerini büyük ölçüde etkilemektedir.

Kenar dislokasyonunun oluşturduğu kusurun büyüklüğü ve yönü Burgers çevrimi kullanılarak hesaplanır. Kusursuz bölgede bir çevrim sırasında paralel yönlerde, eşit aralıklarla ilerlenince çevrim kapanır. Eğer çember kusur içeriyorsa bu çevrimin uçları kapanmaz ve atomların arasındaki uzaklık kadar fazlalık kalır. Bu uzaklığa Burgers vektörü adı verilir.

Kristal yapıdaki bir düzlem boyunca kısmen kayma şeklinde ötelenme sonucu gerçekleşen dislokasyonlara vida dislokasyonu denir. Bu öteleme atomlar arasındaki mesafe, yani Burgens vektörü kadardır. Vida dislokasyonu boyunca alt ve üst kısımlardaki atomlar denge konumlarından farklı bir konumda olduklarından birbirlerini tam olarak karşılayamazlar. Bu sebeple dislokasyon çizgisi boyunca artık kayna gerilmeleri bölgesi oluşur ve dolayısıyla potansiyel enerji artış gösterir.

Vide dislokasyonunun oluşturduğu kusurun büyüklüğü ve yönü Burgers çevrimi kullanılarak hesaplanır. Bu bağlamda kristalin eğildiği her doğrultuda, iki atom arasındaki mesafe kadar hareket edilerek eksen etrafında 360° dönme tamamlanır. Oluşan çemberde açık kalan kısım Burgers vektörüdür ve vida dislokasyonuna paraleldir. Benzer şekilde cisimler uygulanmaya devam edilirse vida dislokasyonu çizgisi boyunca bir spiral çizilir. Oluşan bu spiral şekli sebebiyle bu tür dislokasyonlara vida ismi verilmiştir.

Gerçekte, kenar ve vida dislokasyonlarının bir arada bulunduğu karışık dislokasyonlar mevcuttur. Bu tür dislokasyonlarda dislokasyon çizgisi Burgers vektörüne paralel olup, vida dislokasyonu özelliği gösterir. İçeriye doğru ilerleyen bu çizgi yay biçiminde eğrilerek yan yüzeye çıkarken Burgers vektörüne dik konuma gelir ki bu noktada da kenar dislokasyonu özelliği gösterir.