materials characterisation techniques (mlz 222, 229 &...

1

Eskisehir Technical University - Dr. Umut Savacı

MATERIALS CHARACTERISATION

TECHNIQUES

(MLZ 222, 229 & 230)

Dr. Umut Savacı (Special Thanks to Prof. Dr. Servet Turan for lecture materials)


1

2

2



3

4

3



Kristal

Yapı

Üretim

Süreci

Özellik

Performans

Karak-ter-

izasyon

MALZEMELERİN KARAKTERİZASYONU NEDEN ÖNEMLİDİR?

Malzemelerin (ürünlerin)

tüm özellikleri MİKROYAPI tarafından belirlenir

5

6

4


WHAT?


WHAT IS IT MADE OF?

8

9

5


WHY?


FATIGUE FRACTURED AIRCRAFT PART!

10

11

6


IS IT GOOD ENOUGH?


Öğütme

Şekillendirme

Pişirme

Son şekillendirme

Ürün

SERAMİKLERİN ÜRETİMİ

Karakterizasyon

Karakterizasyon

Karakterizasyon

Karakterizasyon

Karakterizasyon

12

13

7


IS THIS REAL?


CSI ?

14

15

8


HOW?


Faz

Analizi

Görüntü

Kimyasal

Analiz

Diğer

Karakter-izasyon

Teknikleri(BİLGİ)

Kalitatif

Kantitatif

16

17

9


Nano

Piko

Mikro

Makro

60 karbon atomunun

sıralanmasıyla elde edilen

futbol topu şeklindeki

~1 nm çapında “fullerene”

molekülü, çelikten daha

güçlü, plastikten daha

hafif, elektrik ve ısıyı ileten

Uçucu kül~ 10-20 mm

Silikon atomlarıAtomlararası mesafe

0.078 nm

Karakter-izasyonun

Mertebeleri


Kırmızı kan hücreleri(~7-8 mm)

Uçucu kül~ 10-20 mm

Toplu iğne1-2 mm

İnsan saçı~ 60-120 mm100 bin nm

Karınca ~ 5 mm

Toz biti

200 mm =200 bin nm

Nanotüp elektrot

Karbon nanotüp~1.3 nm çapında

Mik

rod

ün

ya

0.1 nm

1 nanometre (nm)

0.01 mm 10 nm

0.1 mm 100 nm ~1000 atom

1 mikrometre

(mm)

0.01 mm 10 mm

0.1 mm 100 mm

1 milimetre

(mm)

1 cm 10 mm

1,000 nanometre

1000 mikron

(1 milyon nanometre)

Miikro elektromekanik aygıtlar (MEMS)

10 -100 mm genişliğinde

Doğadan esinlenerek

kendi kendine

büyüyebilen yapı

30-40 nm boyutunda

Silikon atomlarıAtomlararası mesafe 0.078 nm

DNA~2-1/2 nm

Na

no

dü

nya

Boyutlar!

60 karbon atomunun

sıralanmasıyla elde edilen futbol topu şeklindeki ~1 nm

çapında “fullerene” molekülü,

çelikten daha güçlü, plastikten

daha hafif, elektrik ve ısıyı ileten

18

19

10


Malzeme Özelliklerine Boyut Etkisi:

Seviyeler

Makroskobik seviyeMikroskobik seviyeMoleküler seviyeAtomik seviyeAtomik seviye altı

Büyük

Küçük

Karakterizasyonda bunlar

Bir arada olabilir veya

Karışık olabilir


Elektron

Işık

İyon

Diğer

Mikroskoplar

20

21

11


2D

3D

Dinamik

Elde EdilenBilgi Türleri

Atomik


Non-

Crystalline

Single

Crystal

Textured

Poly

Crystal

MATERIALS

Servet Turan, Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Eskişehir

22

23

12


WHAT DO I GET?

WHAT DO I DO?


24

25

13


Numune

Türü?

Bilgi

Türü?

Bilgi Seviyesi

Sonuç

Türü?

SORULAR

KARAR VERİCİ SORULAR


Lütfen İstenen Bilgi Türünü Giriniz?

❑ Görüntü ❑ Kimyasal Analiz ❑ Faz Analizi ❑ Hata Analizi ❑ Tane Boyutu

Lütfen İstenen Bilginin Seviyesini Giriniz?

❑ Makro ≥100 mm

❑ Mikro ≥100 nm

❑ Nano ≥10 A

❑ Piko ≤ 5 A

Lütfen İstenen bilginin nitel mi yoksa nicel mi olduğunu giriniz?

❑ Nitel ❑ Nicel

Uygun Teknik Seçimi için

Sorulması Gereken Sorular

Lütfen İncelenecek Numune Türünü Giriniz?

❑ İşlem görmemiş ❑ Kırık Yüzey ❑ Parla-tılmış ❑ Kaplanmış ❑ İnce Numune

26

27

14


CHARACTERISATION TECHNIQUES

Non-Microscobic Tech.Microscobic Tech.

Light Microscopy

Scanning Electron Micr.

Transmission Electron Micr.

Other Tech.

Thermal Analysis

X-ray Diffraction

Spectroscopic Techniques

Other Tech.

MLZ 229MLZ 230

MLZ 222


WHAT IS THIS?

28

29

15


WHAT IS THIS?


WHAT IS THIS?

Inte

nsi

ty (

cps)

30

31

16


SEM image of model porcelain fired 3 h at 1075 °C containing 50 wt% clay,

25% nepheline syenite and 25% quartz revealing quartz filler (Q), cuboidal

primary mullite (PM) and acicular secondary mullite (SM). Figure courtesy GP

Souza.

WHAT IS THIS?


CRYSTALLINE GLAZES!

32

33

17


Bu dersin sonunda öğrenci;1.Karakterizasyonu ve karakterizasyon tekniklerini tanımlayabilecektir.

1.1 Neden farklı karakterizasyon teknikleri kullanılması gerektiğini örneklerle açıklar.

1.2 Bir numunenin karakterizasyon aşamalarını detayları ile açıklar.

1.3 Farklı teknikler için farklı hazırlama teknikleri olduğunu açıklar

1.4 Numune hazırlamada dikkat edilmesi gereken noktaları tanımlayabilecektir

1.5 Numune hazırlama aşamalarını açıklar2.Işık mikroskobu çalışma prensiplerini ve tekniklerinin nasıl kullanılabileceğini

açıklayabilecektir.

2.1 Işık ile madde etkileşimi sonucu hangi sinyallerin oluşabileceğini açıklar.

2.2 Farklı ışık mikroskopları ve teknikleri olduğunu açıklar.

2.3 Mikroskop ayırma gücü nedir ve teorik ayırma gücünün neden elde edilemediğini mercek hataları ile açıklar.

2.4 Mikroskoplarla ilgili terimleri açıklar.3.Elektron mikroskobu çalışma prensiplerini ve tekniklerinin nasıl kullanılabileceğini

açıklayabilecektir.

3.1. Elektron mikroskoplarına neden ihtiyaç duyduğumuzu ve elektron ile katı madde etkileşimi sonucunda ne tür

sinyaller elde edilebileceğini açıklayabilecektir.

3.2. Elektron ile katı madde etkileşimi sonucunda oluşan sinyallerin ne için kullanılabileceğini açıklar.

3.3. Taramalı elektron mikroskoplarının ışık mikroskobundan farklarını açıklar.

3.4. Taramalı elektron mikroskobu ile numune analizini açıklayabilecektir.

3.5. Taramalı elektron mikroskobunun parçalarının ne işlev gördüğünü açıklar.

3.6. Kimyasal analiz tekniği olarak kullanılan farklı tekniklerin prensiplerini ve ne için kullanılabileceğini açıklar.

3.7. İyi görüntü ve analiz için hangi parametreleri ne yönde değiştirmesi gerektiğini açıklar.

3.8. Geçirimli elektron mikroskobu ile numune analizini açıklayabilecektir.

3.9. Geçirimli elektron mikroskobunun parçalarının ne işlev gördüğünü açıklar.


The purpose of the lecture ?

To learn the principles of the main techniques used in the

materials characterisation

To learn how to prepare samples for each technique

To learn how to decide which technique(s) to be used for

the purpose

To learn how to comment on images and graphs

46

47

18


What do I gain at the end of it ?

The student will be able to know how to characterise

any kind of sample


48

49

19


BÖLÜMDE ANLATILAN EN PAHALI DERS

Cihazın ismi Fiyatı (EURO) Kullanıcı eğitimi

için gerekli zaman

Optik Mikroskop 50.000 2 Gün

Taramalı Elektron Mikroskobu 250.000 3 Ay

Kimyasal Analiz 250.000 3 Ay

Geçirimli Elektron Mikroskobu 1.400.000 6-8 Ay

Eritici Mikroskop, FTIR 100.000 2 Gün

X-Işınları Difraktometresi 250.000 1 Hafta

X-Işınları Fluoresan Spektr. 250.000 1 Hafta

Termal Analiz Cihazları 250.000 1 Hafta

Numune Hazırlama Olanakları 300.000 1 Hafta

Toplam (Euro) 3.000.000


REFERENCE BOOKS

PJ Goodhew &

FJ HumphreysElectron Microscopy and Analysis 2007

J.I. Goldstein et al., Scanning Electron Microscopy and X-ray

Microanalysis2003

G. PetzowMetallographic Etching: Techniques for

Metallography, Ceramography, Plastography1999

D.B. Williams &

C.B. Carter

Transmission Electron Microscopy –

A Textbook for Materials Science2009

R.F. Speyer Thermal Analysis of Materials 1993

B.D. Cullity Elements of X-ray Diffraction 2001

S. Bradbury An Introduction to the Optical Microscope 1989

Materials Science on CD-ROM

http://www.ammrf.org.au/myscope/

50

51

20


ELECTRON MICROSCOPY AND ANALYSIS

Goodhew, P.J.;

Humphreys F.J)

Electron Microscopy and

Analysis (2nd Ed) Taylor & Francis, 1988

Loretto, M.H. Electron Beam Analysis of

Materials (2nd ed.) Chapman and Hall, 1984

For SEM:

Goldstein, J.I.

[et al']

Practical Scanning Electron

Microscopy Plenum Press 1975

Reimer, l. Scanning Electron Microscopy Springer-Verlag 1985

For TEM:

Williams,

D.B;Carter,

C.B.

Transmission Electron Microscopy - A

Textbook for Materials Science Plenum 1996

Hirsch, P.B. et

alElectron Microscopy of Thin Crystals

Parliament. Off.

Sci. &Tech. 1998


54

55

21


Department of Materials Science and Metallurgy

Techniques lectures:

All students are required to attend these lectures.

T1, T2 and T3 run during the Michaelmas term. T4 is held throughout the

year.

T1Termal analysis 4 lectures NAR

T2 Electron microscopy and analysis 8 lectures PAM

T3 Optical, X-ray and neutron techniques 6 lectures HJS

T4 Talks and visits 6 in total

Materials Science lecture courses - techniques

U must visit this page http://www.msm.cam.ac.uk

56

materials characterisation techniques (mlz 222, 229 &...

Documents