MATERIALS CHARACTERISATION TECHNIQUES (MLZ 222, 229 &...

1

Prof. Dr. Servet Turan

MATERIALS CHARACTERISATION

TECHNIQUES (MLZ 222, 229 & 230)

Prof.Dr. Servet Turan1966’da Şavşat-Artvin’de doğdu, İlkokul, Ortaokul ve Lise eğitimi, Şavşat, Artvin

1988’de İTÜ’de Metalurji Mühendisliği mezunu

ODTÜ ve Cambridge'de İngilizce dil kursu (1 yıl)

1990’da Leeds Üniversitesi’nde Mühendislik seramikleri" üzerine yüksek lisans

1995’de Cambridge Üniversitesi’nde doktora

1996’da Cambridge Üniversitesi’nde Doktora Sonrası Çalışma

1996 Anadolu Üniversitesi, Yard.Doç.Dr.

1999 Anadolu Üniversitesi, Doç.Dr.

2004 Anadolu Üniversitesi, Prof.Dr.

3 adet uluslararası patent

40’dan fazla lisans, 20’den fazla yüksek lisans tezi

7 adet biten doktora tezi ve 5 adet devam eden doktora tezi

100’den fazla SCI ve 60 civarında SCI dışında dergilerde yayın

Bu yayınlara SCI tarafından taranan dergilerde 900 atıf

4 yıl Anadolu Bilim ve Teknoloji Dergisi Mühendislik Alan Editörü

5 yıl Bölüm Başkan Yardımcılığı

6 yıl Fen Bilimleri Enstitüsü Müdür Yardımcılığı

8 yıl İleri Teknolojiler Araştırma Merkezi Müdürlüğü

8 yıl İleri Teknolojiler Anabilim Dalı Başkanlığı

6 yıl Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölüm Başkanlığı

3 yıl Seramik Mühendisliği Anabilim Dalı Başkanlığı

25 farklı kuruluşta mikroskopi kursu

30 civarı elektron mikroskopi ile ilgili davetli konuşma

2

Anadolu Üniversitesi, Altın ve Platin Performans Ödülü (2015, 2016, 2017, 2018)

Elginkan Vakfı Teknoloji Ödülü (2006)

Eskişehir Sanayi Odası, TEKNOLOJİ GELİŞTİRME Ödülü (2003)

Anadolu Üniversitesi, BİLİM VE TEKNOLOJİ Ödülü (2002)

TÜBİTAK, TEŞVİK Ödülü (2000) (Üniversitemizde sadece 5 kişide var)

ODTÜ Prof.Dr. M.N. Parlar Eğit. ve Araş. Vakfı, TEKNOLOJİ TEŞVİK Ödülü (2000)

İngiltere'de RMS tarafından düzenlenen uluslararası genç mikroskopçular yarışmasında

BİRİNCİLİK ve İKİNCİLİK

Milli Eğitim Bakanlığı tarafından Yüksek Lisans ve Doktora için gönderilecek adayların

belirlendiği sınavda BİRİNCİLİK

Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC) Araştırma Bursları

İngiliz Kültür Derneği (British Council), Araştırma Bursları TÜBİTAK-NATO

Araştırma Bursu

17. Uluslararası Mikroskopi Kongresi Bilim Komitesi

1. Uluslararası Mikroskopi Kongresi Bilim Komitesi

Avrupa Elektron Mikroskobu Derneği

Türk Elektron Mikroskobu Derneği

Royal Microscopical Society

Avrupa Seramik Derneği Üyesi

Türk Seramik Derneği

Türk Seramik Derneği Yönetim Kurulu Üyesi

Güney Afrika Toz Metalurjisi Derneği Ömür Boyu Fahri Üyesi

Türk Elektron Mikroskopi Derneği Başkan Yardımcısı

Prof.Dr. Servet Turan

4

Anadolu University, Materials Science & Engineering Department, Eskisehir, Turkey

Kristal

Yapı

Üretim

Süreci

Özellik

Performans

Karak-ter-

izasyon

MALZEMELERİN KARAKTERİZASYONU NEDEN ÖNEMLİDİR?

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

5

Faz

Analizi

Görüntü

Kimyasal

Analiz

Diğer


Karakter-izasyon

Teknikleri

Kalitativ

Kantitativ

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

6

Elektron

Işık

İyon

Diğer


Mikroskoplar

2D

3D

Dinamik


Elde EdilenBilgi Türleri

Atomik

7

WHAT?

WHY?

8

IS IT GOOD ENOUGH?

WHAT IS IT MADE OF?


9

IS THIS REAL?


HOW?

10

WHAT DO I GET?

WHAT DO I DO?

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

https://www.facebook.com/groups/1657111924571465/

11

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/


Dönem başında derse ilişkin amaçlar ve öğrenme çıktıları açıkça anlatıldı.

Dersin konuları Üniversite İnternet sayfasındaki ders tanıtım bilgilerine göre

işlendi.

Dersle ilgili sınavlar ve diğer değerlendirmeler öğrenme çıktılarını ölçmeye

uygundu.

Ders tanıtım bilgilerinde belirtilen yeterlikler dönem sonunda kazandırılmış oldu.

Dersler açık ve anlaşılır bir biçimde anlatıldı.

Dersin öğretim elemanı derslere hazırlıklı olarak geldi.

Dersler ilan edilen gün ve saatlere göre düzenli olarak yapıldı.

Öğretim süreçlerinde yeni öğretim teknikleri veya yeni teknolojilerden

yararlanıldı.

Derse öğrenci katılımı sağlandı.

Öğretim elemanına ilan edilen görüşme saatlerinde ulaşılabildi.

Öğrencinin değerlendirilmesiyle ilgili araçların (sınav, ödev, proje vb.) sonuçları

zamanında açıklandı.

İsteyen her öğrenciye sınav kağıtları ve cevap anahtarları notlar onaylanmadan

önce gösterildi.

Öğrencilerin derse devam konusu titizlikle izlendi.

Telafi derslerinin yapılmasına özen gösterildi.

12

WHAT IS THIS?


13

WHAT IS THIS?


WHAT IS THIS?

Energy (keV)

Inte

nsi

ty (

cps)


14

nepheline syenite and 25% quartz

revealing quartz filler (Q), cuboidal

primary mullite (PM) and acicular

WHAT IS THIS?


WHAT IS THIS?


15

WHAT IS THIS?


WHAT IS THIS?


16

WHAT IS THIS?


WHAT IS THIS?


17

5 Å

Yurdakul & Turan et al., Scripta Materialia, 65, 656 (2011)

WHAT IS THIS?


Prof. Dr. Servet Turan

MATERIALS CHARACTERISATION

TECHNIQUES (MLZ 222, 229 & 230)

18

Faz

Analizi

Görüntü

Kimyasal

Analiz

Diğer


Karakter-izasyon

Teknikleri

Kalitativ

Kantitativ

19

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

20

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


What do I gain at the end of it ?

The student will be able to know how to characterise

any kind of sample


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



22



23



24


A: Atomic Structure of Materials - Prof J A Elliott(Michaelmas Term, 6 lectures)

The atomic structure of any material is the keyfactor in understanding its physical and chemicalproperties. In principle by knowing where theatoms are, and what they are, then any propertycan be determined. Moreover, by manipulating theposition of the atoms or substituting one atom foranother then the properties of the material can bealtered in a dramatic fashion - such design at theatomic, and microstructural, level is the key tomodern materials science. In this course weinvestigate the arrangement of atoms in materials,the periodic structure and symmetry of crystalsand how best to describe the crystal structure.


C Diffraction Dr H J Stone (Michaelmas Term, 6lectures)

Diffraction techniques are essential tools in theinvestigation of the structures of materials. This coursewill cover the fundamentals of diffraction and imaging byconsidering the wave behaviour of light, X-rays andelectrons. Beginning with light, the basic concepts ofdiffraction and interference will lead us to conclusionsabout the operation of optical microscopes, and explainwhy the resolution of such microscopes is limited to themicron-plus length scale. We will then consider X-rays,an ideal radiation source with which to investigate theatomic-scale structures of solids, looking at how X-raysare produced, how they interact with matter and how thediffraction patterns formed can be detected andinterpreted. Finally we will explore how electrons(considered as waves) can provide excellent resolutionand are also able to be focussed in to an image usingelectromagnetic lenses, as the course concludes with anintroduction to electron microscopy.

25


D: MicrostructureDr S Kar-Narayan (Lent Term, 12 lectures)

The properties of any material are critically dependent upon its internalmicrostructure, as well as the arrangement of atoms in the phases present. Thismicrostructure may consist of a 'simple' grain structure, or more complex,multiphase components. Examples include precipitates in the form of alignedplatelets, 'tree-like' growths (called dendrites), and regular plates of alternatephases - all of which may exist on length scales ranging from a few atomic spacingsto many tens or hundreds of microns. In this course, microstructure formation isexplained, based on thermodynamic and kinetic factors. The effects involved areillustrated with reference to metallic alloys and ceramic materials, and anintroduction is given on how microstructural control in such systems can allow fine-tuning and optimisation of material properties.


D: Structure and Characterisation - Prof C JPickard (Lent Term, 6 lectures)

In this short course of 6 lectures we look at a number oftechniques that enable a detailed characterisation ofmaterials at the nano- and micron-scale. We start with abrief revision of some of the key aspects ofcrystallography and diffraction before moving on to howx-ray diffraction can be used to determine not only theatomic structure of crystals but can also provideimportant information about the microstructure (e.g.strain, grain size, texture, thin films). A large fraction ofthe course is focussed on how microscopy can directlyreveal microstructures, firstly using optical microscopy(e.g. bright and dark-field imaging, polarizationmicroscopy, interference contrast) to reveal features atthe micron scale and secondly scanning electronmicroscopy that provides structural and chemicalinformation at the nanoscale. The final part of the courseconsiders different kinds of spectroscopy (sometimescoupled with microscopy), such as X-ray or Ramanspectroscopy, that can provide complementaryinformation across a range of lengthscales.

26



27



28

MIT: Materials Science and Engineering

Imaging of Materials (New)

Principles and applications of imaging techniques for materials characterization including

transmission and scanning electron microscopy and scanning probe microscopy. Topics

include electron diffraction; image formation in transmission and scanning electron

microscopy; diffraction and phase contrast; imaging of crystals and crystal imperfections;

review of the most recent advances in electron microscopy for bio- and nanosciences;

analysis of chemical composition and electronic structure at the atomic scale. Lectures,

real-case studies and computer simulations.

Diffraction and Structure

Describes x-ray and neutron diffraction using Laue equations, Bragg's law, and the

reciprocal lattice. Use of Fourier transforms and series to establish relations between

intensity and distribution of scattering density. Applications to identification of

materials, texture, small angle scattering and Rietveld analysis. Determines structure

through diffraction effects: the phase problem, Patterson function, and direct methods

for phase determination. Quantitative description and refinement of atomic

arrangements.



29

MOST EXPENSIVE LECTURE!!!!

EQUIPMENT MIN. PRICE

(EURO)

NECESSARY TIME

FOR TRAINING

Light Microscope 50.000 2 Days

Scanning Electron Microscope 250.000 3 Months

Chemical Analysis 250.000 3 Months

Transmission Electron Microscope 1.400.000 6-8 Months

X-ray Diffractometer 250.000 1 Week

X-ray Fluoresan Spectrocopy 250.000 1 Week

Thermal Analysis Equipment 250.000 1 Week

Sample Preperation 300.000 1-2 Weeks

Total (Euro) 3.000.000


30

FATIGUE FRACTURED AIRCRAFT PART!


CRYSTALLINE GLAZES!


31

CRYSTALLINE GLAZES!


CRYSTALLINE GLAZES!

Anadolu University Materials Science & Engineering

32

REFERENCE BOOKS

PJ Goodhew &

FJ HumphreysElectron Microscopy and Analysis 2007

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

Microanalysis2017

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/


CHARACTERISATION CARD

Name&Surname:Number:

Name of the Material: 2024-T3 Aluminium Alloy

Property Literature Information How can you determine thisproperty? & the results

Grain Size (mm)

Grain Shape

Grain Size Distribution

Grain ShapeDistribution

Existing Phases

Quantity of Phases

Phase Distribution

Texture

Grain BoundaryPhases

Dislocations

Composition Roughly 4.3-4.5% Cu, 0.5-0.6% Mn, 1.3-1.5% Mg, half a percent of Si, Zn, Ni, Cr, Pb&Bi

33



34

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


35

Uygun Teknik Seçimi için

Cevap

Kullanılacak Teknikler: 1- SEM-EBSD (KTKK No: 004), 2-TEM-SAD (KTKK No: 025)

Numune Boyutu: İdeali 3-5 mm, daha küçükte olabilir ancak en büyük boyutu mikroskop numune haznesi belirler

Numune Hazırlama: Kesme işleminden başlayarak numune en azdeformasyona maruz bırakılmalı, son aşama da kolloidal silika ile 3-5saat parlatma sürdürülmeli, mümkün mertebe kaplanmamalı veya çokaz kaplanmalı

İlave bilgiler: 1- E-kitaptan ilgili sayfa verilecek

2- Kaynaklara yönlendirilecek


Sınav Ayrıntıları (Taslak)

Sınav Yüzdeleri

Sınav Konusu

1.Parçalı

Giriş +

Numune Hazırlama +

Işık Mikroskobu

2.ParçalıElektron Numune Etkileşimi +

Taramalı Elektron Mikroskobu +

Taramalı Elektron Mikroskobu’nda Kimyasal

Analiz

Final

Geçirimli Elektron Mikroskobu +

1. ve 2. parçalı + MLZ229

Yukarıda adı geçen konuların birlikte kullanımı

36

MİKROYAPI NEDİR?

Birim Hücre

Yer alan AtomArayer Atomu

Vida

Dislokasyonu

Taneler Arası

KırılmaTane İçi Kırılma

Tane Sınırı Fazı

TaneSınırı

Çökeltileri

Koherent

Çökeltiler

Koherent Olmayan

Çökeltiler

İkinci FazKayma

ÇizgileriKenar Dislo.


TEM

SEM

Elektron Mikroskopları

Işık Mikroskobu XRD

KARAKTERİZASYON TEKNİKLERİ

Mikroskobik Mikroskobik olmayan

Termal Analiz


MATERIALS CHARACTERISATION TECHNIQUES (MLZ 222, 229 &...

Documents

Transcript of MATERIALS CHARACTERISATION TECHNIQUES (MLZ 222, 229 &...