Malzeme Karakterizasyonu ve X Işınları Mikroyapısal Görüntüleme ve Tanı 2 MİKROYAPISAL GÖRÜNTÜLEME & TANI PROF. DR. ŞADİ KARAGÖZ KOÜ METALURJİ & MALZEME MÜHENDİSLİĞİİÇERİK I. KONVANSİYONEL GÖRÜNTÜLEME (FOTOGRAFİ)) I.1. Fotoğrafçılığa Giriş I.1.1. Işık Duyarlılığı ve Gümüşhalojenür Katmanlar I.1.2. Fotografik Emulsiyon ve Renk Duyarlılığı I.2. Filtre Teknikleri I.2.1. Filtre Faktörleri I.2.2. Değişik FiltrelerİÇERİK I.3.Film Yapısı ve Fotografik Kavramlar I.3.1. Film Yapısı I.3.2. Netlik ve Netlik Testi I.3.3. Duyarlılık ve Kontrast I.3.4. Tane Boyutu ve Dağılımı I.4.Sensitometriye Giriş I.4.1. Sensitometri Kavramları I.4.2. Gradasyon, Kararma Eğrisi ve Negatif Yoğunluğu I.4.3. Kontrast Kavramları ve Ölçümü I.4.4. DIN ve ASA Duyarlılık Standartları I.4.5. Işıklandırma ve Işık Ölçümü I.4.6. Işık Fotonları ve Elektronlarla Elde Edilen Kararma Eğrileri İÇERİK I.5. Renkler I.5.1. Giriş I.5.2. Dijital Renklerin Oluşturulması ve Basılması II. DİjİTAL GÖRÜNTÜLEME II.1. Temel Terminoloji II.1.1. Dijital Görüntü Formatları II.2. Görüntü Yakalama (Capture) II.3. Tarayıcı ile Görüntü Yakalama II.3.1. Kamera ile Görüntü YakalamaİÇERİK II.4. Geleneksel Fotoğraflardan Dijital Fotoğraflara Geçiş II.5. Dijital Görüntüleme Prosesi II.6. Baskı Teknolojileri II.7. Görüntü Tasarımı II.7.1. Görüntü Formatı II.7.2. Görüntü Okuma II.7.3. Görüntü Alanında Yer Semboliği II.7.4. Perspektif ve Netlik Derinliği İÇERİK III. METALOGRAFİ III.1. Metalografi Teknikleri III.1.1. Numune Hazırlama Yöntemi III.1.2. Numune Hazırlama III.1.3. Dağlama ve Dağlama Ayraçları III.1.4. Renkli Metalografi III.1.5. Makro ve Mikro İncelemeİÇERİK IV. IŞIK MİKROSKOBU IV.1. Işık Mikroskobisinde Esaslar IV.2. Donanım IV.2.1. Objektif ve Okular IV.2.2. Mercek Hataları IV.2.3. Aydınlatma IV.3.Kontrast Oluşumu ve Görüntüleme IV.3.1. Aydınlık alan aydınlatması ile kontrast IV.3.2. Karanlık alan aydınlatması ile kontrast IV.3.3. Polarize ışık kontrastı IV.3.4. Faz kontrast yöntemi IV.3.5. Enterferans kontrastıİÇERİK V. TARAMA ELEKTRON MİKROSKOBU V.1. Elektron Mikroskobisinde Esaslar V.2. Elektron-Numune Etkileşimi V.3. Optik Düzenek ve Mercek Hataları V.4. Donanım V.5. Kontrast Oluşumu V.6. Elektronmetalografik Uygulamalar V.6.1. Fraktografik Uygulamalar V.6.2. Diğer Uygulamalar İÇERİK VI. GÖRÜNTÜ ANALİZİ VI.1. Görüntü Analizinin Temelleri VI.2. Görüntü Analiz Yöntemleri VI.3. Otomatik Görüntü Analiz Cihazları VI.4. Numune Alma ve Hazırlama VI.5. Malzeme Biliminde UygulamalarıKonvansiyonel Görüntüleme (Fotografi) Fotografçılıktaki Gelişmeler ? Dr.Johann Heinrich Schulze (1727) : gümüş nitrat ve tebeşir karışımının güneş ışığı altında karardığını keşfetmiştir. ? Sonrasında Daguerre gümüş bileşikleri ile çalışmıştır. Gümüş kaplanmış Cu plakasına iyot buharı etkileştirip yüzeyde yüksek ışığa duyarlı gümüş iyodür tabakası oluşturmuştur. ? İngiliz Talbot, önce gümüşklorür tabakaları, sonra ise kağıttaşıyıcı üzerinde gümüşbromür tabakaları ile çalışmıştır. Mum ile transparan hale getirilen kağıt negatiften pozitif kopyalamak mümkün olmuştur. ? 1850 li yıllarda taşıyıcı kağıt yerine cam kullanılmış ve bu transparan taşıyıcı üzerine kolodyum (jelatin) kütlesi yardımıyla gümüş tuzları üzerine sürülmüştür. ? Dr. Maddox (1871): kuru plaka sistemini bulmuştur. Bu sistem, üzerinde jelatin süspansiyon içinde gümüş bromür tuzunu içeren cam plakasıdır. Konvansiyonel Görüntüleme Işık Duyarlılığı ve Gümüşhalojenür Katmanlar ? Gümüş (Ag) ile halojen elementleri olan klor (Cl), brom (Br) ve iyot (I) bileşikleri olan gümüşhalojenür tuzları veya gümüşhalojenürler ışık duyarlıdır. Tablo 1.1. Görüntü fotoğrafçılığında kullanılan gümüş tuzlarının reaksiyonları ve bu tuzların ışık duyarlılığı.Konvansiyonel Görüntüleme Işık Duyarlılığı ve Gümüşhalojenür Katmanlar ? Gümüşün valans elektron sayısı 1, bromun ise 7 dir. Oktet (kararlılık) prensibine göre gümüş halojen elementlerine 1 elektron vererek pozitif yüklü iyon haline geçer (Şekil 1a). ? Brom ise 1 elektron alarak negatif yüklü iyon haline geçer. Böylece iyon bağı sonucu gümüşbromür (tüm gümüşhalojenürlerde benzer bir şekilde) kristali oluşur (Şekil 1b). (a) (b) Şekil 1.1. Gümüş halojenür bileşiklerine örnek; AgBr kristal yapısı.Konvansiyonel Görüntüleme Işık Duyarlılığı ve Gümüşhalojenür Katmanlar Işıklandırma etkisi sonucu gümüşün indirgenmesi ? Işık fotonu brom iyonunda saçılır. ? Enerji Br?dan bir elektronun serbestleşmesini sağlar ? Bu elektron yabancı atom çevresinde toplanır ve olgunlaştırma çekirdeğinin çevresinde negatif yüklü bir alan oluşur. ? Nötr konumdaki Br atomu pozitif yüklü gümüş iyonları tarafından oturduğu yerden ötelenir ve jelatine doğru hareket eder. ? Olgunlaştırma çekirdeğinin çevresinde negatif yüklü alan Ag+ yı çeker. Bu gümüş negatif yükü alarak nötrleşir. ? Oluşan bu gümüşe fotolitik Ag denir. ? Işığın etkisinin devamıyla sürekli fotolitik gümüş oluşur. ? Kristal son durumunda saf Ag atomlarından oluşur ve siyah Ag noktacığı olarak görünür. Buna kararma adı verilir. Konvansiyonel Görüntüleme Işık Duyarlılığı ve Gümüşhalojenür Katmanlar (a) (b) Şekil 1.2. Işık etkisi altında gümüş halojenür kristal kafes reaksiyonuKonvansiyonel Görüntüleme Işık Duyarlılığı ve Gümüşhalojenür Katmanlar Developman Prosesi ? İşlem kimyasal olarak kısaca banyo olarak adlandırılan çözelti desteğiyle yapılır ? Kısa süreli bir ışıklandırmayla fotoğrafik primer proses başlatılır. ? Böylece kristal içi düşük bir miktarda fotolitik gümüş oluşur; ancak kristalde yeterli görüntü enformasyonu vardır. ? Kimyasal olarak yapılan developman işleminde kristalin varolan ışıklandırması milyon misli artırılarak tüm kristalin atomar gümüşe dönüşümü sağlanır. ? İndirgeme karakteristiği taşıyan developman maddeleriyle ışıklandırılmış kristale elektron verilir ve olayın devamı elektrolitik yolla yapılır. ? Kimyasal yolla gerçekleştirilen developmanda ışıklandırılmamış veya yeteri derecede ışıklanmamış kristalde hiç bir dönüşüm görülmez. ? Sonuçta ışıklandırma süresi yaklaşık 8-10 h ten saniyenin birkaçyüzde biri seviyesine (fotoğraf çekmede) ve bir-iki dakikaya (developman süresi) indirgenir.Konvansiyonel Görüntüleme Işık Duyarlılığı ve Gümüşhalojenür Katmanlar ? Yarı ton fotoğrafçılığında görüntü etkisi, tabaka içi indirgenen değişik gümüş miktarıyla oluşur. ? Transparan taşıyıcı üzerine dökülmüş olan fotografik emulsiyon belirli bir kalınlığa sahiptir. ? Bu tabaka içinde gümüşhalojenür kristalleri gelişigüzel bir şekilde üstüste yığılı bir konumda bulunur. ? Böyle bir filmle bir objenin fotoğrafı çekildiğinde obje değişik şekilde ışık reflekte eder. ? Aydınlık motif yöreleri fazla ışık yansıtırken az aydınlık yöreler düşük ışık yansıtır ve koyu yerler ise hiç ışık yansıtmazlar. ? Çok ışık, fotografik emulsiyon tabakasında daha derine etki yapar ve çok kristali ışıklandırırken, az ışık fotografik emulsiyon tabakasında daha yüzeysel etki yapar ve az kristal ışıklandırır. ? Derin tabaka etkisinde developman sonucu daha fazla üstüste dizili duran fotolitik gümüş ve böylece daha kuvvetli kararma elde edilir.Konvansiyonel Görüntüleme Işık Duyarlılığı ve Gümüşhalojenür Katmanlar Şekil 1.3. Emülsiyon tabakasında ışık kuvvetine bağlı olarak Ag taneciklerinin dönüşümü.Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı Fiziksel Olgunlaşma & Kimyasal Sensiblasyon ? Fotografik emulsiyon üretiminde saf gümüşhalojenür kristalinin ışık duyarsız olduğu ve böylece fotokimyasal efektin gerçekleşmediği gözönünde tutulur. ? Bu nedenle kristal kafesi bozunuma uğratılmak zorunluluğundadır. Arzulanan kafes hataları fiziksel olgunlaşma yoluyla gerçekleşir. ? Bu amaca emulsiyonun ortalama 60 ºC?de uzun süre ısıtılması sonucu ulaşılır. ? Ek bir duyarlılık artırımı, olgunlaştırma çekirdeği üretimi ile gerçekleşir. kimyasal sensiblasyon olarak adlandırılan bu işlemde jelatinin ağır metal iyonlarıyla (Au, Ag, Hg, Se) kontaminasyonu sağlanır.Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı Optik Sensiblasyon ? Gümüşhalojenür kristallerinin ışık duyarlılığı yalnız 500 nm altı dalga boyunda (mavi, mor ve ultraviyole ışık) geçerlidir. ? Tüm ışık tayfı doğrultusunda preparasyondan geçmemiş gümüşhalojenür kristalli fotografik tabakalar renk körüdür. Bu nedenle bazı boya pigmentlerinden faydalanılır. ? Bazı renk maddeleri uzun dalga boylu ışığı (yeşil ve kırmızı) absorbe ederek absorpsiyon enerjisini gümüş halojenüre iletir. Böylece gümüşhalojenür kristali tüm dalga boyunca ışık duyarlılığı gösterir. ? Bazı boya maddelerinin fotografik emulsiyona katkısı, optik sensiblasyon olarak adlandırılır.Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı ? Fotografik emulsiyonun renk duyarlılığını tasarımlamak amacıyla ilk etapta göz duyarlılığının bilinmesi gerekir. Şekil 1.4. Işık spektrumu ve göz algılama eğrisi. Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı İnsan gözü açısından renk duyarlılığı ? İnsan gözü her renge karşı eşit duyarlılıkta değildir. ? Genelde göz 400 ile 700 nm arasını renk olarak ve tüm bu dalga boylarının toplamını beyaz ışık olarak algılar. ? Göz en büyük duyarlılığını 570 nm de, yani sarı-yeşil için gösterir. Bu nedenle sarı ve yeşil gözümüz için en aydınlık renktir, mor ve kırmızı ise zayıf, yani koyu olarak algılar. ? Bir siyah-beyaz filmde sarı ve yeşil açık gri olarak, mavi ve kırmızı ise koyu gri olarak görünecektir.Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı Ag-halojenürler açısından renk duyarlılığı ? Işık duyarlı Ag-halojenür kristalleri yalnızca kısa dalgalı ışınıma, yani ultraviole ve maviye duyarlıdır. Bu nedenle yalın haliyle kullanımda gözümüzün renk duyarlılığını aynen veremez. ? Benzer duyarlılık amacıyla bazı renk maddelerinin mikronaltı kristalciklerinin Ag- halojenür kristallerinin yüzeyine absorbe edilmesiyle bu kristaller uzun dalga boyuna da duyarlı hale getirilir. ? Optik sensibilizasyon olarak adlandırılan bu işlemde renk pigmentleri uzun dalgalı ışınımı absorbe ederek kısa dalgalı enerjiye çevirir ve böylece Ag-halojenür kristallerinin göz benzeri duyarlılığa sahip olmasını sağlar.Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı Çeşitli sensibilizasyona sahip film malzemeleri ? Optik sensibilizasyon işlemi görmemiş malzeme, sensibilize edilmemiş (duyarlaştırılmamış) malzemedir. Bunlar yalnız siyah-beyaz reprodüksiyonda kullanılabilir (örn: siyah-beyaz kağıt malzemesi; yeşil, turuncu ve kırmızı karanlık oda ışığında işlemlenebilir). ? Ortokromatik malzeme yeşile sensibilize edilmiş malzemedir. Orijinalde kırmızı yoksa veya kırmızı özellikler koyu olarak verilmek istenirse bu film tipi kullanılır. Bu filmler karanlık odada kırmızı ışıkta işlenebilir. ? Pankromatik filmler ise tüm spektruma sensibilize edilmiştir ve ideal göz eğrisine benzer. Bu filmler karanlık odada yalnız karanlıkta işlenebilir. ? Enfraruj duyarlı malzeme ise maviye sensibilize edilmemiş malzeme gibi duyarlıdır ve ayrıca kırmızıya ve yakın enfraruja duyarlıdır. Bu filmlerle de pankromatik filmler gibi tamamen karanlıkta çalışmak gerekir.Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı Şekil 1.5. Değişik duyarlılıktaki filmlerin karakteristik algılama eğrileri.Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı Şekil 1.6. Kodak filmleri için sensibilizasyon eğrileri.Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı Spektralfotometre ? Bir emulsiyonun tayf (spektral) duyarlılığı Spektralfotometre ile belirlenir. ? Ölçüm sürecinde prizma yardımıyla beyaz ışık ayrıştırılır ve oluşan spektrum, transparan bir gri skala dan geçirilerek denenecek katmana projekte edilir. ? Deney tabakasının renk hassasiyetine göre - developman sonrası- gri skalanın aydınlık veya karanlık gri değerleri aynı kararma (negatif yoğunluğuyla) ile oluşturulur. ? En düşük kararma noktalarının bir doğru ile birbirine birleştirilmesiyle spektral- duyarlılığın fonksiyon eğrisi bulunur. ? Bu tür teknik data, prospektlerde filmin yanında verilir. Ancak ışık kaynağının cinsine göre spektral bileşimi değişir. Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı ? Günışığının kırmızı, yeşil ve mavi miktarları eşitken suni ışıkta kırmızı miktarı oldukça kuvvetlidir. Işık kaynağına göre ışığın spektral kompozisyonu değiştiği için sensibilasyon eğrisinin ışık kaynağına göre verilmesi gerekir. Şekil 1.7. Spektral fotometrik esaslar.Konvansiyonel Görüntüleme Fotografik Emulsiyon & Renk Duyarlılığı Şekil 1.8. Gri skala ve renk skalası.Konvansiyonel Görüntüleme Filtre Teknikleri Filtre kullanımı esasları ? Renk filtrelerinin kullanımıyla bir film malzemesinin renk duyarlılığı geniş sınırlar içersinde etkilenir. ? Bir filtre kendi rengini geçirir, karşıt rengini absorbe eder. ? Pozitif üzerinde filtre kendi rengini daha aydınlık, karşıt rengini ise daha karanlık gösterir.Konvansiyonel Görüntüleme Filtre Teknikleri (a) (b) Şekil 1.9. Değişik filtre kullanımı ile görüntü gri tonunun saptırılması (a) Sarı filtre, (b) Yeşil filtreKonvansiyonel Görüntüleme Filtre Teknikleri (c) (d) Şekil 1.9. Değişik filtre kullanımı ile görüntü gri tonunun saptırılması (c) Kırmızı filtre (d) Mavi filtreKonvansiyonel Görüntüleme Filtre Faktörleri ? Filtreler düşen ışığın belirli bir miktarını absorbe ettikleri için filtre kullanımında ışıklandırma süresinin artırılması gerekir. ? Işık transmisyon (ışık geçirgenliği) miktarı ve filtrenin yoğunluğuna göre değişik ışıklandırma uzatma faktörleri vardır; buna kısaca filtre faktörü adı verilir. ? Genelde filtre üreticileri, değişik filtrelerinde günışığı ve suni ışık ile değişik sensibilize film malzemeleri için geçerli uzatma faktörlerini prospektlerinde sunarlar. ? Işıklandırma süresi bu faktörle direkt çarpılarak filtre kullanımındaki doğru ışıklandırma süresi bulunur.Konvansiyonel Görüntüleme Değişik Filtreler ? Filtrelerin transmisyon (geçirme) ve absorpsiyon (soğurma) karakteristikleri, absorpsiyon eğrileriyle gösterilir. ? Bu eğrilerde değişik renk miktarları (x-ekseni) için yüzde geçirgenlik (y-ekseni) saptanır. ? Değişik filtre grupları içersinde en önemlileri renk filtreleri ile özel filtrelerdir.Konvansiyonel Görüntüleme Değişik Filtreler ? Sarı filtre, (faktör 1.5-2) ultraviyole ve mavi ışığı absorbe eder. Genelde fotografik emulsiyonların artırılmış mavi duyarlılığını dengelemek için kullanılır. Şekil 1.10. Sarı filtre etkisi (maviyi soğuruyor). Konvansiyonel Görüntüleme Değişik Filtreler ? Turuncu filtre, (faktör 2-5) ultraviyole, mavi ve mavi-yeşil ışığı absorbe eder. Genelde uzak mesafe görüntülerinde kontrast filtresi olarak kullanılır Şekil 1.11. Turuncu filtreKonvansiyonel Görüntüleme Değişik Filtreler ? Kırmızı filtre, (faktör 4-16) kırmızı dışında tüm renkleri absorbe eder. Kırmızı filtre ile günışığında ay ışığı fotoğrafları bile çekilir, çünkü gökyüzü hemen hemen siyah olarak görünür. ? Yeşil ve sarı-yeşil filtre, (faktör 2-8) mavi ve kırmızı ışığı absorbe eder. Genelde çeşitli yeşil renk tonlarına sahip arazi görüntülerinde kullanılır. ? Mavi filtre, (faktör 2-10) yeşil ve kırmızı ışığı absorbe eder. Genelde optik mikroskoplarda suni ışığın kuvvetli olan kırmızı ışık miktarı azaltılır.Konvansiyonel Görüntüleme Değişik Filtreler (a) (b) (c) Şekil 1.12. Değişik renk filtrelerinin algılama etkileri.Konvansiyonel Görüntüleme Değişik Filtreler Özel Filtreler ? Özel filtrelerde ise değişik kullanım alanları bulunur. ? Ultraviyole ışınımı hem aydınlık miktarını ölçü değerine göre artırır, hem de netliği bozar. Bu nedenle günışığı fotoğrafçılığında UV (ultraviyole ışığı) perdeleme filtresi ve Skylight filtreleri kullanılır. ? Parlak, metalik olmayan cisimlerde ise refleksleri ortadan kaldırmak için polarizasyon filtresi kullanılır.Konvansiyonel Görüntüleme Değişik Filtreler Karanlık Oda Filtreleri ? Karanlık oda filtreleri ise fotografik malzemenin sensibilizasyon eğrileri doğrultusunda seçilir. Fotoğraf malzemesinin sensibilizasyon eğrisi, o malzemenin karanlık odada hangi ışıkta işlemleneceğini gösterir. Şekil 1.13. Ortofilm sensiblizasyon eğrisiKonvansiyonel Görüntüleme Değişik FiltrelerKonvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik Kavramlar ? Önceleri emulsiyon katmanını taşıyıcı olarak seluloz kullanılmış, gelişme süreci içersinde tamamen yanmayan plastikler, örneğin asetilseluloz, polikarbonatlar ve polivinilklorür (PVC) doğrultusunda kullanılmıştır. ? Cam plakalar ise az sayıda ve yalnız bilimsel amaçlı olarak kullanılmaktadır. ? Duyarlılık ve film tipine göre emulsiyon katmanının kalınlığı 5-20 ?m dir. ? Olgunlaşma prosesi ile ilişkili olarak düşük duyarlı katmanlar ince taneli gümüşbromür kristalleri içerir, tane boyutu dağılımı oldukça incedir. ? Yüksek duyarlı katmanlar ise ince taneli gümüşbromür kristalleri içerir, ancak tane boyutu dağılımı oldukça kabadır. ? Işık duyarlı Ag-halojenür kristallerinin ortalama boyutu 0,2-2 ?m dir. 1m2 filmde 5-10 g Ag kullanılır; bunun sonucu olarak katman içi yaklaşık 20 tane üstüste dizilmiş olur. Konvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik Kavramlar Netlik ve Netlik Testi ? Netlik fotografide öncelikli önem taşıyan kavramlardan biridir. ? Malzeme bilimlerinde ise fazlararası geçiş netliği, özellikle görüntü analizinde doğru sonuç eldesi açısından hayati önem taşır. ? Netlik kavramıyla ilgili olarak kontrast, ayırma gücü ve netlik derinliği kavramlarının da bilinmesi gerekir. Konvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik Kavramlar ? Kontrast ( ?h), bir objenin çevresi ile aydınlık farkı sonucu oluşur. (%) 0 0 1 h h h h ? ? ? ? Burada h1 objenin aydınlık değeri, h0 çevrenin aydınlık değeridir. ? Gri ton fotografide maksimum kontrast beyaz (aydınlık)-siyah (karanlık) arasındadır.Konvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik Kavramlar ? Ayırma gücü (rezolusyon), birbirinden ayırdedilebilen en küçük iki nokta aramesafesidir. ? ? ? sin n A d ? ? ? ? (ışık) dalga boyudur (günışığı: 400-700 nm, enfraruj ışık: 700-3000 nm, ultraviole ışık: 200-400 nm) ? n kırılma sayısı ? ? ise yarı objektif giriş açısıdır. ? Bu bağıntı ışık mikroskopları için esastır. ? Gözümüzün ayırma gücü ancak ortalama 0.7 mm dir. ? Netlik derinliği ise bir fokus aralığındaki tüm objelerin net olarak görüntülendiği mesafeyi verir.Konvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik Kavramlar Konvansiyonel fotoğrafçılık açısından netlik kavramı ? Netlik, öncelikle emulsiyon yapısı ve özellikleri doğrultusunda tane boyutu dağılımı ile belirlenir. Ancak ışıklandırma ve developmanın da oldukça büyük etkileri vardır. ? Örneğin aşırı ışıklandırma, görünür tane boyutunu büyütür. Uygun developman yöntemi ve banyosu seçimiyle tane boyutu inceltilebilir. ? Netlik için etkin bir ölçü olan ayırma gücü için fotografide kullanılan bir tanımlama Kodak firması tarafından saptanmıştır.Buna göre ayırma gücü, ışık duyarlı bir tabakanın aramesafesi ve kalınlığı aynı olan veri bir seri paralel çizgileri varolan kontrastla ayırdederek görüntüleme yeteneğidir. Konvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik KavramlarKonvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik Kavramlar ? Dış fotoğrafçılıkta ayırma gücü ölçümü için bir test objesi (Siemens yıldızı) aşağıdaki şekilde sunulmuştur. Yıldızın merkezinde oluşan gri dairenin çapı, ayırma gücünün bir ölçüsüdür. Şekil 1.14. Siemens test objesi.Konvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik Kavramlar Duyarlılık ve Kontrast ? Film duyarlılığıyla kontrast arasındaki ilişki son derece açıktır. ? Düşük duyarlı, ince taneli bir film kontrastça daha zengindir. Katmanının kalınlığında yalnız tek tane içeren bir filmde ışıklandırma enformasyonu var veya yok tarzı bir fonksiyondur. ? Digital fotografide de aynı olan görüntü oluşumu sonucu bu tür bir enformasyonda gri basamaklamada yalnız beyaz-siyah oluşur. ? Katmanının kalınlığında üstüste birçok tane içeren yüksek duyarlı filmde ise tüm gri basamaklama net olarak ortaya çıkar. Bu nedenle yüksek duyarlı filmler yalnız az ışık durumundan öte büyük kontrast gösteren objelerde kullanılır; böylece obje kontrastı da azaltılmış olur.Konvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik Kavramlar (a) (b) Şekil 1.15. Örnekleme; a) Değişik duyarlı filmlerde gri basamaklama. b) Eşdeğer kağıt gradasyonuna tab edilmiş iki farklı duyarlılıkta film Duyarlılık ve KontrastKonvansiyonel Görüntüleme Film Yapısı & Fotografik Kavramlar Tane boyutu & dağılımı ? Düşük duyarlılıklı film ince ve homojen bir tane yapısına sahipken yüksek duyarlılıklı film kaba ve heterojen bir tane yapısına sahiptir. ? Tane yapısının önemi, ışıklandırma sonucu tanenin vizuel (görünür) görüntü enformasyonu taşımasından gelir. ? Ancak sonradan da göreceğimiz gibi tane boyutu dağılımı, developman banyosunun bileşimi ve uygulama şekli ile ilişkilidir. ? Örneğin aşırı ışıklandırma ve uzun ışıklandırma süresinin yanısıra forse edilmiş developman da tane boyutunu artırır. Ayrıca kullanılan kağıt gradasyonunun da etkisi bulunmaktadır.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Sensitometri ? Sensitometri olarak adlandırılan bilim dalı, fotografik katmanlar üzerine ışığın fiziksel ve kimyasal etkilerinin ölçümüyle ilgilenir. ? Sensitometri, duyarlılık ölçümü olarak tercüme edilebilir.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Sensitometri kavramları ? Işık şiddeti (I) : Işık enerjisi Candela (cd) ile ölçülür: 1 cd, 1/60 cm2 yüzeyli ışık yansıtıcısının platinin ergime noktasında (1770 ?C) 1 saniyede verdiği ışık enerjisine eşittir. Pratikte suni ışık kaynağından çekilen akıma bağlı olarak da verilir; yaklaşık olarak 2 Candela 1 Watta eşittir. ? Işık akımı (A) : Noktasal ışık kaynağının gönderdiği ışık Lumen (lm) ile ölçülür. 1 lm, 1 cd ışık şiddetindeki kaynağın 1 steradyan?lık uzay açısına (1/4 ? . tüm küre yüzeyi) gönderdiği ışık akımıdır.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Sensitometri kavramları ? Işıklandırma şiddeti (I, exposure intensity): Herhangi bir cisme düşen ışık enerjisidir ve Lux (lx) ile ölçülür. 1 lx, 1 lm?lik ışık akımının 1m uzaktaki 1 metre karelik alanı aydınlatmasıdır. 1 saniyedeki 1 lx?lik ışık gücü: t A I lx.s ster ? ? . 1 A I ster. = pratikte IKonvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş (a) (b) Şekil 1.16. a) Sensitometrik birimler, b) Kararma eğrisi.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Kararma Eğrisi ? Fotoğrafçılıkta emulsiyon tabakasının kararması, ışık gücünün lineer bir fonksiyonudur. Işıklandırma ile kararma ilişkisini açık olarak ortaya koyan eğrilere kararma eğrisi adı verilir. ? Burada ışıklandırma logaritmik olarak ölçülür. ? Kararma eğrisinin eğimi ? ile gösterilir; eğim açısıyla kararma eğrilerinin karakteristikleri verilir. ? Eğrinin ? değerinin yüksek olması, çok az ışıklandırma artışıyla negatifte yoğun kararma elde edildiğini gösterir. Bu karakteristik kontrastça zengin (sert) çalışan fotografik materyala özgüdür. ? Düşük ? değerinde ise kontrastça fakir (yumuşak) çalışan fotografik materyal bulunur. Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Gradasyon ? Daha sert eğimli bir eğride gri basamaklama sert bir şekilde yansıtılırken daha düşük eğimli bir eğride gri basamaklama yumuşakça yansıtılır. ? Varolan bir kontrastı yansıtma yeteneğine gradasyon denir. ? Fotografik kağıt gradasyonu 0-5 arası olup (yumuşak-normal-sert arası) işlemleme karakteristiğini yansıtır.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Şekil 1.17. Sensitometrik birimlerin açıklanması.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Transparanz ? Transparanz (geçirgenlik): Fotografik bir katmanın transparanzı negatiften geçen ışığın (Id) düşen ışığa (I0) oranıdır. 0 I I T d ? ? Tamamen transparan katmanın transparanzı 1 dir. ? Pozitifte bu değer anlaşılır nedenle ölçülmez. Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Opasite ? Transparanz değerinin tam tersi de ölçülebilir; buna opasite (O) denir. ? Opasite değerlerinin büyük olması nedeniyle logaritmik olarak verilir. T O 1 ?Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Yoğunluk (Negatif Yoğunluğu) ? Bir film kararmasının optik yoğunluğunun belirlenmesi, tipik bir yoğunluk ölçer olan densitometre ile gerçekleşir. ? ? ? ? ? ? ? ? ? d I I D 0 log D : yoğunluk (negatif yoğunluğu)Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Şekil 1.18. Densitometre cihazı.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Şekil 1.19. Tipik bir kararma eğrisini oluşumu.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Reel kararma A : negatifin tipik yoğunluğu (sis oluşumu), bu nedenle kararma sıfırda başlamaz. B : basamak değer, filmin duyarlılığı için direkt bir ölçü B-C : düşük ışıklandırma kısmı C-D : en önemli kısım; eğrinin lineer kısmı ve x-y arası lineer ilişkiyi veren kısım D-E : aşırı ışıklandırma sonucu omuz oluşumu E-F : solarizasyon, normal emulsiyonlarda kısmen oluşur. Şekil 1.20. Reel bir kararma eğrisi.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Gama değeri & ölçümü ? Kararma eğrisindeki lineer kısmın eğimi ölçülür. Normal dış fotoğrafçılıkta ? = 0.6-0.8 değerleriyle çalışılır, böylece geniş bir ışıklandırma alanı kazanılır. ? Teknik fotoğrafçılıkta kontrastın tarifi için genelde Gamma değeri kullanılır. Öncelik fazların kontrastı olduğu için mümkün yüksek sertlikte ( ? ? 1.0) çalışılır. Şekil 1.21. Gamma, ? değerinin gösterimiKonvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Kontrast indeksi (CI) ? Normal fotoğrafçılıkta doğru kararma dışında gölge ve ışık porsiyonları da (yüzdesel miktar) önemli olduğu için Kodak bu değeri piyasaya sürmüştür. Gamma değerini Şekil 1.22 de gölge ve ışık yörelerine uyguladığımızda tamamen yanlış değerler elde ederiz. Şekil 1.22. Gölge ve ışık yörelerinin ? değerleri.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Kontrast indeksi (CI) ? Kontrast indeksi, bir kararma eğrisi üzerinde alt noktası sis üstü 0.2D, üst noktası 2log ışıklandırma ünitesiyle bulunan ve bu iki nokta arası çizilen doğrunun eğimidir. ? tan ? CI Şekil 1.23. Kontrast indeksinin ölçümü.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Kontrast ölçümü ? Agfa firması da kontrast ölçümü için Kodak benzeri bir Beta değeri, ( ?) oluşturmuştur. ? Beta değeri,bir kararma eğrisi üzerinde alt noktası 0.1 D, üst noktası 1.5 log ışıklandırma ünitesiyle bulunan ve bu iki nokta arası çizilen doğrunun eğimidir. ? ? tan ? Şekil 1.24. ? değerinin ölçümü.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Forse edilmiş developman ? Artan developman süresiyle kontrast artmaktadır; bu işlem forse edilmiş developman olarak adlandırılır. Şekil 1.25. Devolopman zamanı ile ? ilişkisi. Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Developman banyosu – developman süresi – kontrast indeksi ilişkisi Şekil 1.26. Değişik devolopman banyolarının kontrast karakteristikleri.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Gri skala test serisi ? Standart bir sis değerinde optimal gradasyon ve duyarlılık sağlayabilmek için firmalar gri skala test serisi gerçekleştirirler. Şekil 1.27.Optimal gradasyon ve duyarlılık eldesi için gri skala test serisi. Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Uzun süreli bir test söz konusu iken ? İlgili eğri kollektifinde başlangıçta gradasyonun sürekli arttığı, aynı zamanda duyarlılığında arttığı ancak sis miktarının çok az arttığı görülmektedir. ? Maksimal Gamma değerine erişmek için gerekli zamanın üstüne çıkıldığında sis çok güçlü olarak artar. Şekil 1.28. Forse edilmiş developman (kararma eğrisi değişimi).Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Doğru ışıklandırma söz konusu iken : ? Az ışıklandırmada obje çerçevesi kararma eğrisinin ilk çıkış bölgesine girer ve kontrastlar tamamen zayıflar, detay kaybolur. ? Aşırı ışıklandırmada, obje çerçevesi kararma eğrisinin omuz kısmına gelir ve aşırı sert gölgeler oluşurken ışıklararası fark yumuşar ve zor ayırdedilebilir bir konuma gelir. Ortalama gradasyon için eğim tekrar azalır. 1.29. Doğru ışıklandırmanın gösterildiği kararma eğrisi. Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş DIN ve ASA Duyarlılık Standartları ? Klasik fotoğrafçılıkta film duyarlılığı aşağıda belirtilen iki standart ile ifade edilir. ? DIN (Deutsche Industrie-Norm; Alman Endüstri Standartı) ? ASA (American Standard Association; Amerikan Standart Cemiyeti)Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Işıklandırma & ışık ölçümü ? Işıklandırma ölçümü pozometre ile gerçekleştirilir. Fotoğrafı çekilmek istenen objeye doğru yönlendirilen ışıkölçer ile selektif ışık ölçümünde objenin ortalama gri değeriyle çalışılır. ? Objenin en aydınlık noktasının seçimi yetersiz ışıklandırmaya neden olur. ? Objenin en karanlık noktasının seçimi aşırı ışıklandırmaya neden olur. Ortalama gri değerde yapılan ölçüm ise orijinale en yakın görüntüyü vermektedir (a) (b) (c) Şekil 1.30. Değişik noktalarda ışık ölçümü ile görüntüleme (daireler ölçüm yerini gösterir) a) En aydınlık ölçüm yeri, b) En karanlık ölçüm yeri, c) Ortalama bir gri değerKonvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Şekil 1.31. Şekil 1.30 da ölçülen değerlerin kararma eğrisi üzerinde gösterimi.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Işık fotonları ve elektronlarla elde edilen kararma eğrileri (a) b) Şekil 1.32. Elektronlarla (a) ve ışık fotonlarıyla (b) elde edilen kararma eğrileri.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş Işık fotonları ile elektronların negatif film üzerine etkisi Şekil 1.33. Film üzerine ışık ve elektron hüzmelerinin etkileri.Konvansiyonel Görüntüleme Sensitometriye Giriş TEM filmi için kararma eğrileri (a) (b) Şekil 1.34. a) artan ışıklandırmanın etkisi: daha yüksek kontrast ve artırılmış sinyal/gürültü oranı. b) artan developman zamanının etkisi: forse edilmiş developman ile yalnız daha yüksek kontrast.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler ? Renklerin görülebilmesi için aşağıda tanımlanan 3 temel elemana gereksinim duyulur. (1) Işık (2) Aydınlatılmış nesne (3) Gözlemci / Göz Şekil 1.35a. Renk olgusu: renklerin algılanmasıKonvansiyonel Görüntüleme Renkler ? Gördüğümüz renkler, ışığın şiddeti ve ışığın spektral (tayfsal) içeriği tarafından etkilenmektedir. ? Düşük aydınlanma seviyelerinde nesneler daha az renklidir. Günışığında ise daha fazla renk, daha yüksek kontrast ve doygunluk görülür. Şekil 1.35b. Işık yoğunluğunun renkler üzerine etkisiKonvansiyonel Görüntüleme Renkler ? Renk spektrumu (tayfı) insan gözünün görebildiği enerjinin dalgaboyu aralığını gösterir. ? Dalgaboylarındaki değişim görülen renkleri değiştirir. Newton?ın prizmasında gördüğü gibi beyaz ışık, görülebilir sprektrumdaki tüm renklerin karışımıdır Şekil 1.35c. Beyaz ışık karakteristiğiKonvansiyonel Görüntüleme Renkler ? Aslında “beyaz” olduğu düşünülen ışık kaynakları spektral dağılımda farklılık gösterir. ? Bir ışık kaynağı olarak gökyüzü (güneş ışınlarının atmosferden geçmesi olarak düşünülebilir) mavimsi beyazdır. ? Tungsten ampüller, sarımtırak beyaz ışık üretir. ? Kritik renk değerlendirmelerinde renk kaymalarını engellemek için özel standardize edilmiş ışık kaynakları kullanılır Şekil 1.36a. Beyaz ışığın ışık kaynaklarına göre değişimi.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Işık kaynağının renk sıcaklığına bağlı olarak değişimi Şekil 1.36b. Işık kaynaklarının renk sıcaklıkları. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Renk vericiler ? Işık göze ulaşmadan önce, izlenen nesnedeki renk vericiler (colorants) tarafından değiştirilir. ? Görüntülerin üretilmesinde kullanılan renk vericiler, pigmentler ve boyalardır. Şekil 1.37a. Nesnelerin renkli olarak algılanması.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Işık – nesne etkileşimi ? Işık bir nesneye çarptığında, dalgaboyları yansıtılabilir (refleksiyon), soğurulabilir (absorpsiyon) veya geçirilebilir (transmisyon). Şekil 1.37b. Nesne-ışık etkileşimi. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler İnsan gözünün renkleri algılaması ? Göze ulaşan ışık dalgaları, henüz tam olarak anlaşılamamış olan karmaşık görme prosesini harekete geçirir. ? Retina içindeki koniler, renk tonları ve parlaklığa duyarlıdır. Çubuklar ise yalnızca parlaklığa karşı duyarlıdır. Üç koni tipi, dalgaboylarına karşılık vererek insanların gördüğü tüm renkleri oluşturur. Şekil 1.38. İnsan gözünün renkleri algılaması.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler ? Renk algılama, görüntüyü çevreleyen tonlar ve renklerden de etkilenir. ? Şekil 1.39?deki sol ve sağ tarafta yer alan renkli kareler aynıdır. ? İnsanlar renk algılama yetersizliklerine de sahip olabilir. Şekil 1.39. Renklerde artalan etkisi. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler ? Gözle algılanan renk ve renk hassasiyetinin net olarak açıklanabilmesi için aşağıda yer alan üç terimin tanımlanması gerekmektedir. (1) Ton (hue) (2) Doygunluk (saturation) (3) Parlaklık / aydınlık (lightness / brightness)Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Renk tonu (hue) ? Günlük kullanımlarda kırmızı, yeşil, mavi vb. ile tanımlanmaktadır, siyah, beyaz ve gri "renkler" de "renksiz" olarak tanımlanmaktadır. ? Keskin bir tanıma göre renk tonu renkliyi renksizden ayıran bir özelliktir. Bir nesneye “kırmızı” dendiğinde o nesnenin sahip olduğu renk tonu kastedilmiş olur. Şekil 1.40a. Renklerin temel karakterisitiğinden biri renk tonudur.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Doygunluk (saturation) ? Doygunluk beyaz öğenin bir ölçüsüdür. Bir rengin doygunluğu, rengin yoğunluğunu ifade eder. Şekil 1.40a. Renklerin temel karakterisitiğinden biri doygunluktur.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Aydınlık (lightness / brightness) ? Aydınlık ışık dalgasının amplitudu (genliği) tarafından belirlenmektedir. ? Aydınlık/parlaklık, yansıyan veya geçirilen renkteki ışık miktarını ifade eder Şekil 1.40a. Renklerin temel karakterisitiğinden biri doygunluktur.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Munsell renk düzenleme sistemi (a) (b) (c) Şekil 1.41. (a) Munsell renk düzenleme sistemi (b) iki boyutlu ve üç boyutlu renk sisteminin gösterimi (c) üç boyutlu sistemin z ekseni: aydınlık.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler CIE kromatisite diyagramı (renk üçgeni) (a) (b) (c) Şekil 1.42. (a) Renk değeri hesaplaması (b) CIE kromatisite diyagramı (c) renkmetre sistemi.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Spektralfotometre ? Bu aygıt, dalgaboylarını renk tayfı boyunca örnekler. (a) (b) (c) Şekil 1.43. (a) Sprektralfotometre cihazı ve çıktı diyagramı (b) asetat filmi ile monitör arasındaki renk kapasitesi farkı (c) baskı sistemleri arasındaki renk kapasitesi farkı.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler (a) (b) (c) Şekil 1.44. a) Aynı renk çeşitlerini ve bütünleyici renkleri gösteren doğrular içeren renk üçgeni. b) Renkler, herbir renk çeşidinin bulunduğu yerleri gösterir. Burada E renksiz noktadır. c) Renk cetvelinde toparlanan renk çeşitlerini ve doygunluk eğrilerini içeren renk üçgeni. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Dijital renklerin oluşturulması ve basılması (a) (b) (c) Şekil 1.45. (a) Renklerin kökeni: boyalar ve pigmentler (b) Eşsiz renk karışımları (c) 15. yy renkli kalıpla baskılama teknikleri.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler ? İlk renkli fotograf, eklemeli renk prensiplerini göstermek amacıyla James Clerk Maxwell tarafından çekilmiştir. (a) (b) (c) Şekil 1.46. (a) Maxwell?in ilk renkli fotoğrafı (b) Renkli fotografide renklerin eldesi (c) Sürekli ton görüntüsü.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler ? 1880?lerde yarı-tonlu ekranların gelişimi, renkli görüntülemeyi sağlayan büyük bir adım olmuştur. ? Bu ekranlar, renk ve ton derecelerini iyi bir şekilde kopyalayabilen küçük, yarı tonajlı noktalar oluşturuyordu. (a) (b) (c) Şekil 1.47. (a) Yarı tonlu ekranlar (b) Renkli baskılama prosesi (c) Mürekkepler kullanılarak üretilen ilk renkli baskılar.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Renkli televizyonda görüntü oluşumu (a) (b) Şekil 1.48. (a) Renkli televizyonda görüntü oluşumu (b) Bilgisayar monitöründe dijital verilerden görüntü oluşumu. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Renklerin kopyalanması ? Eklemeli ve çıkarmalı renk karıştırma, renklerin kopyalanması için iki temel yöntemdir. (a) (b) (c) Şekil 1.49. (a) Renk oluşturmada toplamalı ve çıkarmalı iki sistem (b) Toplamalı sistem (c) Ana renklerden ara renklerin eldesi.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Çeşitli renklerin eldesi (a) (b) (c) Şekil 1.50. (a) Toplamalı sistemde yeşil ve mavi karışımı ile “cyan” rengi eldesi (b) Kırmızı ve yeşil karışımı ile sarı renk eldesi (c) Kırmızı ve mavi karışımı ile “magenta” rengi eldesi.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler TV? de eklemeli renk sistemi (a) (b) (c) Şekil 1.51. (a ve b) Televizyon ekranında toplamalı sistemle elde edilen renkler (c) Görüntülemede kullanılan filtreler.Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Filtreler (a) (b) (c) Şekil 1.52. (a) Yeşil filtre yeşil ışığı geçirir ve “magenta” rengini absorbe eder. (b) Kırmızı filtre kırmızı rengi geçirir ve “cyan” rengini absorbe eder. (c) Mavi filtre ise mavi ışığı geçirir ve sarı rengi absorbe eder. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Çıkarmalı renk sistemi (a) (b) (c) Şekil 1.53. (a) Toplamalı ve çıkarmalı sistemlerin farkı (b) Her iki sistemin ana renklerinin renk üçgenindeki konumları (c) Çıkarmalı sistemin ana renkleri ve tamamlayıcıları arasındaki konum ilişkisi. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Soğurma (a) (b) (c) Şekil 1.54. (a) “Magenta” renkli boyanın beyaz ışıktan yeşili soğurması (b) “Magenta” ve “Cyan” renklerinin beyaz ışıktan yeşil ve kırmızıyı soğurması (c) “Magenta”, “Cyan” ve sarı renkli boyaların beyaz ışığı tamamen soğurması. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Çıkarmalı renk sistemi (a) (b) (c) Şekil 1.55. (a) Çıkarmalı sistemde birincil renklerden ara renklerin eldesi, (b) Üç birincil renkle kağıt üzerinde her türlü renk elde edilebilir, (c) Kağıt üzerindeki renkler filtre görevi görür. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Üç renk prosesi (a) (b) (c) Şekil 1.56. (a) Üç renk prosesinde boya kalınlığı ile renk tonları belirlenebilir, (b) Bu proseste kırmızı, yeşil ve mavi renkleri kullanılmaz, (c) Toplamalı sistemin birincil renklerinin iki tanesi absorbe edilirken, çıkarmalı sistemin sadece bir rengi absorbe edilmektedir. Konvansiyonel Görüntüleme Renkler Eklemeli ve çıkarmalı sistemlerin renk kapasitelerinin karşılaştırılması (a) (b) Şekil 1.57. (a) Toplamalı sistemi kullanan monitörle çıkarmalı sistemi kullanan yazıcının renk kapasitelerinin karşılaştırması, (b) Her sistem kendi birincil renklerini üretmede daha başarılı sonuçlar vermektedir. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Dijital Görüntüler ? Dijital görüntüler; fotoğraflar, el yazıları, basılmış metinler ve sanat eserleri gibi dökümanlardan veya bir sahneden çekilmiş elektronik enstantanelerdir. ? Dijital görüntü noktaların veya görüntü elemanlarının (pikseller) iki boyutlu bir matrisi şeklinde örneklenir ve haritalanır. ? Herbir piksele, ikili kod cinsinden tanımlanan bir ton değeri atanır. ? Herbir piksel için 0 ve 1?lerden oluşan ikili düzendeki rakamlar, bir düzen içerisinde bilgisayar ortamında kaydedilir. ? Bu ikili rakamlar görüntüleme veya baskı için analog bir versiyonunun üretilmesi amacıyla bilgisayar tarafından okunur ve yorumlanır. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Dijital Görüntüler Şekil 2.1. Çift tonlu bu görüntüde herbir piksele bir ton değeri atanmıştır: siyah için 0, beyaz için 1. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Çözünürlük / Ayırma gücü ? Çözünürlük, ayırma gücü veya rezolusyon olarak da adlandırılır ve hassas uzaysal detayı ayırt edebilme yeteneğidir. ? Örneklemenin yapıldığı bir dijital görüntüde uzaysal frekans (örnekleme frekansı), çözünürlüğün çoğunlukla iyi bir göstergesidir. ? Bu durum, dijital görüntülerin çözünürlüğünü ifade etmede kullanılan inç başına nokta (dpi: dots-per-inch) veya inç başına piksel (ppi: pixels-per-inch) terimlerinin yaygın ve eşanlamlı olmalarının nedenidir. ? Genel olarak, fakat sınırlar dahilinde, örnekleme frekansının artırılması, çözünürlüğün de artırılmasına yardımcı olur. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Çözünürlük / Ayırma gücü Şekil 2.2. Bir görüntünün “zoom”lanmasıyla görüntüyü oluşturan pikseller görülebilir. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Piksel cinsinden boyutlar ? Piksel cinsinden ifade edilen bir görüntüdeki yatay ve dikey ölçüm sonuçlarıdır. ? Bu boyutlar, yükseklik ve genişliğin, dpi (yani çözünürlük değeri) ile çarpılmasından belirlenebilir. ? Bir dijital fotoğraf makinesi yatay ve düşey olarak piksel sayısı olarak ifade edilen boyutlara sahiptir (örneğin 2048?e 3072 gibi). ? 300 dpi çözünürlükte taranmış, 8”×10” lik bir döküman, 2400 piksele (8”×300 dpi) 3000 piksel (10”×300 dpi) boyutlarındadır. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Renk Derinliği ? Renk derinliği herbir pikseli tanımlamak için kullanılan rakamların sayısı ile belirlenir. ? Daha büyük renk derinliği, daha fazla –gri veya renk– tonu sayısı sağlar. ? Dijital görüntüler, siyah/beyaz (çift tonlu), gri veya renkli olabilir. Şekil 2.3. Soldan sağa, 1 bitlik çift tonlu, 8 bitlik gri, 24 bitlik renkli görüntüler. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Renk Derinliği ? Çift tonlu bir görüntü, iki tonu gösterebilen (tipik olarak siyah ve beyaz), tek rakamlı piksellerle oluşturulur. Bu durumda beyaz bir piksel için 1 ve siyah bir piksel için 0 (veya tam tersi) kullanılır. ? Gri bir görüntü, tipik olarak 2?den 8 veya daha fazlasına kadar olan bir aralıktaki çok rakamlı (0 ve 1?lerden oluşan 8 haneli bir rakam dizisi gibi) bir bilgi yığını ile ifade edilen piksellerden oluşturulur. ? Renkli bir görüntüde, tipik olarak 8?den 24 veya daha fazlasına kadar olan bir aralıktaki bir renk derinliği oluşturulur. 24 bitlik bir görüntüde bitler üç gruba bölünür: kırmızı için 8, yeşil için 8 ve mavi için 8. Bu rakamların kombinasyonları diğer ara renklerin oluşturulmasında kullanılır. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Renk DerinliğiDijital Görüntüleme Temel Terminoloji Dinamik Aralık ? Bir görüntüdeki en açık ve en koyu pikseller arasındaki ton farkı aralığıdır. Dinamik aralık otomatik olarak, ton sayısı ile ilişkili olmasa da, daha yüksek dinamik aralık ile potansiyel olarak daha fazla renk tonu oluşturulabilir. Şekil 2.4. Üstteki görüntü daha geniş bir dinamik aralığa, fakat sınırlı sayıda renk tonu sayına sahiptir. Alttaki görüntü ise daha dar bir dinamik aralığa, fakat çok daha fazla sayıda renk tonuna sahiptir: üstteki görüntünün açık ve gölgeli kısımlarındaki detay kaybına dikkat ediniz. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Dosya Boyutu ? Taranacak dökümanın yüzey alanının (yükseklik×genişlik) renk derinliği ve çözünürlüğün karesi ile çarpımından hesaplanır. ? Görüntü dosyası boyutu byte (1 byte = 8 bit) cinsinden olduğu için bu rakamı sekize bölmek gerekecektir. ? Bu durumda dosya boyutu için birinci formül şöyledir: Dosya Boyutu = (yükseklik × genişlik × renk derinliği × dpi ) / 8Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Dosya Boyutu ? Eğer piksel cinsinden görüntü boyutları verilmişse, bu durumda yatay ve düşey olarak piksel boyutlarını birbiri ile ve renk derinliği ile çarparak da görüntü boyutu hesaplanabilir. ? Dolayısıyla dosya boyutu için ikinci formül şöyle özetlenebilir: Dosya Boyutu = (piksel cinsinden boyutlar × renk derinliği) / 8 ? Dosya boyutunun ifade edilme düzeni: Dijital görüntüler çok büyük dosya boyutlarında olduklarından genellikle 210 (1024) ve katları cinsinden kısaltılırlar:Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Sıkıştırma ? Depolama, işlemleme ve aktarım için dosya boyutlarının azaltılmasıdır. ? Dijital görüntülerin dosya boyutları, pekçok sistemin işlem ve iletişim performansını tüketecek şekilde çok büyük olabilmektedir. ? Tüm sıkıştırma teknikleri, sıkıştırılmamış durumdaki bir görüntünün ikili kod ifadesini, karmaşık algoritmalar yardımıyla matematiksel olarak kısaltmaktadır. Dijital Görüntüleme Temel Terminoloji Sıkıştırma Şekil 2.5. Kayıplı sıkıştırma: soldaki büyütülmüş görüntülerde JPEG sıkıştırma tekniğinin etkisine dikkat ediniz. Alttaki görüntüde kayıp enformasyon, 8×8 piksellik kareler şeklinde görülebilmektedir: kirpikler gibi ince detaylar kaybolmuştur. Dijital Görüntüleme Dijital Görüntü Formatları TIFF Formatı ? TIFF (Tag Image File Format), özellikle tarayıcılardan, ekran yakalama kartlarından ve resim düzenleme programlarından alınan görüntülerin kaydedilmesi için 1986 yılında Aldus firması tarafından geliştirilmiştir. ? Günümüzde çok yaygın, güvenilir ve geniş olarak desteklenen bir formattır. ? Siyah/beyaz, gri, renkli görüntüleri farklı renk derinliklerinde tanımlayabilir. ? Pekçok sıkıştırma şeması kullanmaktadır ve belirli tarayıcı, yazıcı veya bilgisayar donanımına özgü değildir. Dijital Görüntüleme Dijital Görüntü Formatları PICT Formatı ? PICT (kısaltma değildir) formatı, Macintosh platformu için geliştirilmiştir. ? İlk olarak 1984?te MacDraw yazılımının piyasaya sürülmesiyle ortaya çıkmıştır. ? O tarihlerden beri pekçok uygulamada –özellikle de monitör ekranında gösterim amaçlı hazırlanan görüntüler için– kullanılmaktadır. ? Sunumlar, ekran üzerinde görüntüleme ve video çalışmaları için tercih edilmektedir. ? PICT formatı hem renk haritalamalı (bit-mapped) hem de vektör tabanlı grafiklere uygulanabilir. ? Kesilmiş veya belleğe kopyalanmış grafikler ve çıktısı alınacak çizimler için standartlaşmış bir formattır. Dijital Görüntüleme Dijital Görüntü Formatları EPS Formatı ? EPS (Encapsulated PostScript) yüksek çözünürlüklü PostScript verilerinin kaydedilmesi için standart formattır. ? PostScript, sayfa üzerinde şekil ve harflerin nasıl ve nerede görüneceğini hassas bir şekilde kontrol etmeyi sağlayan, Adobe firması tarafından geliştirilmiş bir sayfa tanımlama dilidir. ? Bir EPS dosyası genelde iki kısımdan oluşur: PostScript uyumlu yazıcının çözünürlükten bağımsız görüntüyü nasıl basacağını tanımlayan PostScript (metin) kısmı ve isteğe bağlı olarak ekran üzerinde ön-izleme amaçlı bir PICT görüntüsü kısmı. Dijital Görüntüleme Dijital Görüntü Formatları GIF Formatı ? GIF (Graphics Interchange Format), yaratılmalarında veya görüntülenmelerinde kullanılan donanımdan bağımsız bir şekilde grafik verilerinin değişim ve on-line taşınımı için geliştirilmiş bir protokoldür. ? GIF formatı, 1987?de CompuServe tarafından kendi servisleri içinde aktarılabilecek ve kullanıcılar arasında paylaştırılabilecek 8-bitlik görüntülerin sıkıştırılması için geliştirilmiştir. ? GIF dosyası, ilgili parametre ve grafik verilerini içeren bloklarve alt-bloklar ile tanımlanır. ? Bir GIF dosyasında pekçok grafik birarada kullanılarak hareketli görüntüler üretilebilir. Dijital Görüntüleme Dijital Görüntü Formatları JPEG Formatı ? JPEG, standartlaşmış bir görüntü sıkıştırma teknolojisidir. ? JPEG ismi, standardı geliştiren komitenin orijinal isminden (Joint Photographic Experts Group) gelmektedir. ? Aslında JPEG bir dosya formatından ziyade bir veri dosyasının boyutunu düşürmek için kullanılan bir veri şifreleme yöntemidir. ? JFIF ve TIFF gibi dosya formatlarında çok yaygın olarak kullanılmaktadır. ? JFIF (JPEG File Interchange Format), JPEG veri akışınının çok geniş bir platformlar ve uygulamalar yelpazesi içinde dönüştürülmesini sağlayan en basit dosya formatıdır. ? Bu en basit format, TIFF spesifikasyonunda veya herhangi bir uygulamaya özgü dosya formatında bulunan gelişmiş özelliklerin hiçbirini içermemektedir. Dijital Görüntüleme Dijital Görüntü Formatları Photoshop Formatı ? Photoshop formatı, Adobe Photoshop yazılımı için geliştirilmiş bir teknolojidir. ? Ancak günümüzde pekçok görüntü düzenleme yazılımı bu formatta kaydedilen görüntüleri açabilmekte ve değiştirebilmektedir. ? Photoshop formatının en büyük avantajı tabakalar (layer) ile çalışırken ortaya çıkmaktadır. ? Örneğin bir artalan (background) resmi bir tabaka üzerinde yaratılabilir, ardından değişik grafikler ikinci bir tabakaya, bir gölge efekti üçüncü tabakaya ve bir metin dördüncü tabakaya eklenebilir. ? Herbir tabaka diğerlerinden bağımsızdır. Diğer tabakaların içeriğini etkilemeksizin ayrı olarak düzenlenebilir veya değiştirilebilir. Dijital Görüntüleme Dijital Görüntü Formatları IVUE Formatı ? IVUE formatı, FITS (Functional Interpolating Transformation System) teknolojisi ile çalışmak üzere Live Picture firması tarafından geliştirilmiştir. ? Görüntü düzenleme basamakları matematiksel olarak bir FITS dosyasında kaydedilirken, orijinal görüntü verileri IVUE formatlı dosyada saklanır. ? Kümülatif işlem hatalarını elimine eden nihai bir RIP (Raster Image Processing) işleminde FITS dosyası ve IVUE görüntüsünden yeni bir çıktı dosyası yaratılır. ? Formatın en önemli avantajı, bir görüntüde yalnızca düzenleme yapılan kısım ile çalışabilmesi ve böylece her düzenleme kademesi arasında ekran görüntülerini hızlıca oluşturabilmesidir. Dijital Görüntüleme Dijital Görüntü Formatları PhotoCD (Image Pac) Formatı ? PhotoCD sistemi 1990 yılında Kodak tarafından tüketicilerin, resimlerini uygun bir CD üzerine kaydedebilecekleri ve bir televizyon veya bilgisayar sisteminde kolaylıkla izleyebilecekleri bir yöntem sunmak amacıyla geliştirilmiştir. ? Başlangıç olarak tasarlandığı şekliyle bir PCD (veya Image Pac) dosyası, 35 mm?lik renkli veya siyah/beyaz negatiflerden veya renkli slaytlardan oluşturulabilmektedir. ? Geleneksel işlemlerden sonra film taranmakta ve dijital olarak PhotoCD diske kaydedilmektedir. ? Herbir disk yaklaşık olarak 100 görüntü saklayabilmektedir. ? Her görüntüye atanan bir dosya erişim numarası ile PhotoCD oynatıcısı destekli bir televizyondan veya CD-ROM destekli bir bilgisayardan disk üzerinde kayıtlı resimler kolaylıkla izlenebilmektedir. Dijital Görüntüleme Görüntü Yakalama (a) (b) (c) Şekil 2.6. Film üzerine görüntü aktarım sistemi (a), bazı dijital fotoğraf makinalarında kullanılan CCD detektörü (b) ve CCD detektörün şematik yapısı (c).Dijital Görüntüleme Görüntü Yakalama (a) (b) (c) Şekil 2.7. Renk algılama düzeneğinin şematik yapısı (a), tarayıcılarda kullanılan doğrusal görüntü sensörü ve sistematiği (b) ve doğrusal görüntü sensörü ve şematik yapısı (c).Dijital Görüntüleme Tarayıcı İle Görüntü Yakalama (a) (b) Şekil 2.8 Tarayıcı tipleri (a ve b). Dijital Görüntüleme Tarayıcı İle Görüntü Yakalama (a) (b) (c) (d) Şekil 2.9. Görüntünün dijitalleştirilmesi (a), dijital görüntüyü oluşturan pikseller (b), piksellerin sayısı çözünürlüğü belirler (c) ve yüksek çözünürlüklü görüntülerde pikseller görünmez (d). Dijital Görüntüleme Tarayıcı İle Görüntü Yakalama (a) (b) Şekil 2.10. Tarayıcıda yatay ve düşey çözünürlük aynı anda örneklenir (a), fotosel sayısı düşey çözünürlüğü belirlerken örnekleme hızı yatay çözünürlüğü belirler (b).Dijital Görüntüleme Tarayıcı İle Görüntü Yakalama (a) (b) Şekil 2.11. 24 bitlik bir pikselde 16,7 milyon farklı renk elde edilebilir (a), her pikselin renk bileşenlerinin herbiri 0 ile 255 arasında sayısal bir değere sahiptir (b).Dijital Görüntüleme Kamera İle Görüntü Yakalama ? Mikroskopla görüntüleme için genelde iki değişik tip elektronik kamera bulunmaktadır: (1) Tüp kameralar (vidicon grubu) (2) CCD (charge coupled device) kameralar. ? Her iki kamera tipi de düşük ışığa artırılmış duyarlılık için yoğunlaştırılabilir. Dijital Görüntüleme Geleneksel Fotoğraflardan Dijital Fotoğraflara Geçiş ? Dijital fotoğraflar, geleneksel fotoğraflarla benzer görünüşe sahip gibi görünebilir, ancak pekçok farklılık vardır. ? Geleneksel fotoğrafçılık için bir fotoğraf makinesi ve film ile ilgili kimyasallar, fotoğrafik baskı kağıdı ve büyütücü (enlarger) barındıran bir karanlık odaya ihtiyaç duyulur. ? Dijital görüntüle teknolojisinde ise yine bir fotoğraf makinesine ihtiyaç duyulur, fakat bilgisayar, yazılım ve yazıcı, “dijital” bir karanlık oda görevi üstlenir. ? Bilindiği üzere geleneksel fotoğraf makineleri, görüntüleri film üzerine kaydeder. ? Film daha sonra işlemlenir ve fotoğrafik baskıları alınır. ? Diğer taraftan dijital fotoğraf makinesi CCD yardımıyla görüntüleri elektronik olarak kaydeder. Dijital Görüntüleme Dijital Görüntüleme Prosesi Tablo 2.1. Digital görüntüleme.Dijital Görüntüleme Baskı Teknolojileri ? Genel kullanım alanı bulan yazıcı teknolojileri aşağıda belirtilmiştir. ? Dye-Sub, ? Püskürtme (Inkjet), ? Lazer, ? Solid-Ink, ? Termal (Thermal Wax).Dijital Görüntüleme Baskı Teknolojileri Dye – Sub Yazıcılar Şekil 2.12. Dye-Sub yazıcıların çalışma prensibi (şematik). Dijital Görüntüleme Baskı Teknolojileri Püskürtmeli (Inkjet) Yazıcılar Şekil 2.13. Püskürtmeli yazıcıların çalışma prensibi (şematik). Dijital Görüntüleme Baskı Teknolojileri Lazer Yazıcılar Şekil 2.14. Lazer yazıcıların çalışma prensibi (şematik). Dijital Görüntüleme Baskı Teknolojileri Solid – Ink Yazıcılar Şekil 2.15. Solid-Ink yazıcıların çalışma prensibi (şematik). Dijital Görüntüleme Baskı Teknolojileri Termal (Thermal – Wax) Yazıcılar Şekil 2.16. Termal yazıcıların çalışma prensibi (şematik). Dijital Görüntüleme Görüntü Tasarımı Görüntü Formatı ? Aşağıda bazı formatlar listelenmiştir.Dijital Görüntüleme Görüntü Tasarımı Görüntü Formatı Şekil 2.17. Normlanmış en önemli 3 görüntü formatı.Dijital Görüntüleme Görüntü Tasarımı Görüntü Okuma ? Fotografide öncelikli görüntü yerleri bulunur. ? Alışkanlıklarımız üzerine yapılan araştırmalar, insanın önce sol üst köşeyi (birincil öncelikli yöre), daha sonra ise orta bölgeyi ve sağ alt bölgeyi (ikincil öncelikli yöreler) incelediğini gösterir. ? Seyircide görüntü incelemesinde birincil yöreden ikincil yörelere doğru bakışını kaydırır, yani görüntü diyagonal olarak algılanmış olur. Dijital Görüntüleme Görüntü Tasarımı Görüntü Alanında Yer Semboliği ? Görüntü alanındaki yerin oldukça büyük bir anlamı vardır. ? Üst taraf ışık, özgürlük, hafiflik gibi kavramlara uygunken fotoğrafın alt tarafı ağırlık, bağımlılık gibi tanımlamaları beraberinde getirir. ? Sağ taraf tekrar eve dönme, bağlı olma karakteristiği taşırken sol taraf uzağa gitme, özgür olma karakteristiği taşır.Dijital Görüntüleme Görüntü Tasarımı Perspektif & Netlik Derinliği ? 3-boyutlu objelerin 2-dimensiyonlu tasarımında perspektif ile çalışılır ve görüntüde derinlik elde edilir. ? Perspektif ile görüntü varyasyonu dış fotoğrafçılıkta yoğun olarak gerçekleşirken teknik fotoğrafçılıkta oldukça kısıtlı olarak kullanılabilir. ? Netlik derinliği kavramıyla obje düzleminin ötesi uzayın da net olarak görüntülenmesi anlaşılır. ? Dış fotoğrafçılıkta fotoğraf kamerasının aperturunun küçültülmesiyle (apertur çapı) netlik derinliği artırılır. ? Aynı işlem ışık mikroskobisinde de gerçekleştirilir. Sonradan da görüleceği gibi netlik derinliği ışık mikroskobisinde sınırlıdır. ? Yüksek netlik derinliği yalnız Tarama Elektron Mikroskobisinde elde edilir.Metalografi ? Malzemelerin tüm fiziksel, kimyasal, elektronik ve mekanik özellikleri, bileşimlerinin yanısıra iç yapıları ile doğrudan ilgilidir. ? Bu nedenle, üretimde kalite kontrolü, yeni malzemelerin geliştirilmesi, dayanıklılık, hasar ve kazaların nedenini araştırma gibi olaylarla karşılaşıldığında, malzemelerin iç yapısı hakkında bilgi sahibi olmak gerekmektedir. ? Metallerin mikroyapısını inceleyen bu bilimdalına METALOGRAFİ denir. Metalografi Metalografi Teknikleri Numune Alma ? Metalografik incelemede seçilen numunenin bir değer taşıyabilmesi için bu numunenin gerek fiziksel özellik ve gerekse kimyasal bileşim yönünden esas malzemeyi tam olarak temsil etmesi gerekmektedir. ? Metalografik inceleme için numune alınmasında belirli kurallar olmayıp, bazı genel prensipler mevcuttur ve yerine göre kişi zeka ve bilgisini kullanır. ? Numunenin nereden alınacağı saptandıktan sonra en uygun bir kesici alet ile numune kesilir. Bunlar testere, keski, torna, kesici taş, çekiçle kırma ve oksiasetilen ile ergitme olabilir. Bazı hallerde bunların birkaçı birden kullanılır. Burada dikkat edilecek nokta, minimum yapı değişmesini sağlayacak yöntemin seçimidir. Metalografi Metalografi Teknikleri Kalıplama ? İncelenecek numuneler şayet küçük veya biçimsiz şekilli ise zımparalama ve parlatma esnasında elde tutmak güçlük yaratır. Bu durumda numuneler genellikle kalıplanır. ? Aynı amaçla bazen metal kelepçeler de kullanılır. Tel, saç v.b numuneler kelepçelere tutturularak parlatma yapılabilir Şekil 3.1. a) Kalıplanmış numune, b) kelepçelerle tutturulmuş numune.Metalografi Metalografi Teknikleri Kalıplama ? Numuneyi kalıplarken iki farklı yöntemden biri uygulanabilir. (1) Sıcakta ve basınç altında (compression) (2) Soğukta (cold moulding)Metalografi Metalografi Teknikleri Kalıplama Şekil 3.2. Eğik kesiti alınan numunenin ince kenar bölgesinin incelenme yüzeyi. Şekil 3.3. Bir numuneden alınan boyuna ve enine kesit. Metalografi Metalografi Teknikleri Numune Hazırlama ? Parlatma ? Numuneler kesildikten ve kalıba alındıktan sonra mikroskobik inceleme için parlatılmaları gerekir. ? Parlatma işlemi, çeşitli parlatma kademeleri içerir. ? Her kademede, bir evvelki kademede kullanılan aşındırıcılardan daha ince aşındırıcı kullanılır ve böylece her kademenin numune yüzeyinde yarattığı deformasyon ve çizik minimuma indirilir. ? Numunelerin parlatılmasındaki başarı, parlatılacak malzemeye uygun yöntem ve aşındırıcının seçimine bağlıdır.Metalografi Metalografi Teknikleri Parlatma Araçları ? Çeşitli parlatma araöları aşağıda belirtilmiştir. (1) Aşındırıcılar (2) Kaba ve nihai parlatmada kullanılan aşındırıcılarMetalografi Metalografi Teknikleri Aşındırcılar / Silisyum Karbür (SiC) ? Sentetik aşındırıcı olup, kum ve kokdan elde edilir. Mohs sertliği 9,5 dir ve hegzagonal yapıdadır. ? SiC taneleri hem toz, hem de kağıt veya kumaş üzerine bir bağlayıcı ile sabitlenerek zımpara şeklinde kullanılır.Metalografi Metalografi Teknikleri Aşındırıcılar / Zımpara Kağıdı ? Zımparalar SiC taneleri veya genellikle doğal %55-75 Al2O3 (korindon) ve magnetit tozu ihtiva ederler. ? Bazen korindon yerine boksitin elektrikli fırında işlemlenmesinden elde edilen alumina (Al2O3) da kullanılır. ? 800 veya 0000 (4/0) numara zımpara kağıdı çok ince olduğundan her zaman kullanılamaz. ? Diğer zımpara kağıtları da numunenin cinsine göre seçilir. Metalografi Metalografi Teknikleri Aşındırıcılar / Zımpara KağıdıMetalografi Metalografi Teknikleri Kaba & Nihai Parlatmada Kullanılan Aşındırıcılar ? Kaba ve nihai parlatma için genellikle AI2O3, Cr2O3, MgO, Fe2O3 veya elmas tozu gibi aşındırıcılar kullanılır. ? Bunlardan elmas tozu, macun veya sprey şeklinde, diğerleri ise toz veya damıtık su ile süspansiyon halinde kullanılır. ? Parlatılan numune eğer sudan etkileniyorsa bu durumda etilen, glikol, alkol, kerosen veya gliserin kullanılır. ? MgO, Mg, Al ve alaşımlarının parlatılmasında nihai parlatma kademesinde tavsiye edilir. Metalografi Metalografi Teknikleri Kaba & Nihai Parlatmada Kullanılan AşındırıcılarMetalografi Metalografi Teknikleri Kaba & Nihai Parlatmada Kullanılan AşındırıcılarMetalografi Metalografi Teknikleri Parlatma Diskleri ? Çapları 8 – 10 inç olup, pirinç, bronz veya sert plastikten yapılır. Genellikle birkaç tanesi beraberce bir parlatma seti meydana getirirler. ? Aluminyum, magnezyum ve alaşımlarının parlatılmasında aluminyumca zengin alaşımlardan yapılmış diskler kullanılır. ? Parlatma disklerinin hızları 150 – 350 devir/dak. arasında değişir. Yüksek devir, kaba parlatma kademesinde kullanılır. ? Disklerin üzeri, parlatma kademesine ve numune karakteristiklerine göre sert çuha, flanel, naylon, poplin, koton kadife gibi parlatma kumaşları ile kaplanır. ? Parlatma kumaşlarında aranılan özellikler, dokularının sık ve homojen olmasıdır.Metalografi Metalografi Teknikleri Mekanik Parlatma Tekniği ? Numunenin yüzeyinde, numuneyi kestiğimiz aletin izleri bulunur. Ayrıca kesme esnasında numunenin yüzeyi bir miktar deforme olmaktadır. ? Numuneyi orjinal yapı temsil ettiğinden, toplam deformasyona uğramış yüzey tabakasının ortadan kaldırılması parlatmanın amacıdır. Bu iş başlıca dört kademede yapılır: (1) Kaba zımparalama kademesi (2) İnce zımparalama kademesi (3) Kaba parlatma kademesi (4) Nihai parlatma kademesi Metalografi Metalografi Teknikleri Kaba Zımparalama Kademesi ? Kaba zımparalama kademesinin amacı, bir sonraki zımparalama ve parlatma kademeleri için gerekli düz yüzeyi elde etmektir. ? Bu işlemde numune önce numune taşına tutulur. Böylece numunedeki çapaklar ve numuneyi kesen aletin izleri ortadan kaldırılmış olur. ? Arkasından, sırayla 80 ve 150 no.lu zımpara ile zımparalanır. Metalografi Metalografi Teknikleri İnce Zımparalama Kademesi ? Bu kademede 240, 320, 400, 600 no.lu zımparalar kulanılır. ? Mekanik parlatmada numune elle tutulur ve zımpara kağıda fazla bastırılmadan zımparalanır. ? Bir zımparadan diğerine geçileceği zaman, bir önceki zımpara tanelerinin, kendisinden daha ince taneli olan zımparaya geçmesini önlemek açısından el ve numune iyice yıkanmalıdır. ? Bu kademede, çatlak ve porozite içeren numunede bu bölgelere yerleşen zımpara tanelerinin numuneden yıkama ile uzaklaştırılması mümkün değildir. ? Bu durumda numunenin ultrasonik temizleyicide temizlenmesi gerekir.Metalografi Metalografi Teknikleri Kaba & Nihai Parlatma Kademesi ? Her iki kademede numune, parlatma disklerine tabi tutulur. Disklerin üzeri parlatılacak numune için tavsiye edilen kumaşlarla kaplanır. ? Kaba parlatma kademesinde genellikle çadır bezi gibi tüysüz kumaşlar seçilirken, nihai parlatma kademesinde kısa tüylü kumaşlar tercih edilir. ? Genellikle bu kademede kullanılan aşındırıcılar sırasıyla x-alumina (15-0.3 ?m) ve aluminadır (0,05 ?m). Her ikisi de damıtık su ile süspansiyon şeklinde kullanılır. ? Numune parlatma diskine tutulur ve alumina solusyonu parlatma kumaşına tatbik edilir. Burada dikkat edilecek nokta, parlatma kumaşının nem derecesidir. Minimum nem miktarı, numune parlatma diskinden uzaklaştırıldığında havada 1-5 saniye içerisinde hemen kurumasına tekabül eder. Metalografi Metalografi Teknikleri Otomatik Parlatma ? Kısa zamanda, çok sayıda numune parlatma gerektiren laboratuvarlarda parlatma genellikle otomatik olarak yapılır. ? Bazı hallerde ise numunenin özellikleri nedeniyle parlatma işlemi elde yapılamaz ve bu durumda otomatik parlatma cihazlarından yararlanılır (örneğin, radyoaktif nımunelerin parlatılması gibi). ? Diğer taraftan, kimyasal parlatma gibi özel ortamlarda parlatma gerektiren hallerde yine otomatik parlatma cihazlarının seçiminde numune çeşidi ile iş hacmi esas alınır.Metalografi Metalografi Teknikleri Elmasla Parlatma ? Elmasın çok sert veya yumuşak ve sert fazı bir arada içeren (örneğin; kalıntı faz bulunan) numunelerin parlatılmasında kaba zımparalamadan sonra kullanılması kısa zamanda çok başarılı neticeler vermektedir. ? Bu tür numuneler normal yöntemlerle parlatıldığında parlatma süreci çok uzamakta ve bu da özellikle kalıntı fazın dökülmesine neden olmaktadır. ? Elmasla parlatmanın diğer bir üstünlüğü de parlatma süresi kısaldığından numune yüzeyinde meydana gelen deformasyon tabakasının minimuma inmesidir. ? Elmasla parlatma, seramik malzemelerde de başarı ile uygulanmaktadır.Metalografi Metalografi Teknikleri Elektrolitik Parlatma ? 600 nolu zımpara ile zımparalanmış numune elektrolitik parlatma için yeterli olduğundan, mekanik parlatmadaki kaba ve nihai parlatma kademeleri ortadan kalkmakta ve bu esnada numune de dağlanmış olmaktadır. ? Bu nedenle elektrolitik parlatma yöntemi zamandan tasarruf sağlar ve ekonomiktir. ? Kaba ve nihai parlatma kademelerinin ortadan kaldırılması, aynı zamanda numunelerde bu kademelerin meydana getireceği yüzey distorsiyonunu önler. ? Böylece, dağlama ve parlatma işlemlerinin tekrarlanmasına gerek kalmaz. ? Bu özelliğinden dolayı elektrolitik parlatma, özellikle yumuşak malzemelerde, tek fazlı alaşımlarda, örneğin paslanmaz çeliklerde, mekanik parlatmaya kıyasla daha başarılıdır. Metalografi Metalografi Teknikleri Parlatılmış Numunenin Faydaları ? Parlatılmış numunede, metal ile metal olmayan kalıntıların çeşitleri, büyüklükleri ve miktarları, ? Parlatılmış çelik numunelerde mangan sülfürler, silikatlar ve oksitler, ? Parlatılmış gri dökme demir numunelerinde grafitler, ? Parlatılmış bakır numunelerinde bakıroksitler, ? Parlatılmış kurşun bronzlarında kurşunlar ? Parlatılmış Al-Si-Alaşımlarında Si-kristalleri, ? Parlatılmış numunede mikro çatlaklar ve mikro poroziteler gibi mikro hatalarMetalografi Metalografi Teknikleri Dağlama ? Malzemelerde gerçek iç yapı özelliklerini ortaya çıkarmak için metalografide çoğu kez parlatılmış numune yüzeyine uygun bir reaktif tatbik edilir. ? Bu işleme Kimyasal Dağlama veya kısaca Dağlama denilmektedir. ? Dağlama ile parlatma sonucunda görülemeyen mikroyapı elemanları açığa çıkmaktadır. ? Dağlama, ayrıca fazların cinsini tayin etmede, dislokasyonların yerlerini belirlemede (etch pitting) ve yönlenme etütlerinde kullanılır. Metalografi Metalografi Teknikleri Dağlama ? Nihai parlatmadan çıkan numunede kaçınılmaz olarak parlatılan yüzeyde soğuk işlenmiş bir tabaka bulunmaktadır. ? Bu tabaka başlıca iki kısımdır; üst tabakanın serbest enerjisi alt tabakaya kıyasla daha fazladır. ? Bu nedenle ilk dağlama işlemi sonunda üst tabaka kolayca reaktifin etkisi ile ortadan kalkar ve yüzeyde alt tabaka kalır. ? Bu durumda mikrokopik etüd yapıldığında orjinal yapıya benzemeyen bir yapı görülür. ? Bu tabakayı ortadan kaldırmak için parlatma ve dağlama işlemi bir daha tekrarlanmalıdır. Metalografi Metalografi Teknikleri Dağlama ? Genel olarak parlatma ve dağlama işlemlerinin üç defa tekrarı, bu tabakanın tamamen ortadan kalkması için yeterlidir. Bu tabakanın mevcudiyeti ve kalınlığı aşağıda belirtilen kavramlara bağlıdır. ? numunenin yapısına, ? uygulanan parlatma yöntemine, ? numunenin parlatılması esnasında uygulanan basma kuvvetine, ? parlatmada kullanılan aşındırıcının karakterineMetalografi Metalografi Teknikleri Dağlama & Dağlama AyraçlarıMetalografi Metalografi Teknikleri Dağlama Ayraçları ? Genellikle metalografik numunenin dağlanmasında kullanılan reaktifler su, alkol, gliserin, glikol veya bunların karışımı olan çözücülerin içinde, organik ve inorganik asitle, çeşitli alkalilerin ve diğer kompleks bileşiklerin eritilmesi ile elde edilir. ? Kullanılan reaktiflerin aktivileri ve genel davranışları; hidrojen iyonu konsantrasyonuna, hidroksit iyonu konsantrasyonuna veya reaktifin bir veya daha fazla yapı bileşenlerini karartma yeteneğine bağlıdır.Metalografi Metalografi Teknikleri Dağlama AyraçlarıMetalografi Metalografi Teknikleri Dağlama AyraçlarıMetalografi Metalografi Teknikleri Kimyasal Dağlama ? Çok Fazlı Alaşımlarda ? Çok fazlı alaşımların dağlanma mekanizması elektrokimyasal niteliktedir. ? Numune reaktif ile temas ettiğinde, yapı bileşenleri (fazlar) arasında potansiyel farkı doğar. ? Daha yüksek potansiyelli faz, diğerine kıyasla anodik veya elektropozitifdir ve bu nedenle dağlama esnasında çözünmeye başlar. ? Katodik veya elektronegatif olan diğer faz, daha düşük potansiyele sahip olduğundan dağlama esnasında herhanği bir değişikliğe uğramaz.Metalografi Metalografi Teknikleri Kimyasal Dağlama Şekil 3.4. Çok fazlı yapılardaki dağlama mekanizması. Metalografi Metalografi Teknikleri Kimyasal Dağlama ? Saf Metaller ve Tek Fazlı Alaşımlarda ? Homojen tek fazlı alaşımlar ve saf metallerin dağlama işlemi çok fazlı alaşımlarınkinden farklıdır. ? Burada dağlama mekanizması elektropozitif bir olaya dayanır. ? Ana metal ile çözünmeyen kalıntılar ve tane sınırları ile taneler arasındaki potansiyel farkı genellikle o kadar belirsizdir ki dağlamanın etkisi olsa bile bu çok küçüktür.Metalografi Metalografi Teknikleri Kimyasal Dağlama (a) (b) Şekil 3.5. Tane sınırlarında; a) dağlama sonucu vadi oluşumu, b) mikroskopta görünümü.Metalografi Metalografi Teknikleri Elektrolitik Dağlama Şekil 3.6. Elektrolitik parlatma düzeneği.Metalografi Metalografi Teknikleri Elektrolitik Dağlama Şekil 3.7. Elektrolitik parlatma ve dağlamada akım yoğunluğu-potansiyel eğrisi. Metalografi Metalografi Teknikleri Renkli Metalografi ? Renkli metalografi esasta iki değişik yöntemle gerçekleştirilir: (1) Dağlama ile renkli katman (tabaka) oluşumu, (2) Evaporasyon (buharlaştırma) veya sputter?lama teknikleriyle renkli girişim katmanları oluşumu.Metalografi Metalografi Teknikleri Dağlama ile Renkli Katman OluşumuMetalografi Metalografi Teknikleri Enterferans (girişim) Tabakasının Etkisi Şekil 3.8. Bir dalganın tanımı. Metalografi Metalografi Teknikleri Enterferans (girişim) Tabakasının Etkisi Şekil 3.9. Kaplanmış bir metalin yüzeyi.Metalografi Metalografi Teknikleri Renk Kontrastı ? Kaplama sonrası fazların ışığın aydınlatma dalga boyuna bağlı olarak karakteristik bir yansıma minimumu bulunmaktadır. ? İki fazın yansıma minimumlarının dalga boyları aramesafesi, beyaz ışık altında yapılan incelemede –tamamlayıcı (komplementer) renklerde ?min olarak görünen- fazlar arasındaki renk farkını ortaya koymaktadır. ? Birçok durumlarda renklerin görsel değerlendirmeleri ve genel tanımları yansıma minimumunun ilgili durumuna ve mesafesine bağlıdır. Metalografi Metalografi Teknikleri Açık – Koyu Kontrastı ? Kaplamada amaç numunenin iki veya birçok fazları arasındaki kontrastı güçlendirmektir. ? Mikroyapının kantitatif bir değerlendirmesi için açık-koyu yani siyah-beyaz kontrastı yeterli gelmektedir. ? Çalışmalarda renk duyarlı sistemlerin kullanımları, monokromatik ışık ile çalışma ile karşılaştırıldığında hiçbir avantaj sağlamamaktadır. ? Bunlara benzer sistemler (örneğin televizyon) kırmızı, yeşil ve mavi üç renkden oluşan kanallarla çalışmaktadırlar. ? Görünüm için bu üç renk karıştırılmaktadır ve böylece renk algılaması yine oluşturulmaktadır. Metalografi Metalografi Teknikleri Enterferans Katman Üretimi Şekil 3.10. Buharlaştırma cihazının şematik görünümü.Metalografi Metalografi Teknikleri Enterferans Katman Üretimi Şekil 3.11. Sputterlama sisteminin şematik görünümü. Metalografi Metalografi Teknikleri Makro İncelemeler Şekil 3.12. Merkezde karbon segregasyonu sonucu martenzit dönüşümü ve soğuk şekillendirmede “Chevron” çatlakları.Metalografi Metalografi Teknikleri Makro İncelemeler Şekil 3.13. Döküm bloğunda primer yapı, Oberhoffer ayracı ile dendritler koyu, açık renkli bölgeler artık sıvı. Şekil 3.14. Bir vida ve somun kesitinde deformasyon çizgileri, Oberhoffer ayracı. Vida kafası ve sağ somun dövme, sol somun tornalama ile üretilmiştir.Metalografi Metalografi Teknikleri Makro İncelemeler Şekil 3.15. V (merkezde, açık renkli) ve A (dış bölgede) segregasyonları, Oberhoffer ayracı. Şekil 3.16. Haddeleme sırasında katlama bölgesi, Oberhoffer ayracı. Deformasyon sonucu lifleşme ve kristal segregasyonları. Malzemenin plastik deformasyon ile şekil değiştirmesi makro dağlama ile görülmektedir.Metalografi Metalografi Teknikleri Mikro İncelemeler Şekil 3.17. Sülfür kalıntılarının döküm sonucu oluşum şekilleri (sol resimler) ve plastik deformasyon ile değişimleri (sağ resimler).Metalografi Metalografi Teknikleri Mikro İncelemeler Şekil 3.18. Ray malzemesinde kalıntı nedenli çatlak oluşumu. Metalografi Metalografi Teknikleri Mikro İncelemeler Şekil 3.19. % 0.45 karbon içeren çelikte ferritik-perlitik yapı. Şekil 3.20. % 0.8 karbon içeren çelikte kaba perlitik yapı. Metalografi Metalografi Teknikleri Mikro İncelemeler (a) (b) Şekil 3.21. Ötektoid üstü % 1.6 karbon içeren çelikte perlit ve tane sınırı sementit oluşumu; a) % 3 nital ayracı ve b) pikral ayracı. Işık Mikroskobu Giriş ? Mikroskopların gelişimde aşağıda yer alan görüntüleme partikülleri önemlilik arz eder. (1) Işık fotonları (2) Elektronlar veya iyonlarIşık Mikroskobu Giriş ? Işık mikroskobisinde ışık fotonları görüntüleme partikülleridir; ışık fotonları konvansiyonel cam merceklerle odaklanır. ? Elektron mikroskobisinde ise görüntülemede elektronlardan faydalanılır. Elektriksel alanda ivmelendirilmiş elektronlar manyetik alanda saptırılır.Bu doğrultuda elektromanyetik merceklerden geçen elektronlar fokuslanır. Elektronların yüksek enerjisi doğrultusunda birkaç nm seviyesinde ayırma gücü elde edilir.Işık Mikroskobu Giriş ? Enerji tahriğine bağlı olarak katı maddeden dört değişik şekilde elektron eldesi (koparımı) bulunmaktadır: 1. foto-emisyon (fotonlarla bombardman ile koparma) 2. termal emisyon (ısıtma sonucu elektron serbestleşmesi) 3. alan emisyonu (güçlü elektriksel alanla koparma) 4. kinetik emisyon (elektron veya iyon bombardmanı ile koparma)Işık Mikroskobu GirişIşık Mikroskobu Giriş Şekil 4.1. Ayırma gücü ve büyütme açısından numune incelemede kullanılan yöntemlerin karşılaştırılması.Işık Mikroskobu Esaslar ? Mikroskobik cisimler spektrumun görünür bölgesindeki absorbsiyon yeteneklerine göre ikiye ayrılır ve böylece ışık mikroskoplarının konstruksiyonunda iki temel tip görülür: (1) Transmisyon tipi ışık mikroskobu (2) Refleksiyon tipi ışık mikroskobuIşık Mikroskobu Esaslar Transmisyon tipi ışık mikroskobu ? Saydam cisimler, gelen ışığın bir kısmını inceleme yapılabilecek şekilde transmitte edebilirler. ? Bu objelerde alttan gelen ışık objenin içinden geçerek üstte bulunan objektife ulaşır. ? Bu tür optik mikroskoplar, örneğin biyolojide kullanılır. Işık Mikroskobu Esaslar Refleksiyon tipi ışık mikroskobu ? Saydam olmayan cisimler, gelen ışığın tamamını absorbladığı için bunların incelenmesi sadece yansıyan ışığın altında olmaktadır. ? Metaller ve alaşımlar gibi transparan olmayan objelerde metallerin yüksek ışık refleksiyon katsayısından faydalanılır. ? Bu tür optik mikroskoplar, jeoloji, malzeme bilimi vb. de kullanılır. ? Metalografik numune incelemelerinin bu tür ışık mikrokobunda yapılması nedeniyle bu mikroskoplar metal mikroskobu olarak da anılır Işık Mikroskobu Esaslar (a) (b) Şekil 4.2. Işık mikroskop düzeneği ve ışık yolunu gösteren kesit: a) Küçük bir metal mikroskobu (eski model). b) reflekte ve transmitte ışık için modifiye edilmiş modern bir mikroskop.Işık Mikroskobu Esaslar Şekil 4.3. Bir ışık mikroskobunda görüntü oluşumunun şematik gösterimi (Le Chatelier prensibi). Işık Mikroskobu Esaslar Şekil 4.4. Ötektik altı bir demir-karbon alaşımının görüntüsü; primer kristaller ve ledeburit ötektiği; a-c artan büyütme oranı.Işık Mikroskobu Esaslar Şekil 4.4. Ötektik altı bir demir-karbon alaşımının görüntüsü; primer kristaller ve ledeburit ötektiğiIşık Mikroskobu Esaslar Şekil 4.4. Ötektik altı bir demir-karbon alaşımının görüntüsü; primer kristaller ve ledeburit ötektiğiIşık Mikroskobu Esaslar Dalga optik kuramı ? ? sin ? ? ? ? d n z z = maksimumun düzen sayısı, ? = ışığın dalga boyu (mavi ışık için ?=0,4.10-3 mm, kırmızı ışık için ?=0,8.10-3 mm), d = iki nokta arasındaki mesafe, ? = odak noktasından ölçülen kırılma çizgilerinin yarı açılma açısı (giriş açısı), n = cisim veya numune ile optik sistem arasındaki ortamın kırılma indisidir.Işık Mikroskobu Esaslar Ayırma Gücü A n d ? ? ? ? ? ? sin ? sin n A ? A : numerik apertürIşık Mikroskobu Esaslar Görüntülenecek cisim için en kısa mesafe ? n?sin? çarpımı bir ışık demetinin açılımını ve tek büyütme ile objektifin gücünü karakterize eder. ? Bu açıklık, objektifin numerik aperturu (AOb) diye adlandırılmaktadır. ? Ama özellikle ışık kaynağının aperturu (ABe, diyafram) gibi mikroskobun ayırma gücünü etkileyen başka etkenler de bulunduğu için (ABe genelde AOb „ye eşit) görüntülenecek cisim için en kısa mesafe, dmin aşağıdaki gibidir: genelde 0,5 < k < 1,0 iken ? ? ? sin min ? ? ? ? ? n k A A d Be ObIşık Mikroskobu Esaslar En büyük mikroskobik ayırma gücü için ? kısa dalga boylu (düşük ?) ışık kullanarak ( apokromat objektifle mavi ışık) ? maksimum kırılma indisine sahip ortamda (A=1,66?ya sahip monobromnaftalin daldırma çözeltisi) çalışarak ? maksimum açılma açısında çalışarak (? = 72 derece).Işık Mikroskobu Esaslar Netlik Derinliği (T) ? Numune yüzeyinden hangi derinliğe kadar net görüntülenebileceğini verir. ? Cismin optik eksen yönünde görüntünün netliğinde herhangi bir değişiklik olmadan kaydırılabileceği mesafedir. ? Bu kavram optiğin kalitesinden ziyade sadece geçerli optik kanunlar tarafından belirlenmektedir. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 1 1 14 1 A T mm A = numerik apertur ß = görüntüleme ölçeği Işık Mikroskobu Esaslar Stereo Mikroskop ? Bazen mikroyapı öğelerinin hacimsel düzeneği, kırılma yüzeyleri ve benzer oluşumları fotografik görüntüleme ile sabitlemek gerekir. ? Bu numunenin aynı bölgesinin birbirinden çok az sapan iki yönden görüntüleyerek başarılmaktadır. ? Makro görüntülemede birinci görüntülemeden sonra kamerayı biraz kaydırarak ikinci görüntüyü almak yeterli olmaktadır. ? Küçük görüntü kameraları için özel stereo parçalar bulunmaktadır. Yüksek büyütmeler isteniyorsa bir Stereo Mikroskop gerekmektedir. ? Burada büyütmeler yaklaşık 1:100?e ulaşmaktadır Işık Mikroskobu Esaslar (a) (b) Şekil 4.5. Stereo mikroskop ile alınmış transformatör çeliği (%4 Si) döküm yapısının sahip stereo görüntüsü. Matriks HBr (hidrojen bromür) ile dağlanmış. Metalik olmayan kalıntılar ile karbürlerin yapısı ve hacimsel konumları dağlamadan etkilenmez.Işık Mikroskobu Donanım Objektif çeşitleri ? akromat (en düşük düzeltme seviyeli) ? yarı apokromat (orta düzeltme seviyeli) ? apokromat (en yüksek düzeltme seviyeli) Işık Mikroskobu Donanım Şekil 4.6. Mikroskopta kullanılan objektifler. (a) Akromatik objektif, (b) Fluorit (yarı apokromatik) objektif, (c) Apokromatik objektif, (d) Objektif üzerinde yazılı spesifikasyonlar.Işık Mikroskobu Donanım Şekil 4.7. Tipik bir okuların boyuna kesiti. Sabit apertur diyaframı, ara görüntünün oluştuğu mercek 1 ve 2 arasında bulunmaktadır. Okular, mikroskopla çalışan kişinin rahatça görebilmesi için korumalı bir gözetleme deliğine sahiptir. Işık Mikroskobu Donanım Mercek hataları ? küresel hata (sferik aberrasyon) ? kromatik hata (kromatik aberrasyon, en sık gözlenen hata !) ? astigmatizm ? difraksiyon hatası (difraksiyon aberrasyon)Işık Mikroskobu Donanım Kromatik hata ? Bu hata, ışık kırılmasının dalga boyu ile olan ilişkisine dayanmaktadır. ? Uzun dalga boyundaki ışığa göre kısa dalga boyundaki ışıkta oluşturulan görüntü, görüntünün elde edildiği merceğe daha yakındır. ? Çeşitli renklerdeki (dalga boyundaki) ışınlar bir toplar merceğinin aynı odak noktasında buluşmamaktadır. ? Aksine merceğe en yakın odak noktasında mavi ışınlar, bir uzağındakinde yeşil ışınlar ve en uzağında ise kırmızı ışınlar oluşmaktadır. ? Normal beyaz ışık kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, indigo-mavi ve mor gibi spektral renklerinin karışımından oluştuğu için beyaz ışık merceğin arkasında bir odak noktasında buluşmayacaktır, aksine mercek düzlemine dik olan bir çizgide toplanacaktır. ? Bunun sonucu olarak görüntü merceğin arkasında renkli bir şekilde arka arkaya çözülecektir. Işık Mikroskobu Donanım ? Bir mikroskobun aydınlatma (ışıklandırma) düzeni için aşağıda verilen koşullar sağlanmalıdır : (a) Cismin üzerindeki ışık yoğunluğu, görüntünün hassas bir göz ile hem okularda, hem de ışığı yutan mat bir plaka üzerinde gözlenebilmesini sağlayacak bir şekilde ayarlanmalıdır. Fotografik görüntü almada, ışıklandırma süresi olabildiğince kısa olması için ışık yoğunluğu yüksek tutulmalıdır. (b) Işık demetinden ayrılan ve görüntüye hiç bir şekilde katkısı olmayan rahatsız edici refleksler, ışık girişinden uzak tutulmalıdır. (c) Apertur ve ışık demetinin düşme yönü bütün inceleme konumları için optimal ayarlanmalıdır. Işık Mikroskobu Donanım Şekil 4.8. Köhler aydınlatma presibinin genel bir düzeneğinin şematik gösterimi.Işık Mikroskobu Donanım Şekil 4.9. Mikroskopta düz cam ayna ve prizma ile elde edilen ışık yolu.Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme ? Cismin ayrıntılarını görmek için yalnızca bunların aramesafesinin ayırdedilebilir en küçük mesafeden büyük olması yeterli gelmemektedir. ? Ayrıca cismin ayrıntılarını optik özellikleri açısından ayırdedebilmek, yani görüntüdeki yüzeyde bulunan ögelerin görünebilir kontrastlar vermesi de önemlidir. ? Renk ve aydınlık kontrastları direkt gözle algılanabilir veya fotografik anlamda görüntülenebilir. ? Cismi dağlama veya enterferans katmanları ile yüzeyde tabaka oluşturma gibi çeşitli metalografik metotlarla etkileyerek kontrast artırılabilinir. Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme Aydınlık alan aydınlatması ile kontrast ? Görüntülemenin cisim tarafından yansıyan (reflekte olan) ışık tarafından oluşturulması durumunda aydınlık alan ışıklandırması söz konusudur. ? Burada optik eksene dik olan düz yüzeyler aydınlık görünmektedir. ? Bu kontrast standart görüntüleme modudur Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme Karanlık alan aydınlatması ile kontrast ? Yalnız dağınık dağılmış (difuz saçılmış) ışık görüntüyü oluşturuyor ise karanlık alan ışıklandırılması söz konusudur. ? Bu durumda optik eksene dik olan düz yüzeyler karanlık görünmektedir. ? Karanlık alan ışıklandırmanın avantajı, yaygın ışık saçılımı nedeni ile cismin dış yüzeyindeki rölyef ayrıntılarının kontrastça daha zengin eldesidir Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme (a) (b) Şekil 4.10. Elektrolitik demir, %1 lik nital ile dağlanmış. a) aydınlık alan, b) karanlık alan görüntüsü.Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme Polarize ışık kontrastı ? Normal beyaz ışık, ilerleme yönüne dik olarak herbir yöne salınmaktadır. ? Bu tür polarize olmayan bir ışık, belli yönde birbirine bağlanmış iki kalkspat/kalsit kristali (Nicol prizması) içinden geçirildiğinde yalnızca bir düzlemde titreşir; ışık polarize olmuştur. ? Polarize ışık, ikinci bir Nikol prizmasından (analizatör) geçemez. ? Yalnızca eğer polarizatör ve analizatör kristalleri arasında optik aktif (anizotrop) bir madde bulunduğunda polarize ışık analizatörden de geçebilir, çünkü optik aktif maddeler polarize ışığın titreşim düzlemini değiştirir ve böylece önceden karanlık olan görüntüleme yüzeyi aydınlanır. Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme (a) (b) Şekil 4.11. Saf aluminyum a) tane sınırı dağlanmış, aydınlık alan, b) florobor asitiyle anodik oksidasyon, polarize ışık.Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme (a) (b) Şekil 4.12. Çelik içerisindeki silikat tipi kalıntılar, parlatılmış numune. a) paralel Nikols ile görüntülenmiş, b) çapraz Nikols ile görüntülenmiş.Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme Faz kontrastı ? Faz kontrası yönteminde parlatılmış numune yüzeyinde reflekte olan ışığın mikroyapısal fazların sertliğine bağlı olarak oluşan düşük yükseklik farklarından faydalanılır. ? Farklı yüksekliklerde reflekte olan ışık faz kaymasına uğrar. ? Gözümüzle algılayamadığımız bu faz kaymaları, mikroskopta ışık yolunda fokus düzlemine sokacağımız bir faz plakası ile aydınlık-karanlık efektine dönüşür. ? Böylece 20-50 A arası çok küçük yükseklik farkları görülebilir. Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme (a) (b) Şekil 4.13. Alaşımlı bir çeliğin ferrit ve östenit den oluşan çift fazlı mikroyapısı, dağlanmış. a. aydınlık alan, b. pozitif faz kontastı: ferrit daha aşağıda, sert olan östenit yukarda Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme (a) (b) Şekil 4.14. Alaşımlı çelik, sertleştirilmiş ve temperlenmiş; karbür içeren mikroyapı. a) %1 lik nital ile dağlanmış: aydınlık alan, b) dağlanmamış: aydınlık alan ve faz kontrastı.Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme Enterferans kontrast ? Işık mikroskopisinde enterferans katman yöntemi, parlatılan numune yüzeyinde enterferans tabakalarının oluşturulması ve böylece refleksiyon-enterferans filtrelerinin oluşturulmasına dayanmaktadır. ? Böyle bir kısmi absorpsiyon göstermeyen tabakanın etkisi, numune yüzeyine gelen ışık dalgalarının, metal/tabaka ve tabaka/hava arayüzeylerinde çoklu refleksiyonlar ile zayıflamasına bağlıdır. ? Böylece mikroyapı öğeleri arasındaki kontrastın artışı elde edilir. ? Bu kontrast artışı, iki faz arasında yansıyan ışığın şiddet farklılığının artırılması yanısıra renk kontrastının da artırılmasına bağlı bir olaydır.Işık Mikroskobu Kontrast Oluşumu & Görüntüleme (a) (b) (c) Şekil 4.15. Yüksek hız çeliğinde değişik kontrast yöntemlerinin uygulanması: (a) Enterferans kontrast (b) MC karbürlerin potensiyostatik olarak amonyumasetat ile kaplama dağlaması, (c) Materyal kontrast, SEM.Tarama Elektron Mikroskobu Elektron Mikroskobisinde Esaslar ? 2 değişik tip elektron mikroskobu geliştirilmiştir: (1) Numune yüzeyini tarayarak görüntüleyen tür: tarama elektron mikroskobu d ?10 nm (2) Numune içinden geçerek görüntüleyen tür: transmisyon elektron mikroskobu; 100 kV ivmelendirme voltajında: ?= 0.037 nm ? d= 17 ÅTarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi Elektron Saçılması ? Katot-anot düzeneğinde üretilerek numune üzerine gönderilen elektron demetindeki elektronlara birincil elektronlar (primary electrons) denir. ? Demetle gelen primer elektronlar numuneye ulaştıklarında numune atomlarının elektrostatik alanları ile etkileşir ve bu atomların yörüngelerindeki elektronlarla saçılır (çarpışır). ? Primer elektronlar elektrostatik alanla yön değiştirirler. Bu durumda primer elektronun yönü değişirken elektron hızı değişmediği için enerjisi de değişmez. Bu tip elektronların bir kısmı bu şekilde numune yüzeyinden geri çıkabilirler. Tarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi Elektron Saçılması ? Enerjileri primer elektronlarla aynı olan veya enerji kaybetmiş ancak primer elektron enerjisine yakın enerjiye sahip elektronlara geri saçılmış elektronlar (back scattered electrons, BSE) denir. ? Primer elektronlar atom yörüngelerindeki elektronlarla da çarpışabilirler. Dış yörüngedeki elektronların çarpışma ile atomlardan sökülebilmeleri için az bir enerji yeterlidir. Bu elektronlara ise ikincil elektronlar (secondary electrons, SE) denir. Tarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi Elektron Saçılması ? İç yörüngedeki elektronlarla primer elektronların çarpışması sonucunda bu yörüngedeki elektronlar da yerlerinden sökülebilirler. Bu şekilde iç yörüngede meydana gelen boşluklar, dış yörüngedeki elektronlar tarafından doldurulduğunda ise iki konum arasındaki fark X- ışını olarak yayınır. ? Yörüngeler arası enerji farkı sabit olduğu için ve yörüngeler arasında yüksek olasılıklı transferler de kısıtlı olduğundan, yayınan X-ışınlarının büyük bir kısmı belirli enerjilerde yayınır. Bunlara karakteristik X-ışınları adı verilir. X-ışını yayınması yerine enerji farkı dış yörüngeden bir elektronun serbest kalması ile karşılanırsa bu elektrona Auger elektronu (AE) denir. Tarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi Elektron Saçılması ? Elastik Saçılma: Numune atomlarının elektrostatik alanlarında yanlız yönünü değiştiren elektronların enerjileri aynı kalır. Hiçbir enerji transferinin yer almadığı bu tip saçılmalara elastik saçılma denir. Geri saçılan elektronların bir kısmı bu şekilde oluşur. ? İnelastik Saçınma; Primer elektronlar numune elektronlarının elektrostatik alanları ve yörünge elektronları ile çarpıştıklarında enerjilerinin bir kısmı veya tamamını kaybederler. Bu tip saçılmaya ise inelastik saçınma denir. Geri saçılan elektronların bir kısmı ile ikincil elektronların tamamı bu şekilde oluşur.Tarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi Elektron Saçılması Şekil 5.1. Elektron demeti numune etkileşimi.Tarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi Karakteristik Oluşumlar ? Geri Saçılmış Elektronlar (BSE): Atom çekirdeklerindeki bir ve birçok elastik saçılma ile içeri giren birincil elektronların bir kısmı tekrar dışarı çıkabilir. ? enerji kaybetmeden (ilk primer enerjileriyle): elastik saçılmış grup ? kısmi enerji kaybıyla (önceden inelastik saçılma): inelastik saçılmış grupTarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi Karakteristik Oluşumlar ? İkincil Elektronlar (SE): Madde içi dış yörünge elektronları birincil elektronlarla inelastik çarpışmalarla (örneğin valans elektronları) enerji kazanırlar ve böylece kendi atomunu terkederler. ? Auger Elektronları (AE):Yüksek enerjili birincil elektronlar atomun iç kabuğundan da elektron dışarı atılabilir. Dış kabuktan gelecek bir elektronla bu boşluk doldurularak enerji dengesi sağlanır. İki kabuk arası enerji farkı serbestleşir: ? Bu enerjiyi alan dış bir elekron emitte edilir: bu elektrona Auger elektronu denir. ? X-ışın kuantı olarak emitte edilir: bu emisyona karakteristik X-ışınının fotonu denir.Tarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi Karakteristik Oluşumlar Şekil 5.2. Sekonder (SE) ve Geri Saçınan (BSE) elektronların belirli enerji aralıklarında (E) bulunma olasılıkları (PE).Tarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi X-ışın Oluşumu ? Bremsstrahlung (Frenleme Işınımı) ? Maddenin atom çekirdeklerinin Coulomb alanına giren birincil elektronlar yönlerinden saptırılır ve frenlenir (enerji kaybı). ? Bu kinetik enerji kaybı ısı ve X-ışın foton oluşumuna yolaçar. ? Yönsel saptırma ve frenleme oldukça değişik oluştuğundan emitte edilen elektromanyetik ışının sürekli bir enerji spektrumuna sahiptir. ? Bu spektrumun kısa dalga tarafındaki sınır tamamen frenlemede elde edilen kinetik enerji (ki bu primer elektron enerjisi) miktarındadır. Tarama Elektron Mikroskobu Elektron – Numune Etkileşimi X-ışın Oluşumu ? Karakteristik Işınım ? Elektron üst-alt kabuk geçişi sonucu enerji X-ışın fotonu olarak gönderiliyorsa buna karakteristik ışınım denir. ? Bu ışınım element spesifiktir (her enerji belirli bir elemente ait). Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Şekil 5.3. Ayırma Gücü ( ?), Netlik Derinliği (T) ve Büyütme (M) açısından Işık Mikroskobu (LM) ile Tarama Elektron Mikrosko-bunun (SEM) farkı.Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Şekil 5.4. Tarama Elektron Mikroskobunda görüntünün oluşumu.Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Elektron Tabancası Şekil 5.5. Elektron tabancasının şematik görünümü.Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Elektromanyetik Mercekler Şekil 5.6. Elektromanyetik mercek.Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Elektromanyetik Mercekler Şekil 5.7. SE sintilatör ve fotoçoklayıcı.Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları ? Kondenser ? Mikroskobun içindeki ilk mercekler kondenser (yoğunlaştırıcı) merceklerdir. Kondenser mercek sistemi bir veya birkaç mercekten oluşabilir. Kondenser merceği kesişme noktasındaki demetin küçültülmüş bir görüntüsünü oluşturur. ? Objektif ? Objektif merceği kondenser mercekten çıkan demetin, numune üzerine odaklanmasından sorumludur. Objektif mercekle numune arasındaki uzaklığa çalışma aralığı denir. Çalışma aralığı kısa tutulduğunda odaklanan demet çapı incelir. Dolayısıyla ayırma gücü yükselir. ? Saptırma Bobinleri ? Tarama Elektron Mikroskobunda demetin numune üzerinde tarama işlemini yapabilmesi için demetin periyodik olarak sağa sola ve aynı anda yukarı aşağıya kaydırılabilmesi gerekmektedir. Bu kaydırma işlemi saptırma bobinleri adı verilen sargıların yarattığı manyetik alanlarla yapılır. Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Mercek Hataları Şekil 5.8. Elektron Mikroskobunda oluşabilecek mercek kaynaklı görüntü hataları.Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Küresel Kusur (Sferik Aberrasyon) ? Eksene yakın ışınlarla eksene uzak ışıklar ayrı noktalarda odaklandıklarından, görüntü mercek ekseni üzerinde ayrı ayrı noktalarda oluşur. ? Optik merceklerde oluşan bu hata elektromanyetik mercekler için de aynı prensiple meydana gelir. ? Mercek cidarına yakın yerlerden geçen elektronlar mercek ekseninden geçenlere oranla daha fazla sapmaya uğrarlar. ? Sonuçta görüntü bulanıklaşır ve net bir görüntü elde edilemez. ? Görüntünü en küçük boyutlarda olduğu bir düzlem oluşur ve buna karmaşıklık düzlemi adı verilir. ? Karmaşıklık düzleminin demet çapı ; 3 2 1 d ? s C ? ? ? açısı demet yarı açıklığını ve Cs ise küresel kusur katsayısını ifade eder. Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Kromatik Kusur ? Uyarma gerilimi elektronik kararsızlık nedeni ile değişimlere uğrayabilir. ? Uyarma gerilimi E?deki ? ?E kadar farklı enerjiler, farklı hızlardaki elektronların merceğe girmesine neden olur. ? Sonuç olarak elektromanyetik mercek bu farklı hızlardaki elektronları farklı noktalara fokuslar. ? Demet çapının en küçük olduğu en az karışıklık dairesinin çapı dc ise; ) ? E E ( C d c c ? ? ? Burada, Cc kromatik kusur katsayısı, ? demet dağılım açısı ve ?E/E uyarma gerilimindeki değişim oranıdır.Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Difraksiyon Kusuru ? Elektronların dalga özelliğinden dolayı görüntü düzleminde görüntü şiddeti periyodik olarak değişir. En parlak görüntünün oluştuğu alana Airy diski adı verilir. Bu diskin çapı dd ise; ? ? 1.22 d d ? ? Bu kusurun engellenmesi için dalga boyu ??nın kısaltılması veya demet dağılım açısı ??nın büyütülmesi gerekir.Tarama Elektron Mikroskobu Optik Düzenek & Mercek Hataları Astigmatik Kusur ? Merceklerdeki manyetik alanın simetrisindeki bozukluk nedeniyle birbirine dik iki eksen boyunca farklı kuvvette olması astigmatik kusuru oluşturur. ? Değişik kuvvetteki alanlardan geçen elektronlar iki ayrı noktada odaklanırlar. Bunun sonucu iki fokus alanı oluşur. ? (FS, FM) ve arasında fokus mesafe farkı ?F gösteren en küçük saçılma dairesi oluşur. ? Bu kusur için tanımlanmış en az karışıklık dairesinin çapı dg ise ? . f D g ? ?Tarama Elektron Mikroskobu Donanım ? Elektron Gun (Elektron Tabancası): ? Elektron tabancası sivri uçlu tungstenden yapılmış bir filaman, wehnelt silindir ve anottan oluşur. ? Görevi kararlı bir elektron demeti üretmektir. Mikroskobun elektron kaynağıdır. ? Alignment Coil (Ayar Bobinleri): ? Elektron tabancası ve kondansör lens (mercek) arasında bulunur ve saptırıcı bobinlerden oluşur.Tarama Elektron Mikroskobu Donanım ? Elektromanyetik Mercekler: ? Kondansör Mercekler (Condenser Lens): Kondansör mercek elektromanyetik bir mercek olup elektron tabancasının oluşturduğu kesişim noktasını küçültürken (yoğunlaştırıcı) aynı zamanda numune üzerindeki akımı kontrol eder. Demetin akımı artarken, parlaklık ve kontrast da artar. Kondansör mercek apertürü ince film şeklinde olup (çapı 0.2 mm) temizlenme şekli elektron bombardımanıyladır. ? Objektif Mercek (Objektif Lens): Elektromanyetik mercek olup bulunduğu yer hemen numunenin üstüdür. Bu mercekte ışın çapını küçültürken, görüntü netlik ayarında rol oynar. Değişken üç apertürden oluşup apertürlerin değişimi kol üzerindeki düğmenin çevrilmesi ile gerçekleştirilir.Tarama Elektron Mikroskobu Donanım ? Stigmator: ? Objektif merceğin bulunduğu düzlemde 8 elektromanyetik bobinden oluşan stigmator astigmatism ayarı için kullanılır. ? Scanning Coili (Tarama Bobinleri): ? Elektromanyetik sargılardan oluşan tarama bobinleri kondansör merceğin hemen altındadır. ? Televizyon ekranında olduğu gibi elektron demetinin X ve Y yönlerinde saptırarak tarama işlemini gerçekleştirir. Tarama Elektron Mikroskobu Donanım ? Specimen Chamber (Numune Haznesi): ? Bölümümüzde öğrenci eğitimi için kullanılacak JEOL 50 tipi mikroskopta bulunan numune haznesi, numunenin üzerine yerleştirildiği kızak ve hazneye bağlı ön odacıktan oluşur. ? Numune kızağı (specimen stage) x, y, z yönlerinde hareket edebilir ve aynı zamanda tilt (eğim) yapılabilir. ? Numune ön odacığının hemen yanındaki kırmızı düğme yardımıyla yapılır. ? Numune odacığının hemen sağ tarafında bulunan uyarı lambası numune kızakçığının (spec. stage) bulunduğu pozisyonun 13 mm?lik çalışma aralığında olduğunu gösterir. ? Çalışma aralığı 37 mm olduğunda da ikaz lambası yanmaktadır.Tarama Elektron Mikroskobu Donanım ? Algılayıcılar: ? Elektron demeti–numune ilişkisi sonucunda algılanabilen başlıca sinyaller; ikincil elektronlar, geri saçınan elektronlar, karakterisitik X-ışınları, katodolüminesans, Auger elektronları, soğurulan elektronlar ve endüklenen numune gerilimidir. ? Her bir sinyal türü için geliştirilmiş özel algılayıcılar vardır. ? Soğurulan elektronlar gibi doğrudan numune ile temas kurularak alınan sinyaller için numunenin pozisyonu önemli değildir. ? Ancak geri saçınan elektronlar ve karakteristik X-ışınları gibi numune çevresindeki uzaya yayılan sinyallerin algılanmasında numune pozisyonu önemlidir. ? Bu nedenle algılayıcılar numuneye ne kadar yakınsa ve ne kadar geniş algılayıcı yüzeye sahiplerse sinyal toplama verimi o kadar artar. Tarama Elektron Mikroskobu Kontrast Oluşumu Topografik Kontrast & Gölgeleme Efekti Şekil 5.9. Sekonder ve geri saçınan (BSE) elektronlar için gölge efekti oluşumu.Tarama Elektron Mikroskobu Kontrast Oluşumu Topografik Kontrast & Gölgeleme Efekti Şekil 5.10. Köşe efekti ile elektron veriminin değişimi. Tarama Elektron Mikroskobu Kontrast Oluşumu Materyal Kontrast Şekil 5.11. SE ve BSE elektron verimi ile atom numarası ilişkisi, ?: SE verimi, ?: BSE katsayısı, Ordnungszahl Z: Atom numarası Z.Tarama Elektron Mikroskobu Kontrast Oluşumu Diğer Kontrast Mekanizmaları ? Oryentasyon kontrastı, ? Potansiyel kontrastı, ? Manyetik kontrast Tarama Elektron Mikroskobu Kontrast Oluşumu Kontraslama Örnekleri Sekonder Elektron (SE) Geri Saçılan Elektron (BSE-kompozisyon)Tarama Elektron Mikroskobu Kontrast Oluşumu Kontraslama Örnekleri Karakteristik X-ışını Haritalama Geri Saçılan Elektron (BSE-topografi)Tarama Elektron Mikroskobu Kontrast Oluşumu Kontraslama Örnekleri Absorbe Edilen Elektron Potansiyel KontrastTarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Fraktografik Uygulamalar ? Kırılmalar önce iki gruba ayrılabilir: (1) Bir kez aşırı zorlama ile oluşan zorunlu kırılma, (2) Zorlamanın tekrarlanması ile oluşan yorulma kırılması.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Fraktografik Uygulamalar ? Hasar yüzeyleri incelenerek çatlak yüzeyinin son kırılma yüzeyine göre konumu ve her iki yüzeyin büyüklüğü yardımıyla kırılma nedeni hakkında aşağıdaki ipuçları elde edilebilir: ? Zorlamanın türü, ? Zorlamanın yaklaşık seviyesi, ? Malzemenin çentik duyarlığı.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma ? Kırılma mekaniği aşağıdaki alanlarda uygulanır: ? yüksek dayanımlı malzemeler, ? büyük et kalınlıkları, ? yüksek zorlama hızları, ? düşük sıcaklıklar.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma ? Gevrek kırılmayı kolaylaştıran etkenler şunlardır: ? Alçak sıcaklık, ? Çok eksenli gerilme durumu (çentikler, ani kesit değişimleri, büyük et kalınlıkları), ? Darbeli zorlama, ? Heterojen içyapı (hatalı ısıl işlem, kaynak dikişi bölgeleri), ? Yüksek dayanımlı malzemelerin şekil değiştirme kabiliyetlerinin düşük oluşu.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma Şekil 5.13. St 37 çeliğinde taneleriçi gevrek kırılmanın (yarılma kırılması) tarama elektron mikroskop fotoğrafı.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma Şekil 5.14. a) Tanelerarası gevrek kırılma, b) Ortaya çıkan tane yüzeyi (tarama elektron mikroskop fotoğrafları).Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma Şekil 5.15. Gevrek kırılma a) makroskopik görünüm, b) mikroskobik görünüm (şematik), sertleştirilmiş çelikten bir deney parçasının kırılması. Şekil 5.16. Tam kayma kırılması a) makroskopik görünüm, b) mikroskobik görünüm (şematik), AlCuMg 1 alaşımından bir deney parçasının kırılması.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma Şekil 5.17. Büzülme kırılması; a) şematik, b) elektrolitik bakırdan bir deney parçasının kırılması. Şekil 5.18. Çanak-koni tipi kırılma; a) şematik, b) AlMgSi alaşımından bir deney parçasının kırılması. Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma Şekil 5.19. Ck çeliğinde kırılma yüzeyindeki petekli yapı (SEM fotoğrafı). Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma Şekil 5.20. Sertleştirilmiş ve tavlanmış çelikten çekme deneyi parçalarının şekil değiştirme işlerinin karşılaştırılması (şematik).Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma ? Ortasında 2a uzunluğunda bir çatlak bulunan sonsuz genişlikte bir levhaya, çatlak yüzeyine dik doğrultuda ? normal gerilmesinin etkisi, IRWIN? e göre bu levha için gevrek kırılma tehlikesi a. ?2 çarpımı kritik bir değere ulaştığında ortaya çıkar. ? Böylece zorlama durumunun belirtilmesi için gerilme şiddeti faktörü olarak adlandırılan bir büyüklük tanımlanır: a K I . . ? ? ? ? I indisi çatlağın bir çekme gerilmesi ? ile açılmaya zorlandığını (zorlama türü I) gösterir. Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Statik Yük Altında Kırılma Şekil 5.21. Ortasında bir çatlak bulunan sonsuz genişlikteki levha modeli. Şekil 5.22. Zorlama türleri: I: normal gerilme, II: çatlak ucuna dik kayma gerilmesi, III: çatlak ucuna paralel kayma gerilmesi Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Dinamik Yük Altında Kırılma Şekil 5.23. Bir yorulma deney parçasının yüzeyindeki kayma bantları (SEM resmi).Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Dinamik Yük Altında Kırılma Şekil 5.24. Girinti ve çıkıntıların oluşumu (1..4 : aktif kayma düzlemleri).Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Dinamik Yük Altında Kırılma ? Yorulma zorlamaları altında oluşan malzeme hasarında (yorulma kırılması) iki ayrı aşama vardır: ? Çatlak oluşumu ? Çatlak ilerlemesiTarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Dinamik Yük Altında Kırılma Şekil 5.25. Yorulma kırığı yüzeyindeki çevrim çizgilerinin (striasyon) SEM resmi. Şekil 5.26. Yorulma kırılması (şematik).Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Dinamik Yük Altında Kırılma Şekil 5.27. Bir binek otomobili aksında yorulma kırılması. Şekil 5.28. Yanlış olarak değişken eğmeye zorlanmış bir civatada yorulma kırılması: düşük akma gerilmesi, yüksek çentik etkisi.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Diğer Uygulamalar Şekil 5.29. SEM, topografik kontrast, saat vidası. Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Diğer Uygulamalar Şekil 5.30. SEM, topografik kontrast, iğne ucu ve iğne deliği. Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Diğer Uygulamalar Şekil 5.31. SEM, topografik kontrast, fitalik asit kristalleri.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Diğer Uygulamalar Şekil 5.32. Döküm çelik numunede ledeburitik mikroyapı, dağlanmış numune. SEM, topografik kontrast ve materyal kontrast. Açık/koyu gri: matriks, beyaz/aydınlık: M2C karbürü.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Diğer Uygulamalar Şekil 5.33. Şekil 5.32 deki aynı çeliğin toz metalurjik üretiminden toz tanesi, aşırı dağlanmış numunede karbür iskeleti. SEM, topografik kontrast. Koyu gri/siyah: aşırı dağlanmış matriks, açık gri: M2C karbürü.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Diğer Uygulamalar Şekil 5.34. Şekil 5.33 deki çeliğin toz metalurjik üretiminden toz tanesi yüzeyinin morfolojisi; MC karbürlerinde heterojen çekirdeklenme sonucu eşeksenli kristal büyümesi. SEM, topografik kontrast. Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Diğer Uygulamalar Şekil 5.35. Ferritik-perlitik mikroalaşımlı yapı çeliği, dağlanmış mikroyapı. SEM görüntüsü, topografik kontrast.Tarama Elektron Mikroskobu Elektronmetalografik Uygulamalar Diğer Uygulamalar Şekil 5.36. Sert metal mikroyapısı, SEM görüntüsü, materyal kontrast; beyaz/açık gri: WC, açıkgri-koyu gri: TiC/TaC/NbC karışık karbür, siyah: Co.Görüntü Analizi Görüntü Analizin Temelleri ? Görüntü analizi optik mikroskop, stereo mikroskop, SEM vb. gibi herhangi bir kaynaktan elde edilmiş görüntüler üzerinde geometrik ve densitometrik ölçümler yapan bir bilim dalıdır. ? Bu teknik alışılagelmiş adıyla kantitatif metalografi olarak adlandırılır. ? Kantitatif Metalografi?nin amacı, üretim bilgisi ile mikroyapıyı düzenlemek ya da mikroyapıdan yola çıkarak, özelliklerin nicel değerlerini formüle etmek için veri toplamaktır. ? Bu işlem optik ve elektron mikrograflar ile başarılı bir şekilde gerçekleştirilir. Görüntü Analizi Görüntü Analizin Temelleri Mikroyapının sayısal ifadesi için aşağıdaki olasılıklar bulunmalıdır : (1) Özgül yüzey, İki boyutlu düzlemsel boyut dağılımı, alansal % dağılım gibi iki boyutlu parametrelerle tanımlama. (2) Şekil ve matematiksel morfoloji parametrelerini içeren kompleks iki boyutlu belirleme. (3) Steorolojik parametrelerle üç boyutlu belirleme: İki boyutlu ölçümlerden dönüştürülerek elde edilen Hacım Oranı, Uzaysal Boyut Dağılımı, Özgül Yüzey Alanı gibi parametreler. (4) Doğrudan üç boyutlu geometriden özel cihaz ve tekniklerle belirleme.Görüntü Analizi Görüntü Analizin Temelleri ? Mikrograflardan ya da parlatılmış kesitlerden veri temini için üç yöntem bulunmaktadır. (1) Nokta Sayma: Belli sayıda nokta içeren bir ağ, numunenin üzerine yerleştirilerek ölçülen fazı kesen noktalar sayılır. (2) Çizgisel Analiz: Bir köşegen boyunca, köşegenin kestiği tane ya da faz sınırları sayılır. (3) Alan analizi: Bu yöntemde, belirli bir alan içerisinde bulunan faz ya da taneler sayılır ya da alanları ölçülür.Görüntü Analizi Görüntü Analizin Temelleri Şekil 6.1. Parlatılmış yüzeylerde görüntü analiz veri tanımlanmasının değişik olanakları. Görüntü Analizi Görüntü Analizin Temelleri Görüntü analizinde kullanılan kavramlar ? V: Hacim (Volume), ? S: Yüzey, uzaydaki (Surface), ? A: Alan, kesitin ya da mikrografın (Area), ? L: Çizgi (Line), ? P: Nokta (Point), ? N: Sayı (Number).Görüntü Analizi Görüntü Analizin Temelleri Görüntü analizinde kullanılan kavramlar ? ? ? ? 0 1 0 0 1 0 0 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( P b P b P m A b N b N L b L b L m V b S b S V b V b V p L A v v ? ? ? ? ? ? ? b fazının hacim oranı, birim numune hacminde b fazının yüzey alanı, birim uzunlukta b fazını kesen ölçü krişi uzunluğu, birim alanda b fazının sayısı, birim nokta sayısında b fazına değen nokta sayısı.Görüntü Analizi Görüntü Analizin Temelleri Şekil 6.2. Tek ve çift fazlı mikroyapılarda alan ölçü parametreleri.Görüntü Analizi Görüntü Analizin Temelleri Şekil 6.3. Objeye özgü birkaç ölçü parametresi.Görüntü Analizi Görüntü Analiz Yöntemleri Görüntü analizinde kullanılan yöntemler (1) Karşılaştırma yöntemleri (standart çartlar) (2) Sayma ve ölçme teknikleri Görüntü Analizi Görüntü Analiz Yöntemleri Karşılaştırma Yöntemleri ? Kalite kontrol, bir malzemenin spesifikasyonlarına haiz olup olmadığının hızla belirlenmesi kapsar. ? Niceliğin tahmininde, boyut ve şekil genellikle yeterlidir. ? 1930?larda geliştirilen karşılaştırma yöntemleri mikroskop altında ya da mikrograflar üzerinde, en önemli yapısal özelliklerin sistematik değişkenler üzerinden karşılaştırılmasını öngörür. ? Standart çartlar olarak bilinen görüntü tabloları için standartlar, İsveç (Jern Kontoret), ABD (ASTM), Almanya (SEP, DIN) ve Rusya (GOST) gibi endüstriyel pek çok ülkede hazırlanmıştır. ? Aynı zamanda ISO ve EURONORM gibi uluslararası standartlar da bulunmaktadır. Görüntü Analizi Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.4.Standart bir görüntü tablosunda metalik olmayan kalıntı karakterizasyonu.Görüntü Analizi Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.5. Tane boyutu belirlemesi için ölçü okularları.Görüntü Analizi Görüntü Analiz Yöntemleri Sayma & Ölçme Teknikleri ? Kalitedeki gelişimin bir sonucu olarak kaba gradasyonlu standart çartlar hassas sonuçlardan uzaklaşmıştır. ? Veri, görsel olarak ya mikroskoba takılan uygun bir ölçü gözü ya da buzlu cam ekranı ölçü-ağı ile ya da uygun bir ölçü-ağı kullanılarak bir mikrograftan saptanır. Görüntü Analizi Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.6. Düz çizgili ve dairesel ölçü ağları. Görüntü Analizi Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.7. Çizgi ve nokta paternli ölçü ağları. Görüntü Analizi Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.8. Dökme demir mikrografı üzerinde düz çizgili serili ölçü ağı.Görüntü Analizi Otomatik Görüntü Analiz Cihazları ? Günümüzde kullanılan görüntü analiz cihazları dijital olarak çalışır ve görüntüler fotoğrafik noktalardan (pixel) oluşmaktadır. ? Arzu edilen gri seviyenin eldesinden sonra görüntü hem beyaz, hem siyah noktalar olarak saptanır. ? Basit otomatik sistemlerde operatör, yapısal bileşimde hangi fazların bulunduğuna karar verir ve dedeksiyonu ayarlar. ? Ölçümlerde, sayma ve kayıt etme, bilgilerin işlenmesi ve biriktirilmesi mekanik ve elektronik ekipmanlarla sağlanır. ? Otomatik görüntü analizinin kullanım nedeni, ölçüm hızının yarı otomatik cihazlara göre arttırılması ve tanecik tanımasının daha belirgin bir hale getirilmesidir. Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama ? Malzemenin mikroyapısının incelenen bir kesit üzerinde ölçülerek kazanılan paremetrelerin saptanması için ön koşul, bu kesit düzleminin incelenmekte olan tüm numuneyi temsil etmesidir. ? Bu koşul sadece alışılagelen kesit boyutlarındaki homojen malzemeler için ve onların mikroyapıları için geçerlidir. ? Gerçekte üretime bağlı olarak malzemeler dikine ve uzunlamasına kesitlerinde, hem kimyasal analiz hem de mikroyapı karakteristiği açısından farklılıklar gösterirler. ? Yeterli bir sonuç elde edilmesinin istendiği durumda numune almanın istatiksel yönü çok önemlidir. ? Amaca uymayacak şekilde büyük bir parçadan rastgele alınmış bir numunenin nitel analizinin doğal olarak hiç bir değeri yoktur. Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama ? Aşağıda sıralanan numune hazırlama ve optimal görüntü analizi için üç koşul ortaya çıkar. (1) Ayırd edilebilen tüm fazlar aynı kesit üzerinde olmalıdır, yani kesit yüzeyi üç boyutlu yapıyı temsil edebilecek bir düzlemde hazırlanmalıdır. (2) Kesit hazırlarken mikroyapı karateristiğinde herhangi bir değişim olmamalıdır. (3) Ölçülecek fazların kontrast açısından matriksten berlirgin bir şekilde ayırdedilebilmesi gerekir. 1 eşitliğine göre bu kontrastın 0.3 daha da iyisi 0.5 olmalıdır. Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.9. Perlitik yapıda dağlama sonucu şematik görünüm. a) doğru değer, b) kuvvetli rölyef nedeniyle ölçülen değer.Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.10. Dökme demir mikroyapısı, metalografik hazırlamada kısmen kırılmış grafitler. Şekil 6.11. Dökme demir mikroyapısıyla, metalografik olarak kusursuz hazırlanmış.Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.12. Otomat çeliğinde sülfür kalıntıları. Şekil 6.13. Düşük karbonlu çeliğin mikroyapısında metalografik hazırlamadan kaynaklanan çizikler. Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.14. Polarize ışık mikroskobu görüntüsü.Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.15. Takım çeliği mikroyapısı.Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.16. Otomat çeliğinde renkli metalografi uygulaması. Şekil 6.17. Renkli metalografi uygulaması. Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.18. Aşırı dağlanmış ferritik-perlitik mikroyapı. Şekil 6.19. Düşük karbonlu çeliğin mikroyapısı.Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama (a) (b) Şekil 6.20. a) yumuşak metalde mevcut porların metalografik hazırlama aşamasında küçülmesi, b) gevrek malzemelerde metalografik hazırlama esnasında çatlak oluşumu. Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.21. Çok fazlı malzemede otomatik analiz için ideal mikroyapı görüntüsü. Şekil 6.22. Çok fazlı malzemede otomatik analiz için ideal mikroyapı görüntüsü. Görüntü Analizi Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.23. Çok fazlı malzemede otomatik analiz için ideal mikroyapı görüntüsü. Görüntü Analizi Görüntü Oluşumu ? Görüntü oluşumunun tipini, ölçülen şeklin doğası ve uygun parametre belirler. ? Ana kural olarak 1 µm?den büyük şekiller optik ışık mikroskobuyla, 300 nm?den büyük şekiller tarama elektron mikroskobuyla ve 20 nm?den büyük şekiller transmisyon elektron mikroskobuyla incelenebilir. ? Başlangıç mesafelerinde istenen doğruluk hangi ölçüm sisteminin seçileceğini belirleyecektir. Görüntü Analizi Deteksiyon ? Eğer bir mikroyapısal şekil meydana çıkarılacaksa, farkedilebilmesi için kontrastı yeterli yükseklikte olmalıdır. Kontrast (K) aşağıdaki eşitlikte tanımlanmıştır. max R DR K ? ? DR iki faz arasındaki yansıtıcılık farkı, Rmax da iki fazdan daha parlak yansıyanıdır. Görüntü Analizi Malzeme Biliminde Uygulamaları ? Malzeme bilimi üzerine yapılan çalışmalarda, fazlar, dislokasyon yoğunluğu ve tane boyutu gibi mikroyapısal özeliklerin miktarları ve boyutlarıyla malzeme özelikleri arasındaki ilişkilerin araştırılması önemli bir yer tutmaktadır. ? Mikroyapıdaki fazların boyutları, şekilleri (morfolojileri) dağılımları, tane boyutları gibi özellikler mekanik özellikleri ciddi oranda etkiler.Görüntü Analizi Malzeme Biliminde Uygulamaları Mikroyapı Fazlarının Miktarsal Belirlenmesi ? Yapıda bulunması muhtemel fazların ilgili malzemenin mekanik, fiziksel, vb. gibi çeşitli özelikleri üzerinde önemli etkisi bulunmaktadır. ? Kimyasal bileşimine göre veya üretim biçimine ele alınabilecek bütün malzemelerde mikroyapıda bulunması muhtemel fazların o malzemenin özeliklerine etkisi kaçınılmazdır. Görüntü Analizi Malzeme Biliminde Uygulamaları Tane boyutunun belirlenmesi ? Tane boyutu veya kabalaşma miktarı ilgili malzemenin mekanik özelikleri üzerinde en etkili olan parametrelerdir. ? Metallerde akma mukavemetinin tane boyutu ile olan ilişkisi (Hall-Petch bağıntısı) ile perlit lamelleri ara mesafesi olan ilişkisi ve sertliğin tane boyutu ile olan ilişkisi iyi bilinen bağıntılardır. d K H H L K d K H s y ? ? ? ? ? ? 0 0 0 ? ? ? ? ?: akma mukavemeti, ?0: tane içindeki dislokasyonların hareketine karşı sürtünme gerilimi, Ky, KH, Ks: sabit değer (eğim), d: tane boyutu, L: perlit lamelleri ara mesafesidir.