Дефекти кристалічної будови металів

У будь-якому реальному кристалі завжди є дефекти будови, які розділяються за геометричними ознаками на точкові (нульмірні), лінійні (одномірні) і поверхневі (двомірні).

Точкові дефекти (рис.1.7) малі у всіх трьох вимірах, і розміри їх не перевищують декількох атомних діаметрів. До точкових дефектів відносяться вакансії та міжвузлові атоми. Вакансії (дефекти Шоттки) - це вузли гратки, у яких атоми відсутні (рис.1.7). Вакансії найчастіше утворюються в результаті переходу атома з вузла гратки на поверхню, їхнього випаровування з поверхні кристала чи переходу в міжвузловий простір. У кристалі завжди є атоми, кінетична енергія яких значно перевищує середню, властиву заданій температурі нагрівання. Такі атоми, особливо розташовані поблизу поверхні, можуть вийти на поверхню кристала, а їхнє місце займуть атоми, що знаходяться далі від поверхні. Тоді вузли, які належали їм, виявляться вільними, тобто виникнуть теплові вакансії.

Джерелами теплових вакансій є вільні поверхні, межі зерен, пустоти та тріщини. З підвищенням температури концентрація вакансій зростає. При температурі, близькій до температури плавлення, їхня кількість може досягати 1% числа атомів у кристалі. Швидким охолодженням від даної температури можна зафіксувати ці вакансії при нормальній температурі (так звані гартівні вакансії). Кристал, що знаходиться при даній температурі в термодинамічній рівновазі, має рівноважну концентрацію теплових вакансій. Крім одиничних вакансії (рис.1.7), можуть утворюватися також подвійні, потрійні і їхні угруповання.

Вакансії утворюються не тільки при нагріванні, але й у процесі пластичної деформації, рекристалізації і при бомбардуванні металу атомами чи частками високих енергій (опромінення в циклотроні чи в ядерному реакторі).

Міжвузлові атоми (дефекти Френкеля) утворюються в результаті переходу атома з вузла гратки в міжвузловий простір (рис.1.7). На його місці виникає вакансія. Однак через те, що в гратках, характерних металам, енергія утворення міжвузлових атомів у декілька разів перевищує енергію теплових вакансій, то основними точковими дефектами є теплові вакансії.

Точкові дефекти викликають місцеве спотворення кристалічної гратки (рис.1.7) і впливають на деякі фізичні властивості металів (електропровідність, магнітні властивості) і фазові перетворення.

Лінійні дефекти мають малі розміри в двох вимірах і велику протяжність у третьому. Ними можуть бути декілька вакансій чи міжвузлових атомів. Найважливішим видом лінійних недосконалостей є дислокації - крайові та гвинтові. Крайові (рис.1.8) предсталяють собою локальні спотворення кристалічної гратки, викликані наявністю "зайвої" атомної напівплощини. Найпростіший спосіб утворення дислокації в кристалі - зсув (рис.1.8). Якщо верхню частину кристала змістити відносно нижньої на одну міжатомну віддаль, то границя АВ є дислокацією. Гвинтова дислокація утворюється внаслідок згину атомних площин по гвинтовій лінії. Навколо дислокацій виникають спотворення гратки.

Дислокації утворюються у процесі кристалізації металів при "захлопуванні" групи вакансій, у процесі пластичної деформації чи фазових перетворень. Характеристикою дислокаційної структури є щільність дислокацій - сумарна довжина дислокацій (у см) на одиницю об’єму кристала (у см³).

Поверхневі дефекти представляють собою поверхні розділу між окремими зернами в полікристалічному металі.

Рис.1.7. Точкові дефекти у кристалічній гратці Рис.1.8. Лінійні дефекти (крайова

дислокація)

Рис.1.9. Поверхневі дефекти (границя зерен)

Тема 2. КРИСТАЛІЗАЦІЯ МЕТАЛІВ

Дата добавления: 2014-01-07