Виды дефектов в кристаллах

Полиморфизм (аллотропия)

Многие вещества в зависимости от условий кристаллизации могут иметь различные кристаллические решетки при неизменном химическом составе. Способность вещества перестраивать свою кристаллическую решетку называют полиморфизмом или аллотро­пией.

Рисунок 1.8 - Кривая охлаждения железа.

Такая перестройка происходит главным обра­зом под влиянием темпера­туры, хотя не исключено влияние и других факторов – давления, наличия примесей. Вещества с постоянным химическим составом, но имеющие различные кристалли­ческие решётки, называют аллотропическими модификациями и обозначают их гре­ческими буквами в алфавитном порядке по мере возрастании температуры.

Аллотропические модификации имеют кобальт, железо (рисунок 1.8), олово, титан, селен, фосфор, углерод и другие вещества. Полиморфизм широко используется при получении материалов с различными свой­ствами, например, из графита получают искусственные алмазы.

Любые отклонения от регулярного расположения частиц в крис­талле называют дефектами структуры. Структура реальных кристал­лических веществ отличается от идеальных. В реальных кристал­лах всегда имеют место дефекты. Дефекты кристаллического строения оказывают большое влияние на все свойства кристаллических тел: механические, магнитные, электрические, оптические и хими­ческие.

Отклонения от идеальной решетки могут быть временными и постоянными. Временные отклонения возникают при воздействии на кристалл механических, тепловых и электромагнитных колебаний, при прохождении через кристалл потока быстрых частиц и т.п. К постоянным несовершенствам относятся точечные дефекты (междоузельные атомы, вакансии, примесные атомы), линейные дефекты, (дислокации), плоские поверхностные дефекты (границы зёрен, границы самого кристалла), объёмные дефекты (закрытые и открытые поры, тре­щины, включение постороннего вещества).

Точечные (нульмерные) дефекты имеют размер порядка диаметра атома. Основной причиной, их возникновения является переход атомов за счёт теплового движения из узлов кристаллической решетки в междоузлие. Точечный дефект, представляющий собой незаполненное место в узле кристаллической решетки, называют вакансией (рисунок 1.9 а). Другие типы точечных дефектов образуются за счёт замещения собственного атома в узле кристаллической решетки атомом при­меси (рисунок 1.9б) или в результате внедрения атома принеси в междоузлие (рисунок 1.9в).

Рисунок 1.9 - Основные, виды точечных дефектов

Линейные (одномерные) дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяжённость в третьем измерении. Они представляют собой нарушение кристаллической структуры вдоль некоторой ли­нии и называются дислокациями. Возникают дислокации при меха­нической и термической обработке кристаллов. Различают краевые и винтовые дислокации. Краевые дислокации образуются в кристал­лах, подвергнутых деформации сдвига (рисунок 8а).

Рисунок 1.10 - Виды дислокации

Винтовые дислокации образуются при скольжении одной атомной плоскости отно­сительно другой по винтовой линии не менее чем на один период (рисунок 8б).

Дислокации существенно ухудшают свойства материалов. В ме­таллах, например, снижают механическую прочность, а в полупро­водниках значительно увеличивают проводимость, вызывают рассе­яние носителей заряда, служат центрами рекомбинации и генерации носителей заряда.

Поверхностные (двухмерные) дефекты малы только в одном измерении. Они представляют собой поверхности раздела между

отдель­ными зёрнами или блоками веществ. Возникают поверхностные дефек­ты в процессе кристаллизации вещества.

Объемные (трехмерные) дефекты имеют существенные размеры во всех трех измерениях. Такие дефекты возникают при изменении условий роста кристалла.

Дата добавления: 2015-05-26