Искажение решетки вокруг точечных дефектов

Вокруг пустого узла или межузельного атома решетка искажена. Точечный дефект можно рассматривать в первом приближении как центр сжатия или расширения в упругой среде. Из математической теории упругого поля в непрерывной среде следует, что напряжения и деформации вокруг такого центра убывают обратно пропорционально третьей степени расстояния от него Упругая деформация, вызванная точечным дефектом, должна распространяться от него до самой поверхности кристалла. Но только на расстоянии одного—двух атомных диаметров от центра дефекта создаются заметные смещения. Эта область называется ядро дефекта. Расположение атомов в ядре нельзя описать, исходя из теории упругости, которая оперирует понятиями сплошной среды и не учитывает дискретного атомного строения металла. Учет сил межатомного взаимодействия приводит к следующим результатам, которые не очевидны при простом рассмотрении, например, вакансий как центров сжатия.

В г. ц. к. решетке вокруг вакансии ближайшие соседи смещены в ее сторону. Второй слой атомов смещен по направлению от вакансии.

Рис. 8.3. Направления смещения атомов вокруг вакансии в плоскости {100} г. ц. к. решетки

На рис. 8.3 показано расположение атомов в плоскости куба {100} вокруг вакансии (пунктирный круг) в центре грани кубической ячейки (атомы не смещены, так как место будущей вакансии пока еще заполнено). Атомы первого слоя находятся по отношению к вакантному узлу на направлениях <110>, а атомы второго слоя—на направлениях <100>. Направления смещения атомов обоих слоев указаны стрелками. Таким образом, поле смещений сильно анизотропно — по разным направлениям смещения имеют разный знак и разную величину.

В г.ц.к. решетке расчетная величина смещения атомов первой координационной сферы, направленного в сторону вакансии, составляет около 2 % межатомного расстояния, а величина смещения в противоположном направлении атомов второй координационной сферы на порядок меньше. В плотнейшей упаковке, какой является г.ц.к. кристалл, смещение атомов первой координационной сферы в сторону вакансии быстро тормозится их взаимным отталкиванием. Расчеты показывают, что эти смещения в о.ц.к. решетке в несколько раз больше, но все равно не превышают 10 % межатомного расстояния.

Из приведенных данных видно, что вокруг вакансий смещения соседних атомов очень невелики и составляют доли межатомного расстояния. Естественно, что вокруг межузельного атома в плотной упаковке смещение соседей больше, чем вокруг вакансий.

Быстрое затухание атомных смещений при удалении от точечного дефекта означает, что межатомные силы являются силами близкодействия, резко падающими при увеличении расстояния. Поскольку вакансия стремится стянуть решетку вокруг себя, то ее следует рассматривать как центр всестороннего растяжения. Межузельный атом — это центр напряжений сжатия.

Дата добавления: 2014-01-07