Навигация
5. Лінійні дефекти.
У реальних кристалах деякі атомні площини можуть обриватися. Краї таких обірваних (зайвих) площин утворюють краєві дислокації. Існують також гвинтові дислокації, пов'язані із закручуванням атомних площин у вигляді гвинтових сходів, а також складніші типи дислокацій. Іноді лінійні дефекти у кристалах утворюються з скупчення точкових дефектів, розташованих ланцюжками.
5.1 Дислокації
Дислокації в кристалах, дефекти кристала, що є лініями, вздовж і поблизу яких порушено характерне для кристала правильне розташування атомних площин. Дислокації та інші дефекти в кристалах визначають багато фізичних властивостей кристалів, званих структурно-чутливими. Зокрема, механічні властивості кристалів — міцність і пластичність — обумовлені існуванням дислокацій і їх особливостями.
Найпростішими видами дислокацій є краєва і гвинтова дислокації. В ідеальному кристалі сусідні атомні площини паралельні на всьому своєму протязі. У реальному кристалі атомні площини часто обриваються усередині кристала (рис. 10, а), при цьому виникає краєва дислокація, віссю якої є край «зайвої» напівплощини.
Рис. 10. Краєва дислокація: а – обрив атомної площини всередині кристала; б – схема утворення краєвої дислокації
Застосування електронних мікроскопів з великою роздільною здатністю дозволяє спостерігати в деяких кристалах специфічне для краєвої дислокації розташування атомних рядів.
Утворення краєвої дислокації можна уявити собі, якщо надрізати кристал по частині площини ABCD (рис. 10, б), зрушити нижню частину відносно верхньої на одну міжатомну відстань b в напрямі, перпендикулярному до АВ, а потім знову з'єднати атоми на протилежних краях розрізу. Зайва напівплощина, що залишилася, обривається уздовж краєвої дислокації АВ. Вектор b, величина якого рівна міжатомній відстані, називається вектором зрушення (вектор Бюргерса). Площина, що проходить через вектор зрушення і лінію дислокації, називається площиною ковзання краєвої дислокації.
Якщо напрям зрушення b не перпендикулярно, а паралельно межі надрізу АВ, то виходить гвинтова дислокація (рис. 11, а).
На відміну від краєвої дислокації, у гвинтової дислокації площиною ковзання є будь-яка кристалографічна площина, що проходить через лінію АВ. Кристал з гвинтовою дислокацією вже не складається з паралельних атомних площин, скоріше за нього можна розглядати таким, що складається з однієї атомної площини, закрученої у вигляді гелікоїда або гвинтових сходів без сходинок (рис.11, б). На рис. 11 а, показано розташування атомів вище (білі кола) і нижче (чорні кола) за площину ковзання в простих кубічних гратах з гвинтовою дислокацією. Якщо гвинтова дислокація виходить на зовнішню поверхню кристала, то в точці виходу А (рис.11, б) обривається сходинка AD заввишки в товщину одного атомного шару. Ця сходинка активно проявляє себе в процесі кристалізації. Атоми речовини, випадні з пари або розчину, легко приєднуються до сходинки на поверхні кристала, що росте. Кількість атомів, що захоплюються сходинкою, і швидкість зсуву сходинки по поверхні кристала більше поблизу виходу дислокації. Тому сходинка закручується навколо осі дислокації. Сходинка послідовно піднімається з одного кристалічного «поверху» на іншій, що приводить до спірального зростання кристала.
Між граничними випадками краєвою і гвинтовою дислокаціями можливі будь-які проміжні, в яких лінія дислокації складає довільний кут з вектором зрушення (змішана дислокація). Лінія дислокації не обов'язково повинна бути прямій, вона може бути довільною кривою. Лінії дислокації не можуть обриватися усередині кристала, вони повинні або бути замкнутими, утворюючи петлі, або розгалужуватися на декілька дислокацій, або виходити на поверхню кристала. Щільність дислокацій у кристалі визначається як середнє число ліній дислокацій, що перетинають проведений усередині тіла майданчик в 1 см2, або як сумарна довжина дислокації у 1 см3. Щільність дислокацій зазвичай коливається від 102 до 103 на 1 см2 в найбільш довершених монокристалах і доходить до 1011—1012 на 1 см2 в сильно спотворених металах.
Утворення і зникнення дислокацій.
Зазвичай виникають при утворенні кристала з розплаву або з газоподібної фази. Методи вирощування дислокацій дуже складні і розроблені тільки для небагатьох кристалічних речовин. Після ретельного відпалу кристали містять зазвичай 104—105 Д. на 1 см2. При щонайменшій пластичній деформації такого кристала дислокації інтенсивно «розмножуються» (рис. 12), без чого неможлива значна пластична деформація кристала.
Рис. 12. Переміщення дислокації в площині ковзання супроводжується розривом і приєднанням міжатомних зв’язків. В кристалі без дислокацій зсув в площині ковзання потребує одночасного розриву всіх міжатомних зв’язків.
Якби нові дислокації не народжувалися в кристалі, то деформація припинилася б після виходу на поверхню кристала всіх наявних в нім дислокацій. Дислокації, що притягуються. з протилежним вектором зрушення, лежачі в одній площині ковзання, при зближенні знищують один одного. Якщо такі . лежать в різних площинах ковзання, то для їх анігіляції потрібне переповзання.
Тому при високотемпературному відпалі, сприяючому переповзанню, знижується щільність дислокацій.
Дислокації — джерело кривизни решітки.
Рис. 13. Переповзання краєвої дислокації. Атоми зайвої на півплощини переходять у вакантні вузли решітки.
Ділянки кристала, розділені рядами (рис. 13) або сітками з дислокаціями, мають різну орієнтацію атомних площин і називаються кристалічними блоками.
Якщо дислокації розташовані рівномірно за об'ємом кристала, то блокової структури немає, але грати викривлені (рис. 14).
Викривлення атомних площин і спотворення міжплощинних відстаней поблизу дислокацій збільшують інтенсивність розсіяння рентгенівських променів і електронів. На цьому засновані рентгенівські і електронномікроскапічні методи спостереження дислокацій.
Структура дислокації деформованих кристалів. Руйнування. Розподіл дислокацій у деформованих кристалах зазвичай нерівномірне. При малому ступені деформації (зазвичай до 10%) дислокації часто розташовуються уздовж виділених площин ковзання. Із зростанням деформації виникає (зазвичай в металах) блокова структура, що виявляється за допомогою електронного мікроскопа або по розсіянню рентгенівських променів. Із зростанням деформації розмір блоків падає. При розмноженні дислокації середні відстані між дислокаціями скорочуються, їх поля пружної напруги взаємно перекриваються і ковзання ускладнюється (деформаційне зміцнення кристала). Щоб ковзання могло продовжуватися, прикладену зовнішню напругу необхідно підвищити.
При подальшому розмноженні дислокацій внутрішня напруга може досягати значень, близьких до теоретичної міцності. Тоді настає руйнування кристала шляхом зародження і поширення в ньому мікротріщин. Цьому можуть сприяти також і теплові коливання.
Вплив дислокацій на фізичні властивості кристалів. Дислокації впливають не тільки на такі механічні властивості твердих тіл, як пластичність і міцність, для яких присутність дислокацій є визначальною, але і на інші фізичні властивості кристалів. Наприклад, із збільшенням числа дислокацій зменшується щільність кристала, зростає, змінюються оптичні властивості, підвищується електроопір. Дислокації збільшують середню швидкість дифузії в кристалі і прискорюють старіння і інші процеси, що протікають за участю дифузії. Дислокації зменшують хімічну стійкість кристала, так що в результаті обробки поверхні кристала спеціальними речовинами (травниками) в місцях виходу дислокацій утворюються видимі ямки. На цьому засновано виявлення дислокацій у непрозорих матеріалах методом вибіркового травлення.
Похожие работы
... термічне і іонно-плазмове розпилювання, хімічне і електрохімічнео садження, гарт з рідкого стану і механічне легування (механо-активований синтез).[4] ІІІ. МЕТОДИ ОДЕРЖАННЯ АМОРФНИХ МЕТАЛІВ 3.1 Методи розпилювання Методи розпилювання, що застосовуються для швидкого загартування з розплаву, розрізняються по механізму розпилювання і за способом охолоджування крапель, що утворюються. ...
... - ця зварювання нагадує зварювання штучними електродами, тому що склад шихти може бути підібраний аналогічно обмазці електродів і дозволяє не тільки захищати розплавлений метал, але і легувати його, що практично неможливо при зварюванні під флюсом і в захисних газах. 2.1.1 Технологія зварювання вугільними і графітовим електродом Вугільні електроди складаються з аморфного електротехнічного вугі ...
... впливу технологічних факторів, що вивчаються, на ступінь ураженості злитку усадковою раковиною та розвитком окремих зон кристалізації. Таблиця 2.1Результати експериментів № п.п. Фактори технології розливки Найменування параметрів % Усадкової раковини Примітка (характеристика зон кристалізації) 1 Форма виливниці З розширенням уверх З розширенням униз 2 ...
... предметів туалету й ін. Томпак – сплав міді з цинком (10-12%). Застосовують для виготовлення ювелірної галантереї, стопок і інших побутових предметів. Існує кілька класифікацій ювелірних каменів. У торгівлі і промисловості ювелірні камені класифікують по їхній відносній цінності на дорогоцінні, напівкоштовні і виробні. Дорогоцінні і напівкоштовні камені звичайно прозорі, вироблені – непрозорі ...
0 комментариев