ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Строение реальных металлов. Дефекты в кристаллах из "Конструкционные, проводниковые и магнитные материалы (электроматериаловедение) " Вакансии (дефекты Шоттки). Так как точечные дефекты соизмеримы с размерами атомов, их можно увидеть, например, только с помощью лонного проектора. [c.30] Таким образом, с увеличением температуры число вакансий растет по экспоненциальному закону. Влияние температуры на плотность вакансий для меди показано на рис. 18. [c.31] В первом случае атом внедряется при переходе из узла решетки в междуузлие на месте ушедшего атома образуется вакансия. Этот тип дефекта называется дефектами Френкеля. Энергия образования этих дефектов примерно равна сумме энергии образования вакансии и внедрения. При образовании дефектов Френкеля энергия кристалла возрастает, так как атом проникает в область, где силы отталкивания между внедренным атомом и окружающими его атомами очень велики кристаллическая решетка металла упруго деформируется. [c.32] Внедрение атомов примесей в междуузлие кристаллической решетки сопровождается ее упругой деформацией. Энергия кристаллической решетки при внедрении в нее атомов небольших размеров (водорода, кислорода, азота, углерода) увеличивается незначительно. [c.32] Пластической деформации металла, бомбардировке металла атомами или частицами высоких энергий (например, облучение в циклотроне или нейтронное облучение в ядер-ном реакторе). [c.33] Электронные дефекты вызываются нарушениями в нормальной периодичности распределения зарядов или энергии в твердом теле. Геометрическим дефектам кристалла сопутствуют локальные нарушения распределения зарядов. Например, примесный атом может иметь иной заряд, чем основные атомы в этом случае возникают локальные электронные нарушения. Вакансии или внедренные атомы искажают электрический заряд. Электроны, поглощая различное количество тепловой энергии, могут изменять свое движение в решетке, например возникновение в полупроводниках потоков положительных и отрицательных зарядов. [c.33] Если надрезать кристалл и сдвинуть силой i части кристалла вдоль плоскости надреза относительно друг друга на одно межатомное расстояние, то в этом случае горизонтальные, атомные плоскости несколько изогнутся и край каждой из них сомкнется с краем ближайшей соседней плоскости. Таким образом, если обойти верхнюю изогнутую атомную плоскость по часовой стрелке, то придем к краю второй атомной плоскости и т. д. [c.35] Винтовая дислокация — это прямая линия z—г, вокруг которой атомные плоскости изогнуты по винтовой линии. Все атомы находятся на одной винтовой поверхности. [c.35] Степень искажения зависит от расстояния до центра дислокаций. Вектор Бюргерса в случае винтовой дислокации параллелен линии дислокации энергия дислокаций пропорциональна ее длине и зависит от силы, растягивающей дислокацию. Величина этой силы Т = 0,5G6 , где G — модуль сдвига. [c.35] Поверхностные дефекты. Энергия кристалла с той или иной поверхностью больше энергии равного количества того же материала, находяш,егося внутри кристалла (Т. е. не имеюш,его никакой поверхности). Свободная поверхность кристалла, границы зерен и блоков, двойни-ковая граница и когерентная и некогерентная межфазовые поверхности имеют поверхностные дефекты двухмерной протяженности (вакансии, дислокации, примесные атомы, микротреш,ины и др.). [c.35] поясняющая мозаичную структуру кристалла, приведена на рис. 23. Размеры блоков составляют 10 — 10 А. На границах блоков (или субграницах) образуется область с нарушенным порядком расположения атомов угол разориентировки между блоками изменяется от 10 до 20 мин. Мозаичная структура образуется в результате захвата примесей растущими кристаллами, под действием сжимающих напряжений, возникающих при охлаждении металла, его пластической деформации и т. д. Таким образом, отдельный блок представляет собой элемент тонкой структуры металла, который характеризуется соверщен-ным кристаллическим строением. [c.36] В некоторых случаях границы объединенных между собой блоков образуют фрагменты тонкой структуры или полигональную структуру. Угол разориентировки между фрагментами составляет несколько градусов. [c.37] Однако часто наблюдаются случаи, когда фрагменты зерен не имеют блочного строения. Процесс образования фрагментов внутри зерен называется фрагментацией или полиго-низацией. Таким образом, зерна металла могут состоять из фрагментов (с блоками или без них) или только из блоков (без фрагментов). [c.37] Граница зерен—область между сопрягающимися соседними зернами — образуется там, где растущие из расплава зерна сталкиваются друг с другом. Упаковка атомов на границе не так компактна, как внутри зерна, поэтому плотность поликристалла меньше плотности монокристалла. [c.37] Угол разориентировки между зернами составляет 20 и более. В некоторых случаях обработки металлов (например, после пластической деформации) углы между кристаллическими осями различных зерен оказываются близкими и соответствуют некоторому среднему значению в этом случае возникает преимущественная ориентация зерен или текстура. [c.37] Дефекты после радиационного облучения. Из множества элементарных частиц и излучений, возникающих при распаде ядерного топлива (нейтроны, протоны, дейтроны, электроны, позитроны, а-частицы Р- и y-из-лучения), наибольшее влияние на свойства конструкционных материалов оказывают нейтроны. Из-за отсутствия заряда нейтроны проникают в кристаллическую решетку металла, вызывая в ней существенные изменения. Наиболее сильно влияют на свойства металлов быстрые нейтроны, нейтроны, обладающие энергией выше 0,5 эв, которые, попадая в кристаллическую решетку с энергией в несколько десятков тысяч электроно-вольт, упруго сталкиваются с ядром ионизированного атома. Атом, получив энергию, при смещении из узла решетки перемещается в междоузлие. Таким образом, в кристаллической решетке возникает вакансия и внедренный в междоузлии атом. [c.38] Одна вакансия и один внедренный атом образуют пару Френкеля (рис. 25). Выбитый атом, в свою очередь, выбивает еще несколько атомов из узлов решетки. При облучении одним нейтроном 3,2-10 Мдж (2 Мэв) алюминия и бериллия возникает соответственно 6030 и 454 пары Френкеля. Энергия образования пары Френкеля равна 40 Ю - дж (25 эв) она состоит из потенциальной энергии смещенных атомов 16-10 дж (10 эв) и энергии упругих колебаний групп атомов в кристаллической решетке 24-10 дж (или 15 эв). [c.38] Область, в которой избыточная (по сравнению с тепловой) энергия атомов реализуется в виде тепловой энергии, называется областью температурного пика . Температурные пики бывают двух типов пики смещения , при которых энергия достаточна, чтобы переместить значительное число атомов из узлов в междоузлия, и термические пики , при которых лишь отдельные атомы покидают свои узлы в решетке. [c.39] Таким образом, вероятность локального расплавления наблюдается у меди и цинка, поскольку время действия термического пика превышает (на 1—2 порядка) время оседлой жизни атомов, по этим же причинам у тугоплавких металлов (молибдена и вольфрама) расплавления не произойдет. [c.40] Тепловой эффект может вызвать процесс диффузии вакансий и внедренных атомов, изменяющий тонкую структуру и свойства металлов. Б металле появляются поры, которые являются зародышами будущих микротрещин. Тепловой эффект может привести также к рекомбинации пар Френкеля с частичным исчезновением этого дефекта. [c.40] Вернуться к основной статье