Дефект кристаллический равновесный

Дислокации - дефекты кристаллической решетки металлических материалов, состоящие в наличии дополнительной атомной полуплоскости. Материалы характеризуются плотностью дислокаций Существуют понятия равновесной плотности дислокаций и критической плотности дислокаций [c.148]

Экспериментальные данные показывают, что в реальном кристалле изменение теплоемкости в области фазовых переходов связано с влиянием дефектов кристаллической решетки. Наибольшее влияние оказывают термодинамически точечные равновесные дефекты, т. е. вакансии и межузельные атомы, так как они проявляются во всех условиях и притом наиболее значительно. Энергия образования межузельных атомов больше энергии образования вакансий. Поэтому главное значение имеют вакансии. Возрастание теплоемкости кристалла с приближением к точке перехода обусловлено изменением его параметра порядка. Изменение параметра порядка кристалла означает вместе с тем изменение концентрации вакансий, например, при температурах, меньших температуры перехода Т, концентрации вакансий с повышением температуры увеличиваются, а параметр порядка уменьшается, достигая нулевого значения в точке перехода. Изменение параметра порядка происходит скачкообразно при фазовых переходах первого рода и непрерывно при переходах второго рода. [c.238]

Большинство избыточных нар электрон — дырка рекомбинирует на дефектах кристаллической решетки. Эти дефекты, как указывалось выше, являются центрами рекомбинации и связаны с различными энергетическими уровнями внутри запрещенной зоны. Время, необходимое для того, чтобы избыток носителей пришел в равновесное состояние посредством рекомбинации, является временем жизни неравновесных носителей, которое зависит прежде всего от сечения рекомбинации и плотности центров рекомбинации. [c.284]

Первичная рекристаллизация полностью снимет наклеп, созданный при пластическом деформировании, металл приобретает равновесную структуру с минимальным количеством дефектов кристаллического строения. Свойства металла после рекристаллизации близки к свойствам отожженного металла (рис. 5.14). [c.136]

Аналогичная тенденция наблюдается и у дефектов кристаллической решетки в промежуточных фазах композиции с более высокой равновесной концентрацией вакансий или внедренных атомов характеризуются более низкой прочностью при высоких температурах из-за более высокой диффузионной подвижности. Увеличение связей типа вакансия — растворенный атом приводит к возрастанию энергии активации диффузии и повышению [c.300]

Фононы взаимодействуют друг с другом, с другими квазичастицами (электронами проводимости, магнонами и др.), а также с дефектами кристаллической решетки. Скорость изменения числа фононов М ш(к)) при столкновениях можно считать функцией отклонения числа фононов от равновесного, т. е. функцией п(о (к)) [c.22]

Термическое окисление при высоких температурах может привести к генерации дефектов кристаллической решетки кремниевой подложки. Методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) было установлено, что эти дефекты представляют собой несобственные дефекты упаковки, ограниченные частичными франковскими дислокациями типа 1/3 <111>, лежащими в плоскостях <111). Вследствие неподвижности дислокаций рост ОДУ должен происходить с помощью механизма, включающего либо эмиссию вакансий либо поглощение междоузельных атомов. Нарушение равновесной концентрации точечных дефектов обусловливает поведение окислительных дефектов. [c.90]

Наиболее вероятное место расположения этих включений — зоны упругого искажения кристаллических решеток и места скопления дефектов физического строения, так как эти зоны обладают повышенным уровнем потенциальной энергии. Сосредоточение в них примесей приводит к снижению внутренней энергии и повышению степени равновесности всей системы. Иными словами, движущая сила образования сегрегаций имеет термодинамическую основу. [c.464]

Наблюдаемые в опытах большие коэффициенты упрочнения у металлов с г. ц. к. решеткой кроме А1 можно объяснить низкой энергией дефекта упаковки (например, аустенитные стали). Как известно [см. формулу (55)], меньшим значением д.у соответствует большая равновесная ширина do расщепленной дислокации, что затрудняет поперечное скольжение и переползание дислокаций и повышает напряжение пересечения леса дислокаций. Несмотря на существенное различие дислокационных структур металлов с различной кристаллической решеткой, малые коэффициенты упрочнения металлов с о. ц. к. решеткой можно удовлетворительно объяснить большим числом систем скольжения и высокой энергией дефекта упаковки, а отсюда более свобод- [c.471]

Электроны и дырки испытывают рассеяние, т. е. изменяют направление и скорость своего движения при столкновениях с узлами кристаллической решетки, дефектами решетки, атомами примесей. В результате рассеяния устанавливается равновесное их распределение, при этом средняя скорость движения носителей заряда о = О в любом направлении. [c.59]

В металлах, и особенно в металлах, имеющих плотно-упакованную кристаллическую решетку, имеются сравнительно небольшие объемы, в которые могли бы внедриться дислоцированные атомы. По этой причине такие процессы оказываются связанными с затратой значительной энергии и маловероятны. Поэтому в металлах равновесное даже при высоких температурах число внедренных атомов (того же металла) ничтожно мало и основным типом точечных дефектов в них являются вакансии, возникшие в результате второго из указанных выше механизмов. Далее этот вопрос будет рассмотрен более подробно. [c.37]

Поскольку концентрация и время жизни носителей тока в данном полупроводниковом приборе специально контролируются в процессе его изготовления, то эти характеристики предопределяют конкретную область применения прибора. Отклонения от заданных условий работы приводят к изменениям рабочих характеристик прибора, а они в свою очередь могут повлиять на работу всей цепи, в которую он входит. Иначе говоря, электрические свойства полупроводников зависят от типа и количества нарушений в кристаллической решетке. Поэтому не удивительно, что высокоэнергетические частицы, вызывая образование структурных дефектов и ионизацию атомов при прохождении через кристаллическую решетку, резко изменяют электрические свойства полупроводников. Ниже мы будем рассматривать как дефекты любые отклонения от нормальной кристаллической решетки и, в частности, инородные атомы, вакантные места в решетке (вакансии), промежуточные атомы (междоузлия), электроны и дырки в количествах, превышающих их равновесные концентрации, и т. д. Эти нарушения кристаллической решетки можно рассматривать как точечные, а нарушения другого типа — дислокации — как линейные дефекты. [c.278]

Мартенсит — метастабильная фаза, для которой характерна высокая плотность дефектов кристаллической решетки, особенно дислокаций. Практически сразу после образования мартенсит начинает претерпевать превращения в направлении достижения более равновесного состояния. Этот процесс называется отпуском. Отпуск представляет собой совокупность фазовых и структурных превращений, которая включает перераспределение растворенных компонентов, распад с выделением метастабильных и стабильных фаз и перегруппировку дефектов кристаллической решетки. В зависимости от диффузионной подвижности атомов растворенного компонента отпуск может протекать при комнатной температуре и особенно ускоряется при нагреве. Отпуск возможен также в период завершения охлаждения в случае, когда скорость охлаждения замедляется. Этот процесс называется самоот-пуском. [c.496]

Представим себе кристалл, не oдepяiaщий точечных дефектов при температуре абсолютного нуля. В таком кристалле точечные дефекты кристаллической решетки могут возникнуть при нагревании в результате теплового возбуждения. В течение достаточно долгой выдержки кристалла при постоянной температуре и давлении система приближается к состоянию равновесия, в котором устанавливается определенная концентрация дефектов, равновесная при данных условиях. Такими точечными дефектами являются появившиеся в результате теплового возбуждения вакансии и межузельные атомы металла, а такн е атомы в чужих подрешетках упорядоченного сплава стехиометрического состава. Равновесная концентрация таких дефектов при абсолютном нуле равна нулю. [c.34]

Простейший видР. а.— релаксация внутримолекулярного возбуждения, или квеэеровская релаксация. Такая Р. а. происходит, напр., в двухатомных и многоатомных газах, где энергия поступат. движения молекул в звуковой волне переходит в энергию, связанную с колебат. и вращат. степенями свободы молекул, т. е. изменяется заселённость вращат. и колебат. уровней. Др. виды Р. а. структурная релаксация в жидкостях, при к-рой акустич. волна инициирует изменение ближнего порядка в расположении молекул жидкости хим. релаксация, при к-рой под действием звука сдвигается равновесие в хим. реакции. В твёрдом теле звуковая волна нарушает равновесное распределение фононов, что приводит к релаксац. процессам, определяющим решёточное поглощение звука. Один из видов Р. а. в твёрдом теле — релаксация разл. дефектов кристаллической решётки — как точечных, так и линейных дислокаций), связанная с движением дефектов под действием механич. напряжений в упругой волне. При распространении звука в полупроводниках и металлах нарушается равновесное распределение электронов проводимости, что также приводит к релаксации, а следовательно, к дополнит, поглощению звука. [c.328]

Конфигурационная энтропия, определяемая выражением (1.26), показывает отличие значения энтропии реальной системы от равновесного значения St в соответствии с выражением (1.11). Это отличие вызвано присутствием в металле внутренних напряжений (1.25), распределение которых в системе может быть описано функцией Да ). Напряжения, создаваемые дефектами кристаллического строения, определяют структуру металла, поэтому мы вправе ввести новый термин - структурная энтропия А5стр - и считать, что функция, задаваемая выражением [c.31]

Если считать установленным, что при плавлении металла его структура исчезает, т. е. Д5стр—>0, то можно предположить, что при кристаллизации она возникает. При этом, согласно (2.11) и (2.12), внутренние напряжения, создаваемые структурными элементами, уравновешивают внешние (силу гравитации, атмосферное давление, поверхностное натяжение) при минимуме строительного материала - энергии дефектов кристаллического строения. Подобное утверждение помогает сформулировать принцип самоорганизации - образования структур в термодинамических системах система образует структуру, т.е. определенным образом располагает свои энер- гозаряженные элементы, чтобы при минимуме запасенной (диссипироеанной) энергии уравновесить внешние возмущения. Как только внешние условия изменяются, система образует новую структуру (новый тип структуры, новый порядок). При снятии внешних возмущений система сбрасывает структуру, стремясь опять же к минимуму энергии. Чем больше значение I А стр I, тем совершенней структура, тем дальше система от равновесного состояния. [c.63]

L Концентрация вакансий. В литературе обсуждаются вопросы равновесной концентрации вакансий. Терминологически задача сформулирована не совсем удачно, поскольку в реальном металле всегда присутствуют дефекты кристаллического строения, создающие поля внутренних напряжений. Такое состояние системы можно считать стационарным (по Пригожину), но никак не равновесным. В окружающем мире найти равновесную систему практически невозможно, поскольку все реальные системы структурированы, а это может считаться признаком их неравновесности. [c.101]

Неравновесные термодинамические системы отличаются от равновесных наличием в них стохастически распределенных напряжений. Возрастание напряжений в металле сигнализирует об удалении системы от равновесного состояния. Структура металла может быть интерпретирована как взаимное расположение в нем субмикрообъемов, различно заряженных упругой энергией присутствующих там дефектов кристаллического строения. Различное взаимодействие этих зарядов упругой энергии с химическими реактивами или с ускоренными электронами формирует на экранах микроскопов картину, которую мы привычно называем структурой. [c.304]

На всех стадиях деформирования поликристаллического вещества наблюдается смещение, в том числе остаточное, атомов от своих равновесных положений в кристаллической решетке. Это ведет к неупорядоченному изменению ее параметров (искажению). Отдельные атомы могут совсем уходить из узлов решетки в меяодоузлия, становясь межузельными (дислоцированными) и образуя вакансии, что ведет к росту числа точечных дефектов кристаллической решетки. [c.123]

В неравновесной структуре метастабильный аустенит обнаружить легче, чем в равновесной. При наличии дефектов кристаллического строения термодинамический потенциал системы повьш1ается (см. рис. 3, б) . Это приводит к тому, что при реализации а -> 7-превращения в объектах, содержащих несовершенства, устанавливается квазиравновесное состояние, описывающееся конодой а [dl. Это соответствует гораздо меньшей концентрации углерода в аустените (точка d ) по сравнению с равновесной (точка d). Чем более неравновесно состояние исходной ферритокарбидной матрицы, тем меньшей должна быть концентрация углерода в аустените, находящемся в состоянии квазиравновесия с исходной искаженной а-фазой. Это эквивалентно смещению температуры до Т - Следовательно, чем больше степень неравновесности исходной структуры, тем выше эквивалентная температура превращения и тем большим должно быть количество аустенита, образующегося при данной температуре. [c.15]

Будучи наукой о самоорганизующихся системах, синергетика позволяет понять особенности коллективного поведения сильно неравновесных статистических ансамблей в физике, химии, биологии, социологии и т.д. Вместе с тем при исследовании конденсированной среды до последнего времени использовались методы равновесной статистической физики. Это связано с предположением, что конденсированная среда, находящаяся под воздействием, сохраняющим ее как таковую, представляет равновесную или слабо неравновесную статистическую систему. В последнее время, однако, возрос интерес к явлениям, в которых поведение статистического ансамбля атомов в конденсированном состоянии становится таким, что обычные представления (типа концепции фононов или термодинамической картины фазовых переходов) теряют применимость, либо требуют принципиальных изменений. Такое поведение связано с сильным отклонением атомной системы от равновесного состояния — как это имеет место, например, в ядре дефекта кристаллической решетки или зонах пластического течения и разрушения. Последовательная картина сильно неравновесной конденсированной среды требует использования методов, которые позволяют представить такие особенности как неэргодичность статистического ансамбля, возникновение иерархических структур, структурная релаксация, взаимное влияние подсистемы, испытывающей фазовый переход, и окружающей среды и т. д. Целью настоящей монографии является всестороннее исследование такого рода особенностей в рамках концепции о перестройке атомных состояний при значительном удалении от равновесия. Это достигается на основе синергетической картины, представляющей взаимно согласованную эволюцию гидродинамических мод, параметризующих систему. [c.6]

В середине 20-х годов Френкель предположил, основываясь на изучении электролиза простых солей, что вакансии и внедренные атомы образуются в заметных количествах в твердых телах в результате термической флуктуации и имеют равновесную концентрацию, зависящую от температуры, подобно молекулам пара над жидкостью или твердым телом. Эта идея была развита Шот-тки и Вагнером, которые предложили модель дефектов для конкретных случаев и проверили ее экспериментально. К сожалению, эти экспериментальные методы неприменимы к металлам и сплавам, поэтому истинная природа термически активируемых в них дефектов оставалась предметом дискуссий в течение почти тридцати лет. В течение некоторого периода методика измерения са-модиффузии и изменений, обусловленных радиационными повреждениями, достигла высокого уровня и дала возможность детально изучать природу дефектов в металлах, главным образом в благородных металлах. Изучение дефектов кристаллической решетки в закаленных металлах ос бенно продвинулось вперед после исследования их в тонких проволоках и фольгах с помощью дилатометрических измерений. [c.6]

В общем случае внешние воздействия могут создавать в кристалле сложное напряженное состояние, которое не исч зает после снятия этих воздействий. При этом кристалл может дробиться, изменяя размеры зерен, фрагментов и блоков. Эти размеры могут существенно отличаться для разных случаев. Кроме того, в материале может возникать большое количество различного типа дефектов кристаллической решетки, в частности дислокаций и дисклинаций, характеризующихся широким спектром возможных равновесных конфигураций и, как отмечалось выше, определяющих многие физические свойства твердых тел. [c.227]

Повышение степени деформации (плотности дефектов кристаллической решетки) вызывает не только снижение температуры перераспределения и аннигиляции дислокаций (полигонизация), но и, как было отмечено, возникновение при более низких температурах большеугловых границ (рекристаллизация). Увеличение температуры отпуска до 550° С для деформированной на 70% стали и выше 600° С для деформированной на 20% приводит к полной рекристаллизации избыточного феррита [ПО, с. 159]. Полосы скольжения исчезают и зерна становятся равновесными (рис. 79, е, ж). При этом зерна феррита имеют малую плотность дислокаций, а их твердость резко снижается (рис. 79, е). [c.194]

При отпуске происходит ряд структурных изменений в связи с тем, что в результате нагрева после закалки увеличивается подвижность атомов и создаются условия для перехода малостабильного, неустойчивого состояния структуры в стабильное, равновесное. Главная причина нестабильности мартенсита в том, что он пересыщен углеродом и имеет большую плотность дефектов кристаллической решетки — дислокаций. При отпуске происходит выделение карбидов из мартенсита в результате его частичного распада. [c.120]

Структура закаленной стали метастабильна. При нагревании после закалки вследствие увеличивающейся подвижности атомоз создаются условия для процессов, изменяющих структуру стали в направлении к более равновесному состоянию. Характер этих процессов определяется тремя важнейшими особенностями строения закаленной стали сильной пересыщенностью твердого раствора—мартенсита, повышенной плотностью в нем дефектов кристаллической решетки — дислокаций, малоугловых и высокоугловых границ, двойниковых прослоек и присутствием во многих сталях значительных количеств остаточного аустенита. [c.337]

Выше было показано, что структура элвктр0литйчес1аис покрытий, как и холоднодеформированных металлов, отличавтой дисперсностью и высокой концентрацией дефектов Кристаллического отроения, превышающей термодинамически равновесную. Такиё системы ха- [c.31]

В первом случае атом ве-Вакансия щества внедряется в меж-У У, доузлие и искажает кристаллическую решетку в некоторой окрестности внедренного атома. Во втором случае один из атомов вещества удален из кристаллической решетки, что тоже приводит к ее искажению. Так как атомы в кристаллических решетках не неподвижны, а постоянно совершают колебательное движение около некоторого равновесного состояния, то в этом движении они обладают некоторой энергией движения и импульсом. Распределение этих энергий и импульсов между атомами кристалла носит статистический (вероятностный) характер, поэтому на некоторые атомы приходится их достаточно большой уровень, который обеспечивает отрыв атома и образование вакансии. Это, в свою очередь, приводит к появлению в другом месте атома внедрения. В любом кристалле такого рода точечные дефекты постоянно зарождаются и исчезают в силу теплового движения (флуктуации) концентрация их определяется формулой Больцмана [c.132]

Появление точечного дефекта в кристалле приводит к геометрическим искажениям кристаллической решетки в результате смещений окружающих дефект ионов металла. Возникновепие этих смещений связано с тем, что дефект вызывает изменение состояния как ионной, так и электронной подсистем металла. Новое состояние соответствует новому условию равновесия всей системы — минимуму энергии кристалла с дефектом. Этому условию должно удовлетворять узко новое размещение ионов и измененное распределение электронов проводимости. Таким образом, смещение ионов происходит в результате релаксации системы к новому равновесному состоянию. При строгом решении задача определения этих смещений оказывается чрезвычайно слоншой. Поэтому для ее решения был предложен ряд приближенных методов. [c.70]

Модель материала I уровня неравновесности базируется на кристаллической решетке с металлическим типом атомной связи. При получении сплавов в условиях, близких к равновесным, образуются дефекты в виде дислокаций, способных при подведении энергии размножаться и эффективно перерабатывать подводимую энергию в тепло. Это обеспечивает материалу пластичность. Та часть подводимой энергии, которая перешла в тепло, является неповреждающей составляющей энергии диссипации. С другой стороны, дислокации, задерживающиеся у препятствий, повышают внутреннюю энергию. Эффект упрочнения, связанный с повышением плотности дислокаций в металле, ограничивается достижением в локальных объемах металла критической плотности дислокаций, обусловливающей образование неустойчивых фаз. Последнее предопределяет переход к повреждающим механизмам диссипации энергии. В случае многофазных сплавов этому переходу предшествует включение каналов диссипации энергии, связанных с лидерами-дефектами, имеющими вид частич- [c.241]

Кристаллические структуры, обладающие трансляционной инвариантностью, удовлетворяют в состоянии равновесия требованиям минимума свободной энергии и максимума энтропии твердой фазы. Поэтому в "идеальных" равновесных условиях образуется монокристалл определенной симметрии, обеспечивающий минимальное значение свободной энергии с термодинамически-равновесной концентрацией дефектов [9]. Отклонение процесса кристаллизации от условий "идеальной равновесности обусловливает нарушение трансляционной инвариантности формируемой структуры на масштабах Lq. Это проявляется в образовании поликристаллических структур материалов, кристаллизующихся в квази-равновесных условиях. Размер зерен определяется степенью неравно-весности системы (подсистемы) [10]. При этом вследствие масштабной инвариантности неоднородных флуктуаций и сдвига в конденсированных средах, обладающих жесткостью, конфигурации межзеренных и межфаз-ных границ в поликристаллах имеют мультифрактальную структуру [10, 300, 400]. [c.284]

Основную роль в образовании ростовых микродефектов в выращиваемых монокристаллах играют СТД — вакансии и межузельные атомы. В реальных условиях выращивания монокристаллов, уже на достаточно малых расстояниях от фронта кристаллизации возникают значительные пересыщения по СТД, обусловленные резкой температурной зависимостью их равновесных концентраций в алмазоподобных полупроводниках. Образующиеся избыточные неравновесные СТД аннигилируют на стоках, в качестве которых выступают боковая поверхность слитка и присутствующие в его объеме более крупномасштабные дефекты, прежде всего, дислокации. По отношению к СТд дислокации являются практически ненасыщаемыми стоками. С учетом высокой подвижности СТД при высоких температурах сток на дислокации (при достаточно высокой плотности последних в кристалле) играет основную роль в снятии пересыщения. Однако бездислокационные монокристаллы лишены такого рода эффективных внутренних стоков, а боковая поверхность слитка в силу чисто диффузионных ограничений не может обеспечить снятия пересыщения. В результате, в объеме кристалла образуются пересыщенные твердые растворы СТД, которые в процессе посткристаллизацион-ного охлаждения распадаются с образованием специфических агрегатов, получивших название микродефекты . Следует отметить, что в литературе отсутствует единая точка зрения по поводу определения понятия микродефект . Под этим термином мы будем понимать локальные нарушения периодичности кристаллической решетки, представляющие собой скопления точечных дефектов (собственных или примесных), не нарушающие фазового состояния основного вещества, а также дисперсные выделения второй фазы микронных и субмикронных размеров. [c.48]

Таким образом, дефектообразование при распаде пересыщенных твердых растворов избыточных компонентов носит достаточно сложный характер и может сопровождаться появлением в кристаллической решетке соединения микродефектов различной природы. В связи с тем, что существенные пересыщения в твердых растворах избыточных компонентов достигаются при относительно невысоких температурах (в сравнении с пересыщением по равновесным собственным дефектам), образующиеся при их частичном распаде в процессе посткристаллизационного охлаждения монокристалла микродефекты должны иметь существенно меньшие размеры. Тепловые условия выращивания (в первую очередь темп охлаждения выращиваемого кристалла) должны оказывать существенное влияние на характер микродефектообразования. Последующие термообработки таких кристаллов могут приводить к укрупнению микродефектов и изменению их объемной концентрации. [c.58]

Кристаллические полимеры обычно не имеют четкой температуры плавления Т п. Часть кристаллов небольщих размеров или с большим числом дефектов плавятся при более низкой температуре. Теория, связывающая равновесную степень кристалличности с температурой для- кристаллизующихся сополимеров, развита Флори [90]. [c.30]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...