Тепловые точечные дефекты

ТЕПЛОВЫЕ ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ [c.86]

Точечные дефекты, возникающие при облучении кристаллов быстрыми частицами (нейтронами, протонами, электронами), а также осколками деления ядер и ускоренными ионами, получили название радиационных дефектов. В отличие от тепловых радиационные точечные дефекты термодинамически неравновесны, так что после прекращения облучения состояние кристалла не является стационарным. [c.94]

Из рассмотренного механизма следует, что радиационные точечные дефекты в отличие от тепловых, всегда парные, т. е. это дефекты Френкеля. [c.95]

Рассмотрим две кристаллические решетки одну реальную, содержащую дефекты различного типа, и другую — идеальную, не содержащую никаких дефектов. Предположим, что в реальной решетке имеются только искажения, вызванные упругими деформациями, тепловыми колебаниями атомов и т. п. В этом случае, несмотря на некоторые нарушения структуры, можно безошибочно указать, к каким узлам решетки идеального кристалла относятся соответствующие атомы в реальном кристалле. Взаимно однозначное соответствие между атомами реального и идеального кристаллов можно установить и при наличии в реальном кристалле точечных дефектов. При этом в ряде мест реальной решетки атомы могут отсутствовать, в каких-то местах могут появиться лишние атомы, но в остальном она будет совпадать с идеальной. Любую область реального кристалла, где можно установить взаимно однозначное соответствие с идеальным кристаллом, называют областью хорошего кристалла. Участки, где такое соответствие установить нельзя, называют областью плохого кристалла. [c.98]

В узлах кристаллической решетки атомы колеблются с частотой 10 3 (,-1 Благодаря колебательному движению, происходящему при любой температуре, атомы взаимодействуют, обмениваясь кинетической энергией. Средняя кинетическая энергия тепловых колебаний атомов равна 3/2 кТ. При комнатной температуре 3/2 кТ 0,03 эВ, что значительно меньше энергии, необходимой для образования точечных дефектов (1—4 эВ). Однако за счет флуктуации кинетической энергии (отклонения кинетической энергии от ее среднего значения) возможно преодоление атомом окружающих потенциальных барьеров. Вероятность такого акта увеличивается с повышением температуры по экспоненциальному закону. Если при этом происходит выход атома из узла кристаллической решетки в междоузлие, то образуются вакансия и межузельный атом ( парный дефект Френкеля ). [c.27]

К общим факторам, повышающим сопротивление деформации с ростом скорости нагружения, относятся повышение плотности дислокаций и точечных дефектов, увеличение сил внутреннего трения, уменьшение влияния тепловых флуктуаций, изменение механизма деформации. Если при скоростях деформации [c.27]

В конце пути первично выбитого атома создается лавина смещений и возникает некоторая область с высокой концентрацией дефектов. Эта область называется зоной или пиком смещения и имеет размеры порядка 20—100 А. В момент выделения энергии вещество в зоне расплавляется, часть атомов покидает зону. Через 10 ° с энергия из зоны отводится в окружающее пространство и атомы зоны конденсируются, повторяя решетку окружающей матрицы. При этом большинство возникших пар Френкеля рекомбинирует, однако зона все же оказывается насыщенной точечными дефектами. В дальнейшем концентрация дефектов в зоне понижается в результате теплового отжига. Скорость отжига определяется температурой образца. [c.89]

Дальнодействующим силам торможения соответствуют напряжения с такой относительно большой длиной волны что тепловые колебания линий дислокаций не могут заметно облегчить их преодоление. Обусловленная силами дальнего порядка компонента напряжения течения (т ) считается зависящей от температуры только через температурную зависимость модуля сдвига и поэтому является атермической. Силы дальнего действия создаются дислокациями и их скоплениями в параллельных плоскостях скольжения, границами раздела, большими комплексами точечных дефектов, частицами выделений и т. д. [c.79]

Точечные дефекты бывают различных типов. Ионы, расположенные в узлах кристаллической решетки, совершают тепловые колебательные движения около положения равновесия. Величина среднего по всему кристаллу отклонения ионов от положения равновесия определяется температурой. Однако всегда имеются ионы, которые отклонились в данный момент от положения равновесия больше, чем другие. Отдельные ионы могут отклоняться настолько, что они уже не возвращаются обратно в положение равновесия. При этом в узле кристаллической решетки образуется пустое место — вакансия (рис. 1-5,а). Плотность вакансий, установленная косвенными методами, оценивается для отожженного металла в а для наклепанного, т. е. деформированного пластически при низких температурах, до 10 — в 1 см . Сместившийся из узла ион некоторое время не находит свободного узла в кристаллической решетке и оказывается в промежутке между другими ионами. Такой дефект строения называется смещением (рис. 1-5,6). 12 [c.12]

Если тепловое сопротивление обусловлено точечными дефектами, рассеивающими в соответствии с законом Рэлея [c.46]

Это, конечно, то минимальное значение, которое мы надеялись получить таким образом, тепловое сопротивление отсутствует, если рассеяние происходит только на точечных дефектах. Неравновесное распределение фононов определяется функцией [c.47]

Для случая, когда упругое рассеяние на точечных дефектах происходит одновременно с Н-процессами, вариационное выражение для теплового сопротивления имеет вид [c.64]

Сплавы, используемые в качестве металлических матриц, имеют высокие электро- и теплопроводность, что способствует диффузии и исключает повышение температуры и концентрацию электрических зарядов у точечных дефектов. Удары молнии или горячего газа являются менее опасными в металлических композициях, чем в полимерных, так как ударная энергия (электрическая или тепловая) может быстро отводиться. [c.17]

Благодаря тепловому возбуждению точечные дефекты не остаются в кристалле на одном месте, они дрейфуют по его объему. Дрейф (или диффузия) точечных дефектов может происходить хаотически (самодиффузия) или же направленно под действием градиентов температуры, напряжения или концентрации дефектов. Скорость диффузий пропорциональна ехр [—Q KT), где Q = = (/тд + At/ — энергия активации диффузии, состоящая из энергии f/тд образования точечного дефекта и высоты А/7 энергетического барьера, который необходимо преодолеть при перемещении дефекта из одного устойчивого положения в другое. На величину At/ влияет поле напряжений. В связи с этим вакансии и атомы примесей с малыми радиусами (но сравнению с атомами основного металла) диффундируют в зоны сжатия, а внедренные атомы и атомы примесей с большими радиусами—в зоны растяжения. [c.82]

Точечные дефекты образуются в процессе кристаллизации под воздействием тепловых, механических, электрических воздействий, а также при облучении нейтронами, электронами, рентгеновскими лучами. [c.10]

Рассмотрим процесс комплексного воздействия на деформируемое неоднородное твердое тело внешних тепловых, радиационных и силовых циклических нагрузок. Как уже указывалось ( 2.3), нейтронное облучение твердых тел сопровождается радиационным упрочнением материала, которое приводит к уменьшению скорости движения дислокаций и замедлению ползучести. Однако увеличивающееся при этом количество точечных дефектов способствует увеличению скорости ползучести в гораздо большей степени. [c.114]

Точечные дефекты могут появиться в твердых телах вследствие нагревания тепловые дефекты), облучения быстрыми часитами радиационные дефекты), отклонения состава химических соединений от стехиометрии стехиометрические дефекты), пластической деформации. [c.86]

Измерения де-Хааза и Бирмаса [30] свидетельствуют о наличии добавочного механизма рассеяния со свободным пробегом, зависягцим от частоты. Даже при самых низких температурах (- 2° К) теплопроводность у. изменяется медленнее 7 , и расхождение тем больше, чем крупнее кристалл, хотя ири изменении диаметра образца и изменяется более медленно, чем ло линейному закону. В работе [20] было показано, что в случае КС1 отклонения от формулы (9.8) совпадают с рассеянием на точечных дефектах, иалн-чпе которых следует допустить (см. ниже), чтобы объяснить тепловое сопротивление при водородных температурах. Так как частотные зависимости рассеяния границами и точечными дефектами различны, то влияние последнего процесса значительно даже ири температурах, много меньших температуры максимума. Отклонения от (1)—(3) в случае кварца [30, 20], искусственного сапфира [39] и твердого гелия [44], возможно, вызваны тем же самым механизмом, который не позволяет достичь значения величины максимума тенло-ироводности, предсказываемого теорией, [c.251]

Тепловое сопротивление, обусловленное дефект,ами. Де-Хааз и Бирмас [29] измерили теилоироводность кристаллов КС1 и КВг. Они пашли, что при водородных температурах W- T вместо ожидавшейся экспоненциальной зависимости. По мнению Клеменса [20], тепловое сопротивление в данном случае определяется главным образом рассеянием на точечных дефектах [это согласуется с формулой (9.14)]. При более высоких температурах оказалось. [c.251]

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]

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]

Отметим, что вакансии и межузельные атомы могут возникать двумя путями. Первый из них заключается в том, что какай-либо атом из узла решетки внутри кристалла, может, например, в результате теплового возбуждения перейти в соседнее межузельное положение. После этого возможна или рекомбинация, т. е. возвращение атома в свободный узел, пли переход его в более удаленное от вакансии межузельное положение. В последнем случае возникает пара точечных дефектов кристаллической решетки (в литературе часто называемая парой Френкеля) — вакансия и межузельный (или дислоцированный) атом ). Настоящая вакансия образуется лишь после того, как внедренный атом отойдет от нее с соседнего на более удаленное межузельное положение или вакансия заменится другим атомом, занимающим соседний с ней узел, в результате чего она удалится от внедренного атома. В дальнейшем внедренный атом может перемещаться мегкду узлами и вакансия может перемещаться по узлам, если ее будут замещать соседние атомы, находящиеся на узлах решетки. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока либо вакансия не встретится с внедренным атомом и не произойдет их рекомби- [c.36]

Остановимся подробнее на вопросе об определении равновесной концентрации отдельных точечных дефектов в некоторых простейшпх случаях их возникновения в результате теплового возбунгдения. [c.38]

Различный подход к вопросу о причинах, контролирующих процесс укрупнения дислокационных петель в сс-уране при облучении осколками деления, обусловливает принципиальную разницу в микроскопических моделях радиационного роста а-урана, предложенных соответственно Бакли и Летертром. Если модель роста Бакли допускает возможность установления стационарного состояния, характеризующегося постоянством коэффициента радиационного роста, в момент достижения максимальной плотности дислокационных петель, то из модели Летертра следует, что стационарное состояние радиационного роста, по-видимому, никогда не достигается. С увеличением дозы облучения коэффициент радиационного роста а-урана должен стремиться к некоторой асимптотической величине, не зависящей от температуры облучения, которая ниже температурной границы начала заметной самодиффузии (300— 400° С). Последнее обстоятельство прямо связано с предложением о зарождении дислокационных петель в пиках смещения и последующим изменением их размеров при взаимодействии с новыми пиками. Влияние температуры облучения может быть существен ным лишь для начальной стадии радиационного роста за счет ухудшения при увеличении тепловых колебаний решетки условий фокусировки столкновений и каналирования. В результате уменьшения степени пространственного разделения точечных дефектов различного знака, а также увеличения их подвижности возрастает вероятность взаимной аннигиляции дефектов в зоне пика смещения, что может привести к уменьшению начального коэффициента радиационного роста, обусловленного зарождением дислокационных петель [c.207]

Из выражения (4.96), полученного релаксационным методом, также следует, что тепловое сопротивление равно нулю, если рассеяние на точечных дефектах является единственным типом рассеяния. Если принять x(q) q-, то для малых q (так что со имеем % х) х- Т и подынтегральное выражение равно (ехрх)/[ехр(л )—l] . Интеграл расходится при малых д и теплопроводность бесконечна. [c.47]

Хотя может показаться, что процедура обрезания , введенная Клеменсом [121], несущественно отличается от метода Шерда и Займана, численные результаты для многих случаев довольно разные. Если преобладают N-процессы, то равновесное распределение фононов нарушается в широкой области q и первый член в числителе выражения (6.5) становится большим. В пределе, когда распределение фононов главным образом определяется N-процессами (этот случай обсуждается в следующем разделе), тепловое сопротивление, обусловленное точечными дефектами, в 55 раз больше, чем даваемое формулой Клеменса, которая не учитывает влияния N-процессов на распределение фононов при q > ksTIliv. При концентрации точечных дефектов, соответствующей значению е = 3, тепловое сопротивление в 20 раз больше значения, определяемого формулой Клеменса. С другой стороны, когда точечные дефекты значительно более важны и определяют распределение даже при значениях qd kikbTIhv), имеется широкая область фоно-нов, для которой вклад первого члена в выражении (6.5) пренебрежимо мал, и тогда сопротивление только немного больше половины значения Клеменса. [c.66]

ОТ 300 до 900 К. Абеле [1] провел анализ этих экспериментов, используя выражение, которое он вывел для отношения тепловых сопротивлений сплава и чистого кремния при той же температуре. Он использовал выражение Каллуэя для теплопроводности при наличии N-пpoцe oв и предположил, что при рассматриваемых температурах скорости релаксации как для Ы-, так и для и-процессов пропорциональны со , а отношение их величин не меняется. Он также считал, что рассеяние на точечном дефекте происходит вследствие разницы между массами и размерами двух атомов. Параметрами, используемыми для подгонки к экспериментальным результатам, являются тогда отношения скоростей релаксации Ы- и П-про-цессов и эффективное значение постоянной Грюнай-зена у. Согласие между теоретическими и экспериментальными результатами при определенном выборе этих параметров — 2,5 у =1,77 показано [c.136]

Словом, квазигармоническое приближение вполне корректно предсказывает ожидаемую картину при умеренно высоких температурах. Вместе с тем вблизи точки плавления кристаллов наблюдается очень резкое ослабление интенсивности дифракционных линий, которое не может быть объяснено теорией идеальной решетки (тепловое расширение и ангармонические эффекты) или развитием в ней точечных дефектов из-за низкой концентрации последних ( 10 — 10 саГ ). с помощью эффекта ]У1ёссбауэра у поликристаллического массивного олова обнаружено отклонение функции 0оо Т) от предсказаний квазигармонической теории даже при умеренных температурах [577]. Согласно анализу [578], это отклонение не может быть обусловлено анагармоничностью колебаний решетки. [c.204]

По мере роста температуры число дефектов начинает увеличиваться и из-за коллективного взаимодействия межузельных катионов с катионами, остающимися в узлах решетки (они как бы вытягиваются со своих мест). Под влиянием тепловых колебаний кристаллической решетки происходят и обратные перескоки катионов из межузлий в узлы и поскольку эти точечные дефекты имеют энергию, примерно на порядок превышающую энергию тепловых колебаний решётки, их равновесная концентрация невелика. Однако эта концентрация может быть выше равновесной (например, после закалки). Такой пересыщенный твердый раствор точечных дефектов может распадаться, причем вакансии конденсируются (объединяются) в диски (рис. 4.10), которые по достижении критических размеров, из-за взаимного притяжения атомных плоскостей, схлопываются, внося искажения в решетку кристалла. Например, при схлопывании однослойного диска (рис. 4.11) в кристалле с гексагональной структурой атомные плоскости смещаются на половину вектора трансляции (под термином трансляция понимают поступательное перемещение одной части монокристалла относительно другой без искажения его решетки). Трансляция выражается вектором, перпендикулярным атомным [c.81]

Ограничимся кратким описанием первых экспериментов и обсуждением некоторых последних достижений в этой области. Статья является частью книги, полностью посвященной закалке. По этой причине некоторым проблемам, касающимся скоплений точечных дефектов в металлах, уделено мало места. Например, важный вопрос о влиянии различных тепловых обработок на природу скоплений вакансий рассматриваетсй сжато. (Более полное изложение этого вопроса дается в работе [1].) В статью также не включены дискуссии о скоплениях вакансий в сплавах. По этим вопросам был недавно сделан критический обзор [2]. [c.63]

Образование точечных дефектов связано с диффузионным (тепловым) передвижением атомов и присутствием в металле примесей, искажающих его кристаллическую решетку, В кристалле всегда имеются атомы, энергии которых значительно больше или меньше среднего значения, свойственного данной температуре. Атомы, обладающие высокой энергией, могут не только удалиться на значительное расстояние от положения равновесия, но и преодолеть потенциальный барьер, созданный o eдни ш атомами, и перейти в междоузлие, на поверхность кристалла (рис. 7, а) или в ближайшую дислокацию. Минимальная избыточная энергия Q, требующаяся для преодо.ления этих барьеров, называется энергией активации. [c.20]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...