ИДЕАЛЬНЫЙ И РЕАЛЬНЫЙ КРИСТАЛЛЫ

Таблица 4.1. Механические характеристики идеальных и реальных кристаллов

ИДЕАЛЬНЫЙ И РЕАЛЬНЫЙ КРИСТАЛЛЫ [c.108]

Фиг. 8. Идеальный и реальный кристаллы металла.

Рис. 39. Предполагаемая зависимость прочности от деформации для идеального и реального кристаллов

В книге кратко излагаются основные вопросы современной теории атома и электронной структуры кристаллов, описываются кристаллические структуры идеальных и реальных кристаллов, рассматривается теория дислокаций и физические свойства металлов и сплавов. Обсуждаются закономерности взаимодействия между компонентами в сплавах и вопросы фазового равновесия в различных системах. Подробно описываются промежуточные фазы. Книга рассчитана иа широкий круг инженеров заводов и научно-исследовательских институтов, а также на студентов и аспирантов вузов, специализирующихся по металлургии, металловедению и физике металлов. [c.4]

Подробнее об эффекте Иоффе — см., иапр., Иоффе А. Ф. Физика кристаллов , 1929. Опыты акад. А. Ф. Иоффе важны, в частности, в том отношении, что они были одним из первых экспериментальных обоснований расхождения иа порядки величин между идеальной и реальной прочностью твердого тела. Прим. ред. [c.393]

Схемы идеального и реального строения кристаллов приведены на фиг. 41. Наибольшее число дефектов наблюдается по границам [c.107]

Недавние исследования Аракеляна [89] показали, что дефекты плотности необходимо рассматривать как неотъемлемое свойство кристаллических веществ. Пикнометрическая плотность р равная количеству массы, приходящейся на единицу объема, является характеристикой реального кристалла, тогда как рентгенографическая плотность характеризует идеальный кристалл. Изменение плотности реального кристалла относительно ее теоретического значения назовем дефектом плотности и обозначим индексом 6р. [c.194]

То, что будет излагаться ниже, относится к определению структуры идеальных кристаллов, т. е. кристаллов без дефектов. Реальные кристаллы — это кристаллы с наличием самых разнообразных дефектов (вакансии и междоузельные атомы, дивакансии, дислокации, дефекты упаковки, включения второй фазы и др.). Изучение структуры реальных кристаллов, естественно, представляет более трудную задачу, и в настоящее время во многих лабораториях занимаются исследованием реальной структуры. Эти лаборатории оснащены целым арсеналом современного оборудования, включающего дифракционную, электронно-микроскопиче-скую и другую аппаратуру. [c.36]

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]

Типы квазичастиц. Атомная динамика идеального (беспримесного, бездефектного) кристалла описывается коллективными волновыми движениями. С квантовой точки зрения эти движения эквивалентны газу неких частиц, энергия е и импульс р которых выражаются через частоту волн и волновой вектор с помощью известных соотношений е=Ай и p=flq. Частицы, сопоставляемые с коллективными волновыми движениями в кристалле, называют квазичастицами. Формально мы получаем квазичастицы, производя квантование волн, распространяющихся по кристаллу. Представление кристалла в виде газа квазичастиц составляет сущность метода квазичастиц (метода элементарных возбуждений). Этот метод является основным в современной теории твердого тела он позволяет свести крайне сложную динамику огромного коллектива взаимодействующих реальных частиц (атомов кристалла) к относительно простой динамике газа квазичастиц. [c.146]

Взаимодействие с решеточными волнами идеальное сопротивление ). В идеально периодическом потенциальном поле электроны не рассеивались бы, тепловое равновесие не могло бы установиться и -было бы бесконечным. Однако в реальных кристаллах статические дефекты и решеточные колебания вызывают отклонения от периодичности. Рассеяние дефектами решетки может быть описано формулой (13.8) [c.260]

Можно указать на несколько факторов, вызывающих появление подобных дефектов. К ним относятся в первую очередь кинетические факторы, связанные с тем, что кристалл не успевает стать идеальным в процессе кристаллизации и последующей обработки. Далее следует указать, что при не слишком низких температурах из-за конкуренции энергетического и энтропийного факторов присутствие в кристалле некоторого количества дефектных мест будет отвечать термодинамическому равновесию. Наконец, уже созданные идеальные кристаллы могут оказаться испорченными под влиянием факторов (механической обработки, действия радиации), нарушающих строгую периодичность расположения атомов. По этим причинам реальные кристаллы имеют дефекты, и физические свойства кристалла формируются под совместным действием строгой периодичности и отступлений от нее. Можно привести немало примеров, свидетельствующих о важности учета вклада дефектов в формирование свойств материалов. Так, без учета этого вклада оказалось невозможным построение теории прочности и пластичности материалов, поскольку эти характеристики определяются степенью сопротивления тела действию сил, смещающих разные части тела относительно друг друга. Под действием радиации (мощные световые потоки, пучки электронов, нейтронов, заряженных ядер и т. д.). отдельные атомы или группы атомов оказываются выбитыми из своих правильных положений, и поэтому структура и свойства облученных материалов необъяснимы без оценки роли дефектов и т. д. В связи с этим важной составной частью физики твердого [c.228]

Модуль упругости Е практически не зависит от химического состава и термической обработки стали. Приведенный здесь предел прочности установлен экспериментальным путем. Он во много раз (в 100 раз и более) меньше теоретических значений, подсчитанных исходя из сил межатомных связей. Это объясняется отклонением строения реальных кристаллов металла от идеального строения кристаллических решеток, т. е. несовершенством (дефектами) кристаллических решеток реальных металлов. Наибольшее влияние на снижение прочности металла оказывают [c.37]

При описании кристаллического состояния необходимо учитывать следующие обстоятельства. В кристаллической фазе всегда существуют границы раздела, а поэтому и связанное с ними поверхностное натяжение. В кристаллической фазе, кроме того, можно наблюдать эффекты не поверхностного, а линейного и точечного характера, связанные с самой природой кристаллического состояния. В идеальном кристалле атомы (или ионы) расположены в узлах кристаллической решетки. В реальных кристаллах возможны нарушения этой симметрии, приводящие к образованию полостей диаметром, равным по порядку величины межатомному расстоянию, и длиной, соответствующей размерам кристалла. Такие нарушения, или де- [c.367]

Есть ли разница между теоретической и реальной прочностью кристаллов Теоретическая прочность идеального твердого тела, вычисленная с учетом структуры, величины межатомных взаимодействий и расстояний между атомами и молекулами, во много раз превышает реальную. Последняя составляет лишь проценты, а зачастую доли процента от теоретической прочности. В чем секрет такого несоответствия [c.42]

Несовершенства (дефекты) строения реальных кристаллов металла. Описанная в предыдущем разделе кристаллическая решетка является идеальной. На основе физики твердого тела теоретически найдены механические характеристики, которые должны быть у кристаллов строго идеальной структуры. Сопоставление этих характеристик с обнаруживаемыми в опыте показывает значительное (в десятки и даже в сотни раз) превышение теоретическими значениями опытных. Последнее расхождение объясняется тем, что в реальных кристаллах всегда имеются отклонения от идеального характера атомной решетки, называемые несовершенствами или дефектами строения кристаллов ). Известны различные типы дефектов классификация их дана в табл. 4.3. [c.233]

ИДЕАЛЬНЫЙ КРИСТАЛЛ — физ. модель, представляющая собой бесконечный монокристалл, не содержащий примесей или структурных дефектов (вакансий, межу. ельных атомов, дислокаций и др.). Отличие реальных кристаллов от И. к. связано с конечностью их размеров и наличием дефектов. Наличия нек-рых до- [c.98]

При небольших статич, нагрузках у всех Т. т. наблюдается линейное соотношение между напряжением и деформацией (закон Гука). Упругая деформация обратима — при снятии напряжения она исчезает. Для идеального монокристалла (без дефектов) область обратимой деформации должна была бы наблюдаться вплоть до разрушения, причём предел прочности должен был бы соответствовать силам связи между атомами. Прочность реального кристалла не соответствует силам связи между атомами. [c.45]

В настоящее время установлено, что реальные кристаллы металлов, в отличие от идеальных, обладают рядом структурных несовершенств или дефектов, т. е. отклонений от правильного геометрического строения. Оказалось, что многие очень важные механические и физические свойства и процессы, происходящие в структуре металлов, тесно связаны с несовершенствами (дефектами) строения их кристаллов, которые обычно разделяют на три группы — точечные, линейные и поверхностные. [c.20]

Мерой искажения служит так называемый вектор Бюргерса. Он получается, если обойти замкнутый контур в идеальном кристалле (рис. 1.19, а), переходя от узла к узлу, а затем этот же путь повторить в реальном кристалле, заключив дислокацию внутрь контура. Как видно на рис. 1.18,5 в реальном кристалле контур окажется незамкнутым. Вектор Ь, который нужен для замыкания контура, называется вектором Бюргерса. У краевой дислокации вектор Бюргерса равен межатомному расстоянию и перпендикулярен дислокационной линии, у винтовой дислокации — параллелен ей. [c.33]

Элементарный акт сдвига — это смещение одной части кристалла относительно другой на одно межатомное расстояние (рис. 5.3). В идеальном кристалле в скольжении должны одновременно участвовать все атомы, находяш иеся в плоскости сдвига. Для такого синхронного жесткого сдвига требуется, как показывают расчеты, критическое касательное напряжение Гкр = С/2тг 0,16G G — модуль упругости при сдвиге). Величину Ткр называют теоретической прочностью кристалла. В реальных кристаллах для сдвига на одно межатомное расстояние требуются напряжения около 10 G, что в 1000 раз меньше теоретического значения. Низкая прочность реальных кристаллов обусловлена их структурным несовершенством. [c.124]

В кристаллах с ковалентной связью проводимость электрического тока может осуществляться как путем перемещения электронов (электронная, или п-проводимость), так и путем перемещения дырок (дырочная, или р-проводимость). Вследствие большой подвижности электронов в идеальных кристаллах химически чистого полупроводника электронная проводимость превалирует. В реальных кристаллах химически чистых германия и кремния может превалировать дырочная проводимость из-за неизбежных дефектов в упаковке атомов (дислокации вакансии границы зерен, блоков и т.д.). Проводимость в химически чистом полупроводнике называется собственной проводимостью. Однако получить химически чистые элементы весьма сложно. Вследствие этого полупроводники всегда содержат примеси, которые изменяют характер и значение проводимости. Электрическая проводимость, обусловленная присутствием примесей в полупроводнике, называется примесной. [c.587]

Строение реальных кристаллов сугцественно отличается от строения идеальных кристаллов наличием различного вида дефектов. Дефекты кристаллической решетки играют очень важную роль в формировании и протекании процессов деформации и разрушения твердых тел. Дефекты в кристаллах подразделяют на точечные, од-Н0-, двух- и трехмерные [37, 73, 74, 279. [c.23]

Фиг. 1, Решетки идеального (а) и реального (б) кристаллов металла.

За редкими исключениями, кристаллы и кристаллиты, образующие поликристаллы, обладают различными типами структурных дефектов. Знание типов, способов образования, а также влияния структурных дефектов на различные процессы и свойства твердых тел совершенно необходимо для современных специалистов по физике твердого тела. Понятие реальный кристалл чрезвычайно широко. При малой концентрации структурных несовершенств реальный кристалл в пределе переходит в идеальный, приобретая качественно новые свойства. При большом содержании дефектов реальный кристалл в пределе приобретает аморфную структуру и свойства, характерные для аморфного состояния. Воздействие на реальную структуру твердых тел является одним из способов управления их свойствами. Например, в зависимости от концентрации точечных дефектов коэффициент диффузии в металлах может меняться на семь порядков, в таком же диапазоне меняется электропроводность полупроводника. Техническая прочность твердых тел отличается от теоретической (предельной) на три-четыре порядка. Исключив возможность влияния несовершенств, можно реализовать теоретическую прочность. Каждому понятно, насколько это важно для практических целей. [c.6]

Кристаллическое вещество в макроскопическом масштабе может состоять из Одного когерентного блока. Это будет то, что обычно называют идеальным монокристаллом. Строго говоря, идеальный монокристалл должен быть бесконечным во всех направлениях, однако из-за малости междуатомных расстояний и малости радиуса действия междуатомных сил влиянием поверхностных эффектов по сравнению с объемными эффектами для макроскопических кристаллов в большинстве случаев можно пренебречь. Отдельные кристаллы могут достигать колоссальных размеров. Известны кристаллы природных минералов (кварц, берилл) длиною более метра и весом более тонны. В реальных кристаллах возможны различные нарушения когерентности параллельное смещение вдоль плоскости АВ двух соседних кристаллических блоков на величину ба, не кратную периоду а структуры в направлении смещения (рис. 3.4, а), или Поворот на угол бф (рис. 3.4,6). Обычно кристаллы бывают мозаичными, т. е. состоящими из блоков, имеющих небольшую дезориентировку, измеряемую десятками секунд, минутами и долями градуса. Размеры блоков мозаики составляют обычно от Ю"" до 10 см. Часто встречаются двойники (рис. 3.4, в), т. е. два блока, симметрично расположенных относительно плоскости двойникования (плоскость EF). [c.66]

Поверхность кристалла по геометрическим и энергетическим причинам является активной зоной, атомы которой обладают повышенным термодинамическим потенциалом. На поверхности осуществляются рост и плавление кристалла, конденсация пара и испарение кристалла, адсорбция атомов из окружающей среды и их диффузия в глубь кристалла. На поверхности происходит химическое взаимодействие кристалла с веществом окружающей среды травление, коррозия, окисление и т. п. Химическая активность некоторых металлов (алюминий) нейтрализуется вследствие образования пассивных окис-ных слоев, атомы которых насыщают разорванные межатомные связи. Через поверхность с помощью ионной бомбардировки (имплантация) в приповерхностный слой кристалла можно ввести атомы любых элементов (примесей). Уж наличие внешней поверхности превращает идеальный кристалл в реальный. [c.112]

Строение реальных кристаллов отличается от идеальных. В реальных кристаллах всегда содержатся дефекты, которые подразделяют на точечные, линейные, поверхностные и объемные. Размеры точечного дефекта близки к межатомному расстоянию. У линейных дефектов длина на несколько порядков больше ширины у поверхностных дефектов мала толш ина, а ширина и длина больше ее на несколько порядков. Объемные дефекты (поры, трещины) имеют значительные размеры во всех трех направлениях. [c.31]

Теория последовательных смещений, или дислокационная тео-1 ия деформации, основана на том, что, как уже указывалось, в главе И, реальные кристаллы металлов, в отличие от идеальных, обладают рядом изъянов в строении мозаичностью, смещением атомов вблизи границ зерна и свободными местами, т. е. незаполненными атомалш узлами в решетке. Эти смещения в решетке вызывают тепловые колебания атомов, являющихся причиной местных напряжений. Напряжения не только образуют местные смещения, но и передвигают их по всей плоскости скольжения (фиг. 77). Внутри круга находится центр смещения, а вне его линии решетки, выше и ниже плоскости скольжения АВ, совпадают. [c.127]

Так, Смекалом был выполнен ряд интересных исследований, посвященных главным образом изучению свойств прочности кристаллов галоидных солей щелочных металлов. Им и другими авторами было показано, что пластическая деформация ведет к разрыхлению решетки [23, 64], дана оценка перенапряжений на неоднородностях кристалла [65, 66], выяснено влияние примесей на свойства прочности галоидных солей [50—52], исследована температурная зависимость прочности [67, 68, 54], изучено влияние среды на прочность [54]. Смекал пытался также дать общие представления о причинах разрушения кристаллов, которые мы здесь кратко изложим. Он перенес на кристаллы целиком представления Гриффитса. Далее [22, 23] высказал предположение о том, что строение реальных криста.илов существенно отличается от идеальных. У реальных кристаллов имеются нарушения решетки, которые могут возникнуть по ряду причин в результате неправильности роста кристалла, наличия примесей и т. д. Существование в кристалле подобного рода нарушений может оказать заметное влияние на ряд его свойств и, в частности, на структурно-чувствительные свойства (например, на ионную проводимость, свойства прочности и т. д.). [c.28]

Можно дать и другое, эквивалентное определение вектора Бюргерса. В реальном кристалле (рис. 3.13,6) проведем по правилу правого винта контур, который был бы замкнутым в идеальном исходном кристалле (рис. 3.13,а). Замыкающий вектор АВ пред-ставляет собой вектор Бюргерса. [c.99]

Возмущением, ответственным за Р. н. з., является разность между истинным потенциалом V(r, t), действующим на электрон в реальном кристалле, и периодич. Потенциалом Р (г, i), действующим в идеальном кристалле с неподвижными атомами (г—пространственная координата электрона). Возмущение оР = У — определяет вероятность рассеяния PFp—>р. В вырожд- них полупроводниках и металлах следует учитывать принцип Паули, так что фактич. вероятность перехода равна lVp- p ll —/(р ) . Кроме того, при большой плотности носителей рассеяние ослабляется экранированием возмущения из-эа перераспределения носителей в пространстве. [c.274]

Тепловое движение атомов в реальных кристаллах сводится, с одной TopoHbi, к колебаниям rix относительно узлов решетки, а с другой, — к перескокам атомов с большим избытком энергии в промежутки решетки и из одного узла в другой. Все это приводит к смещению атомов в решетке и к образованию вакансий. До температуры плавления размеры этих смещений. невелики, и кристаллическая решетка твердого металла мало отличается от правильной решетки идеального кристалла. [c.37]

Реальные металлические материалы, как правило, являются по-ликристаллическими, то есть состоят из множества отдельных кристаллов, которые в общем случае имеют неправильную форму и называются кристаллитами или зернами. В отличие от идеальных кристаллов, в которых атомы кристаллической решетки расположены строго периодично, реальные кристаллы всегда имеют нарушения регулярности структуры (разупорядоченность), которые называются дефектами. Основными причинами отсутствия у реальных конструкционных металлических материалов идеального кристаллического состояния являются неравновесные условия кристаллизации металла, присутствие в его составе легирующих и примесных элементов, деформация кристаллической решетки вследствие воздействия на нее в процессе изготовления изделий механических, термических, радиационных и других факторов. [c.23]

Основным критерием стабильности 90°-ной доменной стенки в кристалле, являющемся идеальным изолятором, должно быть условие, чтобы на ней не накапливались заряды Это условие требует, чтобы полярные оси соседних доменов располагались голова к хвосту В реальных кристаллах KNbOa наблюдалось расположение голова к голове и хвост к хвосту [60] Стабильность степки в этом случае обусловлена компенсацией заряда вследствие проводимости кристалла [c.26]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...