Дефекты кристаллического строения металлов

Дефекты кристаллического строения металлов

• Дефекты кристаллической структуры металлов В реальных кристаллах всегда есть структурные дефекты. Дефекты кристаллической структуры подразделяются по геометрическим признакам на точечные (нуль-мерные), линейные (1-мерные) и поверхностные (2-мерные). 18У. Доступность а) замещенные атомы 6.） Рисунок 8.Точечные дефекты в кристаллической решетке Точечные дефекты. Дефект ЭГП (рис.8) мал во всех 3-х измерениях, и его размер не превышает нескольких атомных диаметров. Точечные / * дефекты включают вакансии или «дыры» (дефекты Шоттки).N узел кисти, в котором нет атомов (рис. 8, а-в).

Вакансии образуются чаще всего в результате перехода атомов с участка решетки на поверхность (поверхность, поверхность частиц, пустоты, трещины и др.), либо их полное испарение (с поверхности кристалла, в результате перехода j между решетками с меньшей частотой).Такие атомы, особенно те, которые находятся вблизи поверхности, могут достичь поверхности кристалла и вместо этого быть заменены атомами, которые находятся вдали от поверхности. Чем выше температура. Число вакансий при температурах, близких к плавлению, может достигать ≈ 1%относительно числа атомов в Кристалле. ■

, тем больше концентрация вакансий Людмила Фирмаль

От некоторой температуры, эти вакансии можно зафиксировать к нормальной температуре(гасить вакансии). При определенных температурах внутри 19 кристаллов образуется только одна вакансия(рис. 8.6), но также образуются 2, 3 или более вакансий. Вакансии образуются в процессе пластической деформации, а также при столкновении металлов высокоэнергетическими атомами или частицами (облучение в циклотроне или нейтронное облучение в ядерном реакторе). Интерстициальные атомы (дефект Френкеля).Эти дефекты образуются в результате перехода атомов из узла решетки в узлы (рис. 8, в).На участке атома образуется вакансия, а между узлами * * остается участок решетки.

В наиболее плотной решетке, характерной для большинства металлов, Энергия образования интерстициальных атомов в несколько раз превышает энергию образования тепловых vacancies. As в результате интерстициальные атомы очень трудно формируются в металлах, а термические вакансии в таких кристаллах являются основными точечными дефектами. Например, для 1000C меди концентрация интерстициальных атомов на 35 порядков ниже концентрации вакансий. Точечные дефекты в кристаллической решетке проявляются также в результате действия примесных атомов. Атомы примесей также обычно присутствуют в самых чистых металлах.

• Точечные дефекты вызывают локальное искажение кристаллической решетки (рис. 8, В, Г). 。Смещение (релаксация) вокруг вакансии происходит только в первых 2 слоях соседних атомов и составляет часть межатомного расстояния. Вокруг вставки из плотной решетки, смещение соседних атомов намного больше, чем вокруг вакансий. Дефекты точки Шоттки. Френкель влияет на физические свойства металлов(электропроводность, магнитные свойства и др.) и определяет процесс диффузии металлов и сплавов. Линейный разлом. Линейные дефекты меньше в 2 размерах и больше в 3 размерах. Эти дефекты называются дислокациями. Кристаллическая решетка с краевой дислокацией показана на рисунке. 9.

Краевые дислокации (рис. 9.6 и в) представляют собой локальные искажения кристаллической решетки, вызванные наличием «лишних» атомов в полуплоскости или вне плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка. Самым простым и очевидным способом формирования дислокации в кристалле является срез (рис. 9,»»).Если верхняя часть кристалла смещена относительно нижней 1 на межатомное расстояние, и смещение не охватывает всю плоскость скольжения, а положение фиксировано, чтобы охватить только ее часть, то»ABCD, линия границы между ненарушенным участком плоскости скольжения и ненарушенным участком плоскости скольжения 9″

отсекается от кончика наконечника перпендикулярно плоскости скольжения. Людмила Фирмаль

Если лишняя плоскость находится в верхней части кристалла, то. Дислокация называется положительной и обозначается знаком±(рис.9, В), если она находится внизу, то отрицательной, и»y (рис. 9, г)«.Разница между положительными и отрицательными дислокациями является чисто произвольной. Переверните его. Кристаллы, превращающие отрицательную дислокацию в положительную. Признаки дислокации важны при анализе взаимодействий. 20Vector \ svVigp Дополнительные самолеты Б-Про. — Схема 9.

Краевая дислокация: a-сдвиг, который создал краевую дислокацию. Нечетные закономерности краевых дислокаций; расположение атомов в дислокациях e, d Кроме краевых, различают также спиральные дислокации. Винтовая дислокация, в отличие от краевой дислокации, параллельна направлению сдвига (линия AD на рис. 10). при наличии винтовых дислокаций кристалл можно считать состоящим из 1 атомарной плоскости, закрученной в виде спиральной плоскости.

На рис. 10.6 показано расположение атомов на поверхности спирали вдоль спиральной дислокации. Дислокации окружены полем упругих напряжений, что вызывает искажение кристаллической решетки. Для краевых дислокаций межатомное расстояние над краем дополнительной плоскости обычно меньше, чем под краем. Энергия искажения кристаллической решетки является 1 из наиболее важных характеристик любого типа dislocation. To для оценки степени искажения решетки вследствие линейных дислокаций необходимо сравнить полные кристаллы и кристаллы, содержащие дислокации. Критерием этого искажения является вектор гамбургера.

Чтобы определить вектор скоса краевой дислокации (рис. 11), обведите ABCDE вокруг дислокации. Контур равномерно расположен против часовой стрелки от точки А, например Атомы 21.Рисунок С. схема определения вектора Бергера линейных дислокаций: а-схема плоскостей реальных кристаллов. b-идеальная кристаллическая решетка 6 межатомных расстояний снизу вверх: AB, BC, CD и DE. Цепь замкнута в секции DA, которая состоит всего из 5 segments. In кристаллы без дислокаций, эта область, как и предыдущая, состояла из 6 сегментов. Разница в длине контурной линии AE называется вектором Бюргерса и обозначается буквой b. разница в контурных линиях представляет собой порядок межатомного расстояния(10″ 8 см).

Определение вектора Бергера кристаллов, содержащих спиральные дислокации, выполняется следующим образом well. In краевая дислокация, вектор Бергера перпендикулярен линии, а в повороте он параллелен вектору. Если вектор Бюргерса охватывает более одной дислокации, то его значение соответствует геометрической сумме векторов отдельных дислокаций. Используя вектор Бюргерса, вы можете найти силу, необходимую для продвижения дислокации, силу взаимодействия, энергию дислокации и так далее. Силовые (упругие) поля дислокаций взаимодействуют между собой. Если дислокации на определенной поверхности скольжения имеют одинаковый знак, то они отталкиваются друг от друга (рис.12, а).Если признаки вывиха бывают разные, они притягиваются друг к другу(рис. 12.0. один.） Рисунок 12. Схема взаимодействия дислокаций в 1 плоскости скольжения

Приближение дислокаций 22 различных знаков приводит к их взаимному исчезновению(исчезновению). Дислокации не могут быть разрушены в микрокристаллах. Они могут прерываться другими дислокациями или на границе раздела (границы зерен, поверхности кристаллов и т. д.). В этом контексте дислокации образуют замкнутый контур или сеть межсоединений внутри кристалла. Важной особенностью дислокации является плотность. Плотность дислокации — это общая длина дислокации I (см) (см3) на единицу объема V Кристалла. Отсюда размерность плотности дислокации (см-2). Плотность дислокаций определяется экспериментально путем подсчета количества выходов дислокаций на единицу площади тонких участков металлографической ткани.

При травлении тонкого участка металлической ткани на его поверхности появляется ямка или точка, соответствующая выходу дислокации. 。 。 Плотность дислокаций определяется непосредственно путем исследования структуры тонкой пленки металла»на свету» с помощью электронного микроскопа. Подсчитав количество таких точек, определяют плотность дислокаций. Поверхностные дефекты. Эти дефекты будут небольшими только в 1 измерении. Они представляют собой границы раздела между отдельными зернами или блоками (субзернами) поликристаллических металлов.

Каждая металлическая частица состоит из отдельных блоков или суб-сфер, образуя так называемую мозаичную структуру или суб-структуры(рис. 14, а).Обычно частицы металла ориентированы друг к другу в количестве, которое достигает от нескольких градусов (граница малого угла) до нескольких градусов или нескольких десятков (граница большого угла). Блоки или подзерна вращаются относительно друг друга под углом (граница малого угла) от нескольких секунд до нескольких минут и имеют 3-4 размера. Цифры меньше, чем размер кристаллита (10 «6-10» 4 см).

Внутри каждого блока или подзерна решетка почти идеальна, если не учитывать несовершенства точек. Размер блока или субграней оказывает существенное влияние на свойства металла. Граница между отдельными микрокристаллами (частицами) представляет собой переходную область шириной от 5 до 10 межатомных расстояний. 23 Рисунок 14.Блочная (мозаичная) металлическая конструкция： а-схема зерновой и блочной структуры. Б-фактическая блочная структура металла (х 20 000); в-граничная дислокационная структура ниобиевого блока(х 44000） Решетка одного кристалла с определенной ориентацией кристалла входит в решетку другого кристалла с другим Кристаллом orientation.

In в этом отношении атомы расположены не более точно на границах зерен, чем на границах зерен (рис.15). Кроме того, примеси концентрируются вдоль границ зерен промышленных металлов, что еще больше нарушает правильное расположение атомов. Небольшая неисправность наблюдается на границах блок или субграней. Границы блоков и малоугловые границы образуются дислокациями(см. рис. 14, а). по мере увеличения угла рассогласования блока или подзерна и уменьшения их значений плотность дислокаций металла увеличивается increases. In в реальных поликристаллических металлах длина границ между блоками и зернами настолько велика, что количество дислокаций в таких металлах огромно (104-1012 см-2).

Атомы на границе частицы (или субчастицы) обладают повышенной потенциальной энергией. Атомы, расположенные на поверхности кристалла, также обладают повышенной энергией за счет некомпенсированных сил межатомного взаимодействия.

Смотрите также:

Решения задач по материаловедению

Диффузия	Общая характеристика металлов
Первичная кристаллизация металлов	Атомно-кристаллическая структура металлов