 |
Образование вакансии на поверхности кристалла (дефект по Шоттки)
|
|
|
|
Радиационные вакансии (образуются по механизму Френкеля) – парный дефект по Френкелю (френкелевская пара).
Дефекты по Шоттки (в соединении NaCl) Парные дефекты по Френкелю (в соединении NaCl)
Однако, кроме точечных дефектов, возникших в результате тепловых флуктуаций, могут появиться несовершенства и иного происхождения. Один из способов получения избыточного (для данной температуры) количества точечных дефектов состоит в резком охлаждении от более высокой температуры (закалке). Пересыщенный точечными дефектами (преимущественно вакансиями) кристалл отличается иным поведением при пластической деформации. Так, если монокристаллы алюминия закаливать в воде от температур, близких к температуре плавления, то при испытании на растяжение критическое напряжение сдвига для закаленных образцов примерно в 5 раз выше, чем для медленно охлажденных (рис.2.3). Этот эффект является результатом взаимодействия вакансий или их комплексов с линейными дефектами типа дислокаций, вследствие чего подвижность последних резко ограничивается и это способствует возрастанию сопротивления сдвигу.
Другой способ создания избыточных дефектов заключается в сильной деформации кристалла, например ковкой, прокаткой или волочением. Хотя решетка при этом по-прежнему сохраняет в основном свою кристаллическую природу, при такой обработке возникают многочисленные дефекты структуры, в том числе и точечные.
Наконец, увеличение количества точечных дефектов может быть получено в результате радиационного облучения металлов частицами с высокой энергией. Быстрые частицы соударяются с атомами решетки и выбивают их из положения равновесия, образуя при этом дефекты по Френкелю. В этом случае количество дефектов зависит не от температуры, а от природы кристалла и энергии бомбардирующих частиц. С помощью такого облучения могут достигаться заметные концентрации "выбитых" атомов, что приводит к существенному изменению свойств.
|
|
|
Единичные точечные дефекты могут объединяться в комплексы. Так, возможно образование парных вакансий (или бивакансий), когда две одиночные вакансии в результате взаимодействия (слияния) формируют единую комбинацию. Вероятны также случаи образования комплексов типа “вакансия-примесный атом внедрения”.
Подобные объединения точечных дефектов отличаются большей диффузионной подвижностью.
Основные положения теории дислокаций
Дислокации принадлежат к линейным несовершенствам кристаллической решетки. Первоначально представление о них было введено в физику твердого тела для того, чтобы объяснить несоответствие между наблюдаемой и теоретической прочностью и описать атомный механизм скольжения при пластической деформации кристаллов. Впоследствии теория дислокаций получила широкое развитие и стала применяться для анализа различных явлений в металлах и сплавах. На первых этапах развития этой теории представления о дислокациях были чисто гипотетическими, однако, затем были получены прямые доказательства их существования. В настоящее время используются разнообразные экспериментальные методы изучения дислокаций в металлических материалах.
Краевая дислокация
Представление о краевой дислокации можно получить из рассмотрения относительно простой модели. На рис. показан параллелепипед, верхняя часть которого сдвинута относительно нижней на одно межатомное расстояние. При этом зафиксировано положение, когда сдвиг охватил лишь часть плоскости скольжения. Здесь ABCD - участок плоскости скольжения, в котором произошел сдвиг, АВ - граница этого участка.
|
|
|
На рис для случая простой кубической решетки показан разрез параллелепипеда по атомной плоскости, перпендикулярной линии АВ на рис.2.4. Как видно, в верхней части кристалла находится неполная атомная плоскость, не имеющая продолжения в нижней половине кристалла. Такую полуплоскость (ее называют экстраплоскостью) можно рассматривать как лишнюю неполную плоскость, "втиснутую" в кристалл. Непосредственно вблизи края экстраплоскости решетка сильно искажена. Выше края решетка оказывается сжатой, а ниже - растянутой. Атом, расположенный на самом крае полуплоскости, имеет меньше соседей, чем атом, находящийся внутри совершенного участка решетки. Таким образом, вдоль края экстраплоскости тянется область несовершенной решетки.
Краевая дислокация AB в кристалле. Краевая дислокация в решетке простого куба
Стрелкой показано направление
сдвигового напряжения
|
|
|
