Реальное строение металлов Дефекты кристаллического строения и их влияние на свойства металлов

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Кафедра ОМД

ЛЕКЦИЯ

по дисциплине Металловедение

на тему

«Реальное строение металлов . Дефекты кристаллического строения и их влияние на свойства металлов»

Ст.преп. Горецкий Ю.В.

Алчевск 2009

Реальное строение металлов . Дефекты кристаллического строения и их влияние на свойства металлов

1. Классификация дефектов кристаллической решетки металлов

В реальном кристалле всегда имеются дефекты строения (несовершенства).

Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на 4 – е группы:

1. Точечные (нульмерные);

2. Линейные (одномерные);

3. Поверхностные (двухмерные);

4. Объемные (трехмерное).

2. Точечные дефекты

Эти дефекты малы во всех трех измерениях и размеры их не превышают нескольких атомных диаметров.

К точечным дефектам относят вакансии («дырки» – дефекты Шоттки), межузельные атомы (дефекты Френкеля), примесные атомы образующие твердые растворы внедрения и замещения.

Вакансии образуются в результате перехода атомов из узлов решетки на поверхность, или их полного испарения с поверхности кристалла (рис. 1).

С повышением температуры концентрация вакансий возрастает.

Межузельные атомы – эти дефекты образуются в результате перехода атома из узла решетки в междоузлие (на месте атома образуется вакансия). В металлах возникают очень трудно, связано с большими затратами энергий на переход атома в междоузлие.

Атомы примесей присутствующие даже в самом чистом металле, как правило, образуют твердые растворы (рис. 2)

Рисунок 1. Схема точечных дефектов в кристалле:

l – примесный атом замещения; 2 – дефект Шоттки; 3 – примесный атом внедрения; 4 – дивакансия; 5 – дефект Френкеля (вакансия и межузельный атом); 6 – примесный атом замещения

Рисунок 2. Схема точечных дефектов в кристалле (на примере решетки ОЦК):

l – чистый металл; 2 – твердый раствор замещения; 3 – твердый раствор внедрения

Точечные (нульмерные) дефекты являются центрами локальных искажений в кристаллической решетке. Однако заметные искажения решетки (смещение атомов), окружающие нульмерный дефект, создается только на расстояниях нескольких атомных диаметров (составляют доли межатомного расстояния).

Дефекты Шоттки и Френкеля оказывают влияние на свойства металлов: электропроводность, магнитные свойства, предопределяют процесс диффузии в металлах.

3. Линейные дефекты или одномерные

Эти несовершенства имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Дефект имеет протяженность несколько межатомных расстояний.

К линейным дефектам относятся дислокации, цепочки вакансий или цепочки межузельных атомов.

Различают дислокации следующих видов: краевые, винтовые, смешанные.

Краевая дислокация – представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызванное в ней наличием в ней «лишней» атомной полуплоскости – экстраплоскости, перпендикулярной к плоскости чертежа (рис. 3).

Рисунок 3. Краевая дислокация

Образуется дислокация при кристаллизации или сдвиге.

Рассмотрим образование дислокации при сдвиге. Возьмем параллелепипед (кристалл) и проведем сдвиг верхней части кристалла относительно нижней на одно межатомное расстояние, при этом сдвиг охватывает не всю плоскость скольжения, а только часть её АВDС, граница АВ плоскости АВDС и будет дислокацией (рис. 4). Линия краевой дислокации перпендикулярна вектору сдвига t. В верхней части кристалла n плоскостей, а в нижней n – 1, т. е. на одну меньше.

Рисунок 4. Сдвиг, создавший краевую дислокацию

Если эксраплоскость находится в верней части кристалла, то дислокация положительная (┴), если в нижней – отрицательная (┬) (рис. 5).

Рисунок 5. Схема положительной и отрицательной дислокации

Край экстраплоскости представляет собой линию краевой (линейной) дислокации, длина которой может достигать многих тысяч межатомных расстояний. Дислокация может быть прямой или выгибаться в ту или другую сторону. Вокруг дислокации на протяжении пяти-семи атомных размеров кристаллическая решетка сильно искажена. Над дислокацией атомы в кристалле уплотнены, а под ней раздвинуты.

Винтовая дислокация – была открыта в 1939г. Бюргерсом. Образуется также при кристаллизации или сдвиге. Винтовую дислокацию можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой.

Винтовая дислокация параллельна вектору сдвига (рис. 6). Рассмотрим винтовую дислокацию образующуюся при сдвиге.

Рисунок 6. Сдвиг, создавший винтовую дислокацию:

а – кристалл до сдвига надрезан по ABCD;

б – кристалл после сдвига; ABCD – зона сдвига

Сдвиг кристалла происходит по плоскости ABCD, винтовая дислокация представляет собой границу деформируемой и недеформируемой частью кристалла, т. е. линию BC.

При наличии винтовой дислокации кристалл можно рассматривать как состоящий из одной атомной плоскости, закрученной в виде винтовой поверхности. На рис. 7 показана винтовая дислокация на атомном

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать