150231 (621243), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Рис. 12. Переміщення дислокації в площині ковзання супроводжується розривом і приєднанням міжатомних зв’язків. В кристалі без дислокацій зсув в площині ковзання потребує одночасного розриву всіх міжатомних зв’язків.

Якби нові дислокації не народжувалися в кристалі, то деформація припинилася б після виходу на поверхню кристала всіх наявних в нім дислокацій. Дислокації, що притягуються. з протилежним вектором зрушення, лежачі в одній площині ковзання, при зближенні знищують один одного. Якщо такі . лежать в різних площинах ковзання, то для їх анігіляції потрібне переповзання.

Тому при високотемпературному відпалі, сприяючому переповзанню, знижується щільність дислокацій.

Дислокації — джерело кривизни решітки.

Рис. 13. Переповзання краєвої дислокації. Атоми зайвої на півплощини переходять у вакантні вузли решітки.

Ділянки кристала, розділені рядами (рис. 13) або сітками з дислокаціями, мають різну орієнтацію атомних площин і називаються кристалічними блоками.

Якщо дислокації розташовані рівномірно за об'ємом кристала, то блокової структури немає, але грати викривлені (рис. 14).

Викривлення атомних площин і спотворення міжплощинних відстаней поблизу дислокацій збільшують інтенсивність розсіяння рентгенівських променів і електронів. На цьому засновані рентгенівські і електронномікроскапічні методи спостереження дислокацій.

Структура дислокації деформованих кристалів. Руйнування. Розподіл дислокацій у деформованих кристалах зазвичай нерівномірне. При малому ступені деформації (зазвичай до 10%) дислокації часто розташовуються уздовж виділених площин ковзання. Із зростанням деформації виникає (зазвичай в металах) блокова структура, що виявляється за допомогою електронного мікроскопа або по розсіянню рентгенівських променів. Із зростанням деформації розмір блоків падає. При розмноженні дислокації середні відстані між дислокаціями скорочуються, їх поля пружної напруги взаємно перекриваються і ковзання ускладнюється (деформаційне зміцнення кристала). Щоб ковзання могло продовжуватися, прикладену зовнішню напругу необхідно підвищити.

При подальшому розмноженні дислокацій внутрішня напруга може досягати значень, близьких до теоретичної міцності. Тоді настає руйнування кристала шляхом зародження і поширення в ньому мікротріщин. Цьому можуть сприяти також і теплові коливання.

Вплив дислокацій на фізичні властивості кристалів. Дислокації впливають не тільки на такі механічні властивості твердих тіл, як пластичність і міцність, для яких присутність дислокацій є визначальною, але і на інші фізичні властивості кристалів. Наприклад, із збільшенням числа дислокацій зменшується щільність кристала, зростає, змінюються оптичні властивості, підвищується електроопір. Дислокації збільшують середню швидкість дифузії в кристалі і прискорюють старіння і інші процеси, що протікають за участю дифузії. Дислокації зменшують хімічну стійкість кристала, так що в результаті обробки поверхні кристала спеціальними речовинами (травниками) в місцях виходу дислокацій утворюються видимі ямки. На цьому засновано виявлення дислокацій у непрозорих матеріалах методом вибіркового травлення.

6. Двовимірні дефекти.

Такими дефектами у кристалах є межі між ділянками кристала, поверненими на різні (малі) кути по відношенню один до одного; межі двійників, дефекти упаковки (одноатомні двійникові шари), межі електричних і магнітних, антифазні межі в, межі включень іншої фази (наприклад, мартенситною), межі зерен (кристалітів) у агрегатах кристалів.

Кристаліти – дрібні кристали, що не мають ясно вираженої огранованої форми. Кристалітами є кристалічні зерна в різних полікристалічних утвореннях: металевих злитках, гірських породах, мінералах і т.п.

6.1 Двійкування

Двійкування – утворення в монокристалі областей із закономірно зміненою орієнтацією кристалічної структури. Структури двійникових утворень є або дзеркальним віддзеркаленням атомної структури материнського кристала (матриці) в певній площині (площини дефекту), або утворюються поворотом структури матриці навколо кристалографічної осі (осі дефекту) на деякий кут, постійний для даної речовини, або іншими перетвореннями симетрії. Пара — матриця і двійкове утворення — називається двійником.

Двійкування відбувається в процесі зростання кристалів через порушення в укладанні атомів при наростанні атомного шару на зародку або на готовому кристалі (дефекти упаковки), а також при зрощенні сусідніх зародків (двійники зростання, рис. 15).

Двійкування відбувається також завдяки деформації при механічній дії на кристал — при ударі вістря, розтягуванні, стисненні, крученні, вигині і т.д. (механічні, двійники), при швидкому тепловому розширенні і стисненні, при нагріванні деформованих кристалів (двійники рекристалізації), при переході з однієї модифікації кристала в іншу.

Перекидання частини або всього кристала в двійникове положення у металів здійснюється пошаровим ковзанням атомних площин. Кожен атомний шар послідовно зміщується на долю міжатомної відстані, при цьому всі атоми в двійниковій області переміщаються на довжину, пропорційну їх відстані від площини двійкуванння (площини дзеркального віддзеркалення). У інших кристалів цей процес складніший, наприклад у кальциту CaCO3 додається обертання груп CO3. Механічні двійники утворюються в тих випадках, коли деформація ковзання у напрямі прикладеної сили ускладнена.

Двійкування може супроводжуватися зміною розмірів і форми кристала, що характерний, наприклад, для CaCO3. Двійкування CaCO3 можна здійснити натисненням леза (рис. 16, а), при цьому в двійникове положення переходить ділянка в правій частині кристала (рис.16, б).

Двійникування із зміною форми мають місце у всіх металів, напівпровідників — кременя і у багатьох ін. кристалів. Інший вид двійникування, що не викликає зміни форми кристала, спостерігається, наприклад, у кварцу і тригліцинсульфату.

Якщо однорідність структури монокристала порушена численними двійниковими утвореннями, то його називають полісинтетичним двійником (рис. 17).

У кристалах сегнетоелектриків двійникові утворення є одночасно сегнетоелектричними, причому вони характеризуються різними оптичними властивостями (рис. 18).

Двійкування сильно впливає на механічні властивості кристалів: міцність, пластичність, крихкість, а також на електричні, магнітні і оптичні властивості. Двійкування погіршує якість напівпровідникових приладів. Закономірності механічного двійкування кристалів використовуються в геології для діагностики мінералів і для з'ясування умов утворення гірських порід. Розподіл двійникових прошарків в породоутворюючих мінералах дозволяє характеризувати дії, яким піддавалася порода. Механічні двійкування враховуються геологами і петрографами при аналізі перебігу гірських порід після їх деформації.

Багато які з поверхневих дефектів є рядами і сітками дислокацій, а сукупність таких сіток утворює в полікристалах межі зерен; на цих межах збираються домішкові атоми і чужорідні частинки.

Об'ємні дефекти. До них відносяться скупчення вакансій, що створюють пори і канали; частинки, що осідають на різних дефектах (що декорують), наприклад бульбашки газів, бульбашки маткового розчину; скупчення домішок у вигляді секторів (пісочного годинника) і зон росту.

У кристалах дефекти викликають пружні спотворення структури, що обумовлюють, у свою чергу, появу внутрішньої механічної напруги. Наприклад, точкові дефекти, взаємодіючи з дислокаціями, зміцнюють або руйнують кристали. Дефекти у кристалах впливають на спектри поглинання, спектри люмінесценції, розсіяння світла в кристалі і т.д., змінюють електропровідність, теплопровідність, сегнетоелектричні властивості, магнітні властивості і т.п. Рухливість дислокацій визначає пластичність кристалів, скупчення дислокацій викликають появу внутрішньої напруги і руйнування кристалів. Дислокації є місцями скупчення домішок. Дислокації перешкоджають процесам намагнічення і електричної поляризації завдяки взаємодії з межами доменів. Об'ємні дефекти знижують пластичність, впливають на, на електричні, оптичні і магнітні властивості кристала так само, як і дислокації.

Висновки

Дослідження дефектів досягло високого рівня розвитку і має в своєму розпорядженні такі прилади, які дозволяють здійснювати автоматичну оцінку отриманих даних, однак виготовлення зразків все ще відбувається вручну за допомогою порівняно простого обладнання.

Хоч для окремих операцій і розроблені автоматичні прилади, до цього часу виготовлення залишається свого роду мистецтвом, яке потребує спеціальних знань і досвіду практичної роботи.

Практичне вивчення процесу кристалізації, причин виникнення дефектів включає в себе багато різноманітних процесів і методів з відповідними інструментами, приладами, а також основними і допоміжними матеріалами.

З розвитком промисловості і народного господарства зростає значення металів і їх сплавів як будівельних і конструкційних матеріалів. Тому існує проблема, яка полягає у вдосконаленні виробництва матеріалів, дослідженні можливих дефектів і раціональні методи виключення їх появи і контролю.

Перспективами є впровадження сучасного найновітнішого обладнання, яке дозволить з високою точністю визначити можливість появи дефекту і у досить короткі строки по можливості усунути їх.

Список використаної літератури:

1. Лейбфрид Г., Микроскопическая теория механических и тепловых свойств кристаллов, пер. с англ., М., 1963;

2. Марадудин А., Дефекты и колебательный спектр кристаллов, пер. с англ., М., 1968;

3. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Статистическая физика, 2 изд., М., 1964: их же, Теория упругости, 3 изд., М., 1965 (Теоретическая физика, т. 7):

4. Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., М., 1963.

5. Шубников А. В., Как растут кристаллы, М.— Л., 1935; его же. Образование кристаллов, М.— Л., 1947;

6. Кузнецов В. Д., Кристаллы и кристаллизация, М., 1953;

7. Маллин Д ж., Кристаллизация, пер. с англ., М., 1965;

8. Хонигман Б., Рост и форма кристаллов, пер. с нем., М., 1961;

9. Матусевич Л. Н., Кристаллизация из растворов в химической промышленности, М., 1968;

10. Палатник Л. С., Папиров И. И., Эпитаксиальные пленки, М., 1971.

11. Уэрт Ч., Томсон P., Физика твёрдого тела, пер. с англ., М., 1966; Киттель Ч., Введение в физику твёрдого тела, пер. с англ., 2 изд., М., 1963.

12. Пекар С. И., Исследования по электронной теории кристаллов, М. — Л., 1951; Кац М. Л., Люминесценция и электронно-дырочные процессы в фотохимически окрашенных кристаллах щёлочно-галоидных соединений, Саратов, 1960;

13. Марфунин А. С., Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах, М., 1975.

14. Котрелл А., Теория дислокаций, пер. с англ., М., 1969;

15. Бюренван Х. Г., Дефекты в кристаллах, пер. с англ., М., 1962;

Характеристики

Список файлов курсовой работы