Shmakov alapjai Metal 2018

3. FEJEZET és kristályszerkezet hibák

Valódi kristály eltér az ideális jelenléte mindenféle tökéletlenségek - hiányosságai. Alapvetően, a hiba bármilyen megsértésének a sorrendben elrendezése az atomok a kristályrácsban. Hibák nem csak érinti a tulajdonságait az anyag, de gyakran meghatározza ezeket a tulajdonságokat specifikus környezetben. A geometriai jellemzői a kristályszerkezet hibák vannak besorolva (zérus-dimenziós), a lineáris (egydimenziós), a felület (kétdimenziós) és térfogati (háromdimenziós). Point hibák - ezek megsértése atomi szerkezetének a kristály méretek mindhárom dimenzióban hasonló a mérete egy atom. Point hibák megüresedett, intersticiális atomok, szennyező atomok és komplexeik. Lineáris hibák kicsik (van atomi méretekhez) két dimenzióban, de a mértéke a harmadik dimenzióban lehet akár a méret a kristály. Lineáris hibák hosszú láncai ponthibák és diszlokációk. Felületi hibákat kicsik csak az egyik vetülete. Egy példa a felületi hibák szolgálhat a külső felülete a kristály, és a szemcsehatárok a polikristályos anyag. Térfogat hibák jelentős mértékben mindhárom dimenzióban, makroszkopikus idegen zárványok, repedések és a pórusokat.

§ 3.1. rácsponthibákat

Ponthibák (ábra. 3.1) elválasztjuk a saját (strukturális) és a szennyező. Intrinsic hibák intersticiális atomok és a megüresedett és szennyező - idegen atomok kémiai elemek (szennyeződések), amelyek mindig jelen vannak, még a tiszta fém. A szennyeződések működhet a fémek és a nemfémek. Állásajánlatok úgynevezett „üres” (azaz, nem foglalt atomok) rácspontjain, intersticiális atomok - Egyedi atomok, amelyek kívül vannak elhelyezve a rács csomópontok.

Szennyeződés atomok lehet elfoglalni rácspontok (a szubsztituensek alap fajták), vagy elhelyezkedhet a hézagokban (üregek) a kristály. Az első esetben beszélhetünk helyettesítő szennyeződéseket. A második - bevezetéséről szóló szennyeződéseket.

Ábra. 3.1. Kétdimenziós modell egy kristály pont hibák:

1 - megüresedett; 2 - intersticiális atom; 3 és 4 - szubsztitúciós szennyező atomok; 5 - bevezetése szennyező atom

A BCC rács, FCC és hcp Kétféle hézagok:

oktaéderes és tetraéderes. Az FCC rács üregek legnagyobb központjában a kocka, és a közepén a szélei (ábra. 3.2 a). Minden ilyen üregek körül hat alkotó atomok egy oktaéder (azonban ilyen üregek nevezzük oktaéderes). Kisebb üregek ábrán mutatjuk be. 3.2b. Ezek úgynevezett tetraéderes, mivel ezek körül négy atom alkotják a tetraéder. Az egyes oktaéderes üregek lehet feliratos gömb sugara 0,41 R A. és mindegyik a tetraéderes void - a gömb sugara 0,225 R A., ahol R A - fém atomrádiusz. Üregek BCC rács ábrán látható. 3.3. Az ilyen típusú tetraéderes rács nagyobb oktaéderes üregek. A sugarak a tetraéderes és oktaéderes üregekben itt rendre tartalmaznak 0291 R A és 0154 R A. Érvénytelen ideális rács GPU ábrán látható. 3.4. A méretei a oktaéderes és tetraéderes üregek a rács egyenlő a mérete hasonló üregek FCC rács. Ez azt jelzi, egy bizonyos affinitással atomnokristallicheskih az FCC és hcp struktúrák.

Ábra. 3.2. FCC rács: Az üres körök jelzik a közepén egy - oktaéderes; b - tetraéderes üregek

Ábra. 3.3. Rácsos bcc: Az üres körök jelzik a közepén egy - oktaéderes; b - tetraéderes üregek

Ábra. 3.4. GPU rács: Az üres körök jelzik a közepén egy - oktaéderes; b - tetraéderes üregek

Point hibák torzítják (torzítja) a kristályrácsban. Ezt tükrözi az a tény, hogy az atomok közelében található a hiba, kiszorítjuk a pozíciók tartottak előtt előfordulásuk. Átrendezése az atomok körül a hiba - atomi relaxáció - zajlik oly módon, hogy minimálisra csökkentse a belső energia a kristály. Észrevehető elmozdulások általában akkor az első három atomi réteg környező a hiba, amely a központja a torzítás. Más szóval, jelentősen pihenni csak három atom az első koordinációs szférában. Atomjai a legközelebbi réteg (vagyis az első koordinációs szférában) tolódnak felé a munkát, és az irányt a intersticiális atomok (lásd. Ábra. 3.1). Így torzulások által bevezetett közbeiktatott tartalmaz, jelentősen nagyobb torzítás által bevezetett munkát, de ezek teszik legfeljebb 10% -a az atomi távolságokat. A távolból a torzítása rácshibasűrűséget csökken monoton. Például, az atomok, a második koordinációs szféra lépés nem felé a munkát, és a belőle. Erősen torzított régióban a rács körül a hibát, amely kiterjeszti több atomi réteg (kiemelt területeken), az úgynevezett hiba mag. Mivel a megüresedett hajlamos „húzza” a rács, akkor látható, a kristály, mint a központ átfogó (hidrosztatikus) nyújtás. Más szóval, egy álláshirdetést a kristály - a pontforrás húzófeszültség. Ebben az értelemben, intersticiális atom központjában hidrosztatikus tömörítés.

Állásajánlatok és interstitialis atomok adott esetben kialakított egyidejűleg és egyenlő mennyiségben. Vannak két alapvető mechanizmus kialakulásának megfelelő pont hibák - mechanika

Alföldi Frenkel és Schottky mechanizmus. Az első esetben (Frenkel mechanizmus) azt feltételezzük, hogy az atom, így egy csomópont megy fuga, ezáltal egy pár hibák - megüresedett és intersticiális atomok (3.5 ábra.). Ilyen egy pár hiba, elveszett „társ” kapcsolat (vagyis megszűnik a „érezni” egymást a rács), az úgynevezett Frenkel pár. Frenkel mechanizmus igényel jelentős energiaköltségeket. Az ára, az első, hogy megtörje kapcsolatokat „régi szomszédok” atom a rács, másrészt pedig a taszítása az „új szomszédok”, azaz A rácson torzítás.

Frenkel mechanizmus dominál, különösen akkor, ha a fém van kitéve erős sugárzás. Ebben az esetben, a neutronok vagy más nagy energiájú részecskéket csak egyszerűen kopogás atomokat az egységek, ami egy pár, és képződött Frenkel - megüresedett és intersticiális atomok egyenlő mennyiségben.

Ábra. 3.5. Reakcióvázlat képződési ponthibák:

1 - Frenkel; 2 - Schottky

A második mechanizmus (Schottky mechanizmus) igényel lényegesen kevesebb energiát kiadásokat. A lényege a mechanizmusa a következő. A száma atomi kötések az atomhoz a felszínen a kristály kisebb, mint az atom a térfogata. Szigorúan véve, a felszínen a kristály maga egy kétdimenziós hiba. Ezért a „felület” atom könnyebb „elszakadni” a saját „régi szomszédok”, majd vagy elpárolog az űrbe, vagy arra, hogy új kapcsolatokat megy, az adszorbens réteg (lásd. Ábra. 3.5). Felületén kialakult nyitott helyzetben, cseréje helyeken szomszédos atomokon elhelyezkedő előre be a kristály. Crystal így oldódik, mint a semmis. Amellett, hogy a külső felületén a kristály Schottky forrás helyzetben lehet egy folytonossági hiány a kristály (például repedések vagy pórusok, amelyek lehet tekinteni, mint a nagy koncentrációjú megüresedett). A fő különbség a Schottky mechanizmus Frenkel mechanizmus kialakulását csak egy úgynevezett termikus megüresedett kialakulása nélkül intersticiális atomok.

Ahhoz, hogy megértsük az oka a kialakulásának megfelelő pont hibák, meg kell szem előtt tartani, hogy az ideális rend a kristály és ezt csak az abszolút nulla (azaz hőmérséklet 0 K), amikor a „befagyott” minden olyan termikus mozgást az atomok. Növekvő hőmérséklettel az atomokkal kezdődik, hogy a termikus rezgések a kristályrács közel a csomópontok. Ezek az ingadozások, különösen scatter vezetési elektronok, ezáltal növelve az elektromos ellenállás (csökkentett elektromos vezetőképesség) a fémek. Határesetben (közel az olvadási hőmérséklet) termikus ingadozások atomok annyira intenzív, hogy van egy megsemmisítése a kristály.

Szomszédos atomok a kristály változik nem szigorúan összehangolt, így még viszonylag alacsony hőmérsékleten, akkor lehet, hogy ezek közül bármelyik véletlenül a „szomszédok” elég energiát, hogy megtörje az atomi kötések és kialakulhatna egy hiba. Más szóval, a kristálytiszta időről időre, az energia (hő) fluktuációk kialakításához elegendő foci elemi zavar - megüresedett és közbeiktatott.

Tekintsük a következő termodinamikai probléma. Tegyük fel, hogy egy fém kristály tartalmaz N csomópontok 0, az összes csomópont foglalt atom. Atom hagyta egység és a képződött hő helyzetben, meg kell kapnia a szomszédok ingadozás néhány további kinetikai

E energiát v f. amelyet nevezhetünk üresedés kialakulását energia

ezek. Elveinek megfelelően a Boltzmann statisztika a valószínűsége energia (hő) ingadozása nagyságának θ értéke exp (-θ / kT). Következésképpen a termék

n v = N 0 exp (- E v F / kT)

meghatározzuk az abszolút hőmérséklet T a atomok száma N v energiával E v F. azaz legvalószínűbb egy adott hőmérsékleten

Az üres üzlethelyiségek száma. Ezután a relatív koncentrációja a termikus megüresedett egyenlő lesz

c v = n v / N 0 = exp (- E v F / kT).