Shmakov основи на Metal 2018

Глава 3 и кристална структура дефекти

Реал кристал се различава от идеалната присъствието на всички видове несъвършенства - несъвършенства. По принцип, дефектът е всяко нарушение на реда на подреждане на атомите в кристалната решетка. Дефекти не само да повлияят на свойствата на материалите, но често определят тези свойства в определени среди. Чрез геометричните характеристики на кристалната структура дефекти са класифицирани в точка (нула двумерен), линеен (едномерен), повърхността (двумерен) и мерителна (триизмерна). Точка дефекти - това са нарушения на атомната структура на размерите кристални са в трите измерения сравними с размера на атом. Точка дефекти са места, интерстициални атома, примесни атоми и техните комплекси. Линейни дефекти са малки (има атомни размери) в две измерения, но тяхната степен в третото измерение може да бъде до размера на кристала. За линейни дефекти са дълги вериги от точкови дефекти и размествания. Повърхностни дефекти са малки в само едно измерение. Един пример на повърхностни дефекти могат да служат като външната повърхност на кристала, и границите на зърното в поликристални материали. По обем дефекти, имащи значителна степен във всичките три измерения, включва макроскопски чужди включвания, пукнатини и пори.

§ 3.1. точкови дефекти

Точка дефекти (фиг. 3.1) се разделя на неговите собствени (структурен) и примес. Вътрешни дефекти са междинните атоми и предложенията и примес - външни атоми на химични елементи (примеси), които са винаги присъства дори в чист метал. Примесите могат да действат като метали, така и неметали. Свободни места, наречени "празни" (т.е., незаети атома) решетъчни сайтове, интерстициални атома - Персонализирани атоми, които са разположени извън възли решетка.

Онечиствания атоми могат да заемат решетка точки (заместителите основни сортове) или да бъдат разположени в междините (кухини) на кристала. В първия случай говорим за заместители примеси. във втория - за въвеждане на примеси.

Фиг. 3.1. Двуизмерен модел на кристал с точкови дефекти:

1 - вакантно; 2 - интерстициален атом; 3 и 4 - заместители примеси атома; 5 - въвеждане на примес атом

В решетка ск, FCC и HCP два вида пролуки:

осмостенна и тетраедални. В решетъчни кухини FCC са най-големи в центъра на куба и в средата от нейните краища (фиг. 3.2). Всяка от тези кухини заобиколен от шест атома, които са октаедър (обаче тези кухини се наричат ​​осмостенно). Малки кухини са показани на Фиг. 3.2б. Те се наричат ​​тетраедър, тъй като те са заобиколени от четири атома, които образуват тетраедър. Във всяка от осмостенно кухини може да се впише радиус сфера 0,41 R А. и всеки от четиристенен празнината - радиусът сфера 0225 R А. където R А - метал атомен радиус. Кухини в Ск решетка показано на фиг. 3.3. При този вид тетраедални решетъчни големи осмостенна кухини. Радиусите на четиристенните и осмостенно кухини тук съответно съдържа 0291 R А и R 0154 А. отпада в идеално решетка графичния процесор е показано на фиг. 3.4. Размерите на осмостенно и четиристенните кухините в мрежата, равен на размера на подобни кухини в FCC решетка. Това показва, определен афинитет atomnokristallicheskih FCC и HCP структури.

Фиг. 3.2. FCC решетка: отворени кръгове означават центъра на - осмостенна; б - четиристенните кухини

Фиг. 3.3. Решетки Ск: отворени кръгове означават центъра на - осмостенна; б - четиристенните кухини

Фиг. 3.4. GPU решетка: отворени кръгове означават центъра на - осмостенна; б - четиристенните кухини

Point дефекти нарушат (наруши) кристалната решетка. Това е отразено във факта, че атома, разположени в близост дефекта, се изместват от позициите са проведени преди възникването му. Пренареждане на атомите около дефекта - атомен релаксация - се извършва по такъв начин, че да се намали вътрешната енергия на кристала. Забележими премествания обикновено се появяват в първите три атомни слоеве около дефект, който е в центъра на изкривяване. С други думи, значително се отпуснат само три атома на първите координационни сфери. Атомите на близкия слой (т.е. първия координация областта) са изместени към работата и в посока от междинните атоми (вж. Фиг. 3.1). Така нарушенията, въведени от междинните атоми, значително по-изкривяване, въведена от тази работа, но на тях се падат не повече от 10% от interatomic разстояния. На разстояние от изкривяването на решетъчни дефекти намалява монотонно. Например, атомите на втората координация сфера ход не е за работа, и от него. Силно нарушена област на решетката около дефекта, който се простира в продължение на няколко атомни слоеве (фокусни области), наречена ядро ​​дефект. Тъй като свободното място се стреми да "дръпне" решетката, се вижда в кристала като център за цялостна (хидростатично) разтягане. С други думи, на свободно работно място в кристала - точковия източник на напрежение на опън. В този смисъл, интерстициална атом е в центъра на хидростатично компресия.

Предложенията и междинните атоми евентуално образуват едновременно и в равни количества. Има два основни механизми на образуване на подходящи дефекти точка - механика

Низина Френкел и механизъм Шотки. В първия случай (Frenkel механизъм) се приема, че атома, оставяйки възел отива междина, при което се образува двойка дефекти - (. Фигура 3.5) места и междинните атоми. Чифт дефекти, загубили връзка "половинка" (т.е., престава да "чувстват" помежду си в решетката), наречена Френкел двойка. Френкел механизъм изисква значителни разходи за енергия. Това струва, на първо място, да се прекъсне връзките с "стари съседи" атом в решетката и второ, за отблъскването на неговите "нови съседи", т.е. на изкривяване на решетка.

Frenkel механизъм доминира, особено ако металът е подложен на мощен радиация. В този случай, неутрони или други високо енергийни частици са просто нокаут атоми от единиците, в резултат на чифт и формира Frenkel - места и междинните атоми в равни количества.

Фиг. 3.5. Схема на образуване на точкови дефекти:

1 - Frenkel; 2 - Шотки

Вторият механизъм (механизъм Шотки) изисква значително по-малко разход на енергия. Същността на механизма е, както следва. Броят на атомни връзки на атом на повърхността на кристала е по-малка от тази на атом в обем. Строго погледнато, повърхността на самата кристал е двумерен дефект. Следователно, "повърхност" атом лесно да "избяга" от техните "стари съседи" и след това или се изпари в пространство, или да образуват нови връзки, като отворите адсорбционната слой (вж. Фиг. 3.5). Създадена на отворено положение на повърхността, обмен на места с прилежащи атома може предварително в кристала. Така Crystal разтваря като нищожно. В допълнение към външната повърхност на позицията на кристал Шотки източник може да бъде прекъсване в кристала (например пукнатини или пори, които могат да се разглеждат като големи концентрации на места). Основната разлика от Frenkel механизъм Шотки механизъм е образуването на само един така наречените топлинни места без образуване на междинните атоми.

За да се разбере причината за образуване на подходящи дефекти точка, е необходимо да се има предвид, че идеалният ред в кристала е възможно само при абсолютна нула (т.е., при температура от 0 К), когато "замразени" всеки термичен движение на атомите. С повишаване на температурата атомите започват да термичните вибрациите на кристалната решетка в близост до възли. Тези колебания, по-специално разпръсна проводникова електрони, като по този начин увеличаване на електрическото съпротивление (намалено електрически проводимост) метали. В случай ограничаване (близо до температурата на топене) флуктуация атома станали толкова интензивна, че има унищожаване на кристала.

Съседните атоми в кристала не се различава строго координирани, така че дори и при относително ниска температура, може да се окаже, че някоя от тях случайно се кача на "съседи" достатъчно енергия, за да разкъсат атомните облигации и образуването на дефект. С други думи, в кристала от време на време, колебания на енергия (топлина) достатъчно, за да образуват огнища елементарен разстройство - места и заставки.

Да разгледаме следния термодинамична проблема. Да приемем, че метална кристал съдържа N възли 0, всички възли са заети атома. За атом лявата единица и формира топлинна позиция, той трябва да получи от съседите колебание от допълнителна кинетична

енергия Е V е. която може да бъде наречена формация вакантно енергия

тези. Съгласно принципите на статистиката Boltzmann вероятността за енергия (топлина) колебанията в размера на θ равнява ехр (-θ / КТ). Следователно продуктът

п о = N 0 ехр (- Е V е / КТ)

определи абсолютната температура Т за броя на атомите н о с енергия Е V е. т.е. Най-вероятното за дадена температура

броят на свободните единици. След относителната концентрация на термични места ще бъде равна

в V = п V / N 0 = ехр (- Е V е / КТ).