Типы дефектов кристаллического строения и их основные свойства

Для классификации дефектов кристаллического строения удобно пользоваться отношением линейного размера дефекта L₁, L₂, L₃ вдоль осей координат к параметру решетки металла а₁, а₂, а₃ в тех же направлениях.

Точечные дефекты: L₁/а₁ ≈ L₂/а₂ ≈ L₃/а₃1. Для этих дефектов область искажений кристаллической решетки имеет размер порядка атомного. К этому типу дефектов относятся (рис. 3.4): вакансии – отсутствие какого-либо атома в узле решетки; внедренные атомы – атомы того же типа, что и в решетке, но расположенные между узлами решетки; два атома вблизи пустого места в узле решетк;, примесные атомы в положении замещения; примесные атомы в положении внедрения.

Рис. 3.4. Точечные дефекты: 1 – вакансия; 2 – внедренный атом; 3 – два атома вблизи вакансии; 4 – примесный атом замещения; 5 – примесный атом внедрения  

Линейные дефекты:L₁/а₁ ≈ L₂/а₂ ≈ 1; L₃/а₃ >>1. Такие дефекты называют дислокациями. Их влияние на свойства металла и механизм его деформации очень велико. На рис. 3.5 схематически изображена «дислокационная трубка», т. е. область диаметром 3÷4 а, где нарушен ближний порядок чередования атомов из-за искажений, вносимых дислокацией. Такие трубки в металле идут по всем направлениям, разветвляясь, сливаясь и образуя сложные переплетения. Обычно такую развитую дислокационную структуру характеризуют плотностью __, которая определяет количество дислокационных трубок, пересекающих единицу площади металла, ее размерность (м^-2). Плотность дислокаций ρ можно определить также как общую протяженность дислокационных трубок в единице объема (м/м³).

Рис. 3.5. Дислокационная трубка в кристалле

В хорошо отожженном металле плотность дислокаций может быть невысокой и достигать 10⁴ см/см³, т. е. в 1 см³ общая протяженность дислокационных трубок может составить 100 м.

Во время пластической деформации дислокации интенсивно размножаются и их плотность возрастает в миллионы раз, а в сильнодеформирусмом металле ρ может достигать 5·10¹¹ см/см³, что равняется нескольким расстояниям от Земли до Луны.

Плоские дефекты: L₁/а₁ ≈ L₂/а₂ ≈ 1; L₃/а₃ ≈ 1. Область нарушений ближнего порядка представляет собой плоскость. Среди плоских дефектов прежде всего необходимо назвать свободную (внешнюю) поверхность металла. Действительно, поверхностные атомы не имеют примерно половины ближайших соседей, а влияние состояния поверхности на свойства металла, как показывают исследования, очень велико.

К плоским дефектам относятся границы зерен и отдельных фаз в метал­ле, плоские трещины и плоские выделения примесных атомов или леги­рующих элементов.

Объемные дефекты: L_i/ а_i ≈ 1. К ним относятся поры, а также выделения второй фазы.

Дата добавления: 2015-09-05