Дефекти кристалічної будови металів

Атомно-кристалічна структура металів

Під атомно-кристалічною структурою розуміють взаємне розміщення атомів у кристалі. Кристал складається з атомів (іонів), розміщених у певному порядку, який періодично повторюється у трьох вимірах. Кристалічна гратка (рис.1.2) представляє собою уявну просторову сітку, у вузлах якої розташовуються атоми (іони), що утворюють тверде кристалічне тіло (в даному випадку - метал). Найменший об’єм кристала, що дає уявлення про атомну структуру металу у всьому об'ємі, називається елементарним кристалічним осередком (коміркою). Кристалічні просторові гратки, виходячи зі співвідношення між осьовими одиницями та кутами, поділяють на сім систем - сингоній: триклинна, моноклинна, ромбічна, гексагональна, ромбоедрична, тетрагональна, кубічна. Кристалічні гратки, в яких на долю однієї елементарної комірки припадає один атом, називають простими. Гратки, в яких на долю однієї елементарної комірки припадає декілька атомів, називають складними.

Переважне число технічно важливих металів утворюють одну з таких симетричних складних граток із щільним упаковуванням атомів: кубічну об’ємноцентровану (ОЦК), кубічну гранецентровану (ГЦК) і гексагональну.

Дефекти кристалічної будови металів

У будь-якому реальному кристалі завжди є різноманітні дефекти – зони кристалу, в яких порушено правильне розташування атомів. За геометричними ознаками дефекти кристалічної будови розділяють на точкові (нульмірні), лінійні (одномірні) і поверхневі (двомірні).

Точкові дефекти малі у всіх трьох вимірах, і розміри їх не перевищують декількох атомних діаметрів. До точкових дефектів відносяться вакансії та міжвузлові атоми. Вакансії (дефекти Шотткі) - це вузли гратки, у яких атоми відсутні Вакансії найчастіше утворюються в результаті переходу атома з вузла гратки на поверхню, їхнього випаровування з поверхні кристала чи переходу в міжвузловий простір. У кристалі завжди є атоми, кінетична енергія яких значно перевищує середню, властиву заданій температурі нагрівання. Такі атоми, особливо розташовані поблизу поверхні, можуть вийти на поверхню кристала, а їхнє місце займуть атоми, що знаходяться далі від поверхні. Тоді вузли, які належали їм, виявляться вільними, тобто виникнуть теплові вакансії. Міжвузлові атоми (дефекти Френкеля) утворюються в результаті переходу атома з вузла гратки в міжвузловий простір (рис.1.7, б). На його місці виникає вакансія (на рисунку не зображена). Перехід атомів у міжвузлове положення викликає опромінення нейтронами, при цьому значно менший вплив мають теплові коливання атомів. Однак через те, що в гратках, характерних металам, енергія утворення міжвузлових атомів у декілька разів перевищує енергію теплових вакансій, то основними точковими дефектами є теплові вакансії.

Атоми домішок є навіть у найчистішому металі. Вони або заміщають атоми основного металу у вузлах кристалічної ґратки або розташовуються між вузлами Лінійні дефекти мають малі розміри в двох вимірах і велику протяжність у третьому. Ними можуть бути декілька вакансій чи міжвузлових атомів. Найважливішим видом лінійних недосконалостей є крайові та гвинтові дислокації (dislосаtіоп з латинської – „розміщення”).

Поверхневі дефекти представляють собою поверхні розділу між окремими зернами в полікристалічному металі. Вони малі в одному вимірі і значно більші в двох інших. До цих дефектів належать границі зерен, границі фрагментів і блоків.

Локальні нагромадження точкових дефектів (вакансій), а також газові порожнини, мікротріщини й неметалеві включення в металі називають об'ємними дефектами.

Поиск по сайту: