лекции кристаллография. Кристаллография наука, изучающая процессы образования, формы, структуру и физикохимические свойства кристаллов
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
Примесные атомы
  Замещает атом основного вида, если размер примесного атома лишь не более, чем на 15% превышает размер атомов кристаллической решетки. Si и Ge могут замещать атомы друг друга в узлах.
  Он стремится занять положение пустот в кристаллической решетке. Атомы большего размера будут стремится занять октоэдрическую пустоту (0,41 от размера основного атома), меньшего —тетраэдрическую пустоту (0,225 от размера основного атома). Комплексы точечных дефектов При взаимодействии между собой точечные дефекты одного или разных видов могут объединяться, образуя комплекс (например, при столкновении двух вакансий образуется дивакансия, она устойчива, ее размеры малы, меньше параметра решетки)    Е2Vf < 2ЕVf Простое объединение трех вакансий — неустойчивый дефект (например, в ГЦК). В ГЦК энергетически выгоднее объединиться четырем вакансиям, так как в ГЦК есть 2 вида пустот (окто- и тетра-). Лекция 17 Комплекс из четырех вакансий более устойчив, чем из трех.        Комплекс из четырех вакансий. Такой комплекс рассматривается как практически неподвижный. Комплекс с числом вакансий >4 называется кластером. Образование кластеров приводит к образованию пор и трещин. С энергетической точки зрения наиболее выгодно существование дивакансий. Энергия образования кластера (или 4 вакансий) меньше энергии образования 1 вакансии, но больше энергии дивакансий, следовательно, выгодны дивакансии. Не смотря на это в кристаллах 90% моновакансий. При низких температурах существуют чистые вакансии, при повышении температуры возникают ассоциации (ди). Вакансии способны к перемещению в кристалле, дивакансии более подвижны, чем моновакансии. Рассмотрим плоскость плотнейшей упаковки (100).    Чтобы раздвинуть два атома и   занять вакансию надо максимумэнергии вакансия е 1 2  сли (13)=> образование вакансии (1,4) е 4 сли (2) => образование вакансии (1,2) И з этого следует, что происходит движение дивакансий.Дефект Френкеля (сложный). Т 2 очечные дефекты – совокупность вакансий и межузельного дефекта. В   ГЦК:В  акансия 1 + межузельный атом 21 Образуется дефект при облучении частицами высокой энергии; происходит выбивание атома, и он занимает межузельную позицию. Механизм Шотке или образование тепловых вакансий (при нагревании).         Происходит растворение кристалла вглубь (растворяется в пустоту). При нагревании атомы колеблются и уходят с поверхности кристалла в адсорбционный слой.Источниками этих тепловых вакансий являются объемные разрушения в кристалле (трещены, пустоты, поверхностные границы). Аннилигация – точечные дефекты взаимодействуют между собой и уничтожают друг друга. Термодинамика точечных дефектов. Вакансии и внедренные атомы (межузелья) присутствуют во всех кристаллах. N – число узлов в решетки; n – число вакансий; Ev – энергия образования одной вакансии. Образование точечного дефекта влечет повышение энергии кристалла. F = U – TS S = KlnW, где W - число микросостояний, соответствующее данному макросостоянию. Число образующихся конфигураций определяется: (N +n)!/n!N! И  зменение свободной энергии зависит от энергии одной вакансии и числа вакансий: E= U – T S.Изменение энтропии определяется числом возможных конфигураций: S=Kln(N+n)!/N!n! Если N>>n, то равновесная концентрация вакансий n/N=exp(-Ev/kT), т. е. имеем уравнение Больцмона. Все, описанное выше относится и к межузельным вакансиям. Число вакансий зависит от температуры. Для Cu: Ev=1,1 эВ. При Т=300К, n/N=10-10 При повышении температуры равновесная концентрация увеличивается. При Т=700К, n/N=10-8 При Т=1350К, n/N=10-4 Из приведенных значений следует, что равновесная концентрация зависит от температуры. Межузельные атомы могут перемещаться по кристаллу двумя путями:
1     1   2 1,2  A B 3 A B 4   смещение 2 (100) – NaCl    Линейные дефекты. Дислокация – это линейное несовершенство, образующее внутри кристалла границу зоны сдвига или, это нарушение правильности структуры вдоль некоторой линии, которая не может оборваться внутри кристалла. В 1934 году Полями и Тейлор ввели понятие дислокации и объяснили механизм смещения. Виды дислокаций.
        Верхняя часть кристалла сдвинулась относительно нижней на одно межатомное расстояние. Разрезаем кристалл параллельно плоскости чертежа и рассматриваем ПК и плоскость (100).       Область сжатия nплоскость растяжения  А Dплоскость растяжения Следовательно, дислокация – линейный дефект. Область искажения кристаллической решетки вблизи экстраплоскости – ядро дислокации. AD – ось дислокации. Экстраплоскость действует как клин, изгибая кристаллическую решетку. - положительная краевая дислокация – положение центра ядра;
Р  азличие между и чисто условное.
  Делаем надрез и сместим правую часть о А тносительно левой на одно межатом- н  С D ое расстояние. Получим:      В   А   B   C - ось винтовой дислокации.Величина смещения уменьшается от А к В.  С   D Существуют правовинтовые и левовинтовые дислокации. Отличие винтовых от краевых дислокаций: Краевая дислокация в определении кристаллографической плоскости может быть образована сдвигом только по этой плоскости. Винтовая дислокация может образовываться при сдвиге по любой кристаллографической плоскости, содержащую линию дислокации. Винтовая дислокация не определяет однозначно плоскость сдвига.
Понятие о векторе Бюргерса. Вектор Бюргерса – мера искажения кристаллической решетки, обусловленная присутствием дислокации. Вектор Бюргерса – количественная и качественная характиристика дислокаций. Вектор Бюргерса определяет энергию дислокации, действующие на дислокацию силы, величину связанного с дислокацией сдвига. _ Вектор Бюргерса = b (b) Величина вектора Бюргерса пропорциональна параметру решетки (Вектор Бюргерса а). Контур Бюргерса строят путем последовательного обхода в реальном кристалле и сравнивая его с идеальным кристаллом. 2 3       1 4    n шагов в идеальной решетке. Мера невязки - вектор Бюргерса. В случае 1. вектор Бюргерса перпендикулярен оси дислокации, т. е. АВ. В случае 2. вектор Бюргерса параллелен ВС. В случае 3 вектор Бюргерса под углом линий дислокации. Величина вектор Бюргерса не зависит от того близко или далеко он построен от дислокации. Вектор Бюргерса – инвариант системы – постоянен. Особенности вектор Бюргерса: |