объемные дефекты. Объемные дефекты. Объемные дефекты Объёмные (трёхмерные дефекты)
 Скачать 223.33 Kb.
|
|
Объемные дефекты Объёмные (трёхмерные дефекты) имеют в трех измерениях сравнительно большие размеры, несопоставимые с величинами атомных диаметров. К ним относятся микропустоты, включения другой фазы, поры, трещины. Такие дефекты обычно возникают при быстром росте кристаллов из раствора или расплава, содержащего большое количество примесей. Они могут также образовываться путём кооперирования дефектов меньшей размерности, например, дислокаций, или агрегации примесных атомов. Наиболее распространенным видом объемных дефектов являются нарушения сплошности материала, существующие в виде пор и трещин. Нарушением сплошности называется дефект (полость) в кристалле, наименьший размер r которого превышает радиус действия межатомных сил сцепления. Фактически это означает, что размер r превосходит 2–3 межатомных расстояния, и противоположные участки полости можно рассматривать в качестве свободных поверхностей. По происхождению полости подразделяют на структурные и технологические. К структурным относят такие, которые возникают в результате эволюционного развития других дефектов, уже существующих в решетке – точечных или линейных. Указанное развитие дефектной структуры может происходить вследствие внешнего воздействия (например, механического, теплового) или же из-за внутренних возмущений решетки (полиморфные реакции, фазовые превращения). Технологическими считаются несплошности, появление которых целиком обусловлено особенностями осуществления технологических операций – например, прессованием порошковых материалов, кристаллизацией. В  ненагруженном кристалле различают два типа нарушений сплошности – трещины и поры. Их можно классифицировать следующими способами. 1) По геометрическому признаку (рис. 14). Размеры поры во всех направлениях примерно одинаковы, то есть выполняется соотношение r1 ≈ r2. Размеры трещины существенно отличаются в разных направлениях, r1 >> r2. 2) По энергетическому (силовому) признаку. Особенность трещин состоит в том, что они обладают собственным полем напряжений. Вокруг поры кристалл свободен от напряжений. 3) По эволюционному признаку. Обе разновидности полостей можно рассматривать как результат постепенного преобразования (эволюции) дефектов более низкого ранга – точечных или линейных. Тогда допустимо считать, что пора формируется за счет трансформации в ансамбли конденсированных вакансий, а трещина – вследствие последовательного преобразования дислокационных скоплений. Понятие объемного дефекта является менее определенным, чем понятие других видов дефектов. Точечные, линейные и поверхностные дефекты считаются микроскопическими, так как по крайней мере в одном направлении их протяженность измеряется лишь несколькими атомными диаметрами. Условная градация объемных дефектов основана на их размерном соотношении и существующих способах обнаружения. 1) Макроскопические несплошности – это трехмерные полости размером примерно в 1 мм и более, которые могут быть обнаружены методами макроскопического наблюдения (визуально, с помощью рентгеновской или магнитной дефектоскопии). 2) Микроскопические несплошности – это полости меньшего размера (несколько микрометров), они наблюдаются на шлифах с помощью метода световой микроскопии (увеличение 100–1000 раз). 3) Субмикронесплошности – отличаются очень малыми размерами (измеряются в нанометрах). Из-за малых размеров такие дефекты очень сложно наблюдать непосредственно, и об их присутствии часто судят косвенным образом – на основе измерения какой-либо чувствительной физической характеристики, например, плотности. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВО КРИСТАЛЛОВ Изучением структуры и физических свойств твердых тел занимается физика твердого тела. Она устанавливает зависимость физических свойств от атомной структуры вещества, разрабатывает методы получения и исследования новых кристаллических материалов, обладающих заданными Физические свойства кристаллов определяются: 1) природой химических элементов, входящих в состав кристаллов; 2) типом химической связи; 3) геометрическим характером структуры, т. е. взаимным расположением атомов в кристаллической структуре; 4) несовершенством структуры, т. е. наличием дефектов. С другой стороны, именно по физическим свойствам кристаллов мы обычно судим о типе химической связи. О прочности кристаллов проще всего можно судить по их механическим и термическим свойствам. Чем прочнее кристалл, тем больше его твердость и тем выше его температура плавления. Если изучать изменение твердости с изменением состава в ряду однотипных веществ и сопоставлять полученные данные с соответствующими значениями для температур плавления, то можно заметить «параллелизм» в изменении этих свойств. Самая характерной особенностью физических свойств кристаллов является их симметрия и анизотропия. Анизотропная среда характеризуется зависимостью измеряемого свойства от направления измерения. Анизотропия - зависимость физических свойств вещества (механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических) от направления. Примеры: пластинка слюды легко расщепляется на тонкие листочки только вдоль определённой плоскости (параллельно этой плоскости силы сцепления между частицами слюды наименьшие); мясо легче режется вдоль волокон, хлопчатобумажная ткань легко разрывается вдоль нитки (в этих направлениях прочность ткани наименьшая). Несомненно, каждый реальный кристалл обладает всеми перечисленными и его свойства в связи с этим должны существенно отличаться от свойств идеализированных кристаллов. Дефекты структуры действительно оказывают сильное влияние на многие свойства кристаллов. К ним относятся твердость, электропроводность. Эти свойства получили названия структурно чувствительных. Однако часто оказывается, что ответственным за какое — либо определенное свойство реального кристалла является один тип дефектов. Это может быть обусловлено тем, что какой — либо дефект присутствует в гораздо большей концентрации чем прочие, либо же тем что на данное свойство прочие дефекты влияют в значительно меньшей степени. Одним из типов дефектов, являются точечные дефекты, при которых недостает одного атома в узле кристаллической решетки обычно занимает таким атомом окружающие атомы медленно перемещаются в направлении к этому незанятному узлу. Вакансии образуются в результате термического возбуждения, при этом число вакансий на единицу объема в металл приблизительно равно числу атомов на единицу объема пара находящимся в равновесии с данным кристаллом. В больших количествах вакансии могут возникать под действием рентгеновских лучей. Вследствие нарушения равновесных условий роста и захвата примесей при кристаллизации, а также под влиянием различного рода внешнего воздействия идеальная трехмерно — периодическая атомная структура. Точечные дефекты являются причиной возникновения центр окрашивания кристаллов, например, мелкокристаллические порошки хлорид натрия при нагревании в парах натрия приобретают зеленовато — желтую окраску. Избыточные ионы натрия остаются на поверхности, электроны диффундируют в объемах кристалла ионы хлора диффундируют к поверхности, оставляя равное количество анионных вакансий, обладающих эффективным положительным зарядом. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проанализированная литература позволяет сделать вывод, что метод избирательного травления является наиболее доступным, то есть для проведения эксперимента не требуется сложное оборудование и уже после травления можно определить симметрию и дефектность кристалла. Рассмотрение реальной структуры кристаллов (то есть кристаллов с дефектами) позволяет сделать следующие выводы: Любой кристалл в реальных условиях не является идеальным, а содержит определенное число дефектов. Наличие различных дефектов в реальной структуре любого кристалла зависит от его идеальной структуры (собственных свойств вещества), условий получения, а также условий и времени хранения. Механические, электрофизические, оптические и физические свойства твердофазных материалов в значительной степени, а часто решающим образом, зависят от концентрации различного типа дефектов. Нарастание концентрации дефектов в кристаллах обуславливает их переход к неупорядоченным средам, в частности, к плавлению. |