Дефекты строения реальных кристаллов.

Решетки реальных (существующих в природе) кристаллов имеют дефекты, т.е. отклонения от правильного периодического расположения атомов. Это:

1) точечные дефекты (рис. 1.3):

Рис. 1.3. Схема точечных дефектов в кристалле:

1 - примесный атом замещения; 2 - дефект Шоттки; 3 - примесный атом внедрения; 4 – дивакансия (двойная вакансия); 5 - дефект Френкеля (вакансия и межузельный атом);6 - примесный атом замещения.

2) Линейные дефекты - в кристаллах характеризуются тем, что их поперечные раз меры не превышают нескольких межатомных расстояний, а длина может достигать размера кристалла. Делятся на:

а) Краевая дислокация - представляет собой границу неполной атомной плоскости (экстраплоскости) (Рис.1.4)

 

 

Рис.1.4 Краевая дислокация в кристаллической решетке

б) Винтовая дислокация - можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой (рис.1.5) (закручивание кристалла по спирали).

Рис.1.5 Винтовая дислокация в кристаллической решетке

Дислокации не могут обрываться внутри кристалла - они должны быть либо замкнутыми, либо выходить на поверхность кристалла. Плотность дислокаций, т.е. длина линий дислокаций, пересекающих внутри металла площадку в 1 см³, составляет 10³-10⁴ (см/см³=1/см²=см^-2 – размерность плотности дислокаций) в наиболее совершенных монокристаллах и до 10¹² в сильно деформированных металлах.

Под действием внешних напряжений дислокации двигаются (скользят), что определяет дислокационный механизм пластической деформации. Перемещение дислокации в плоскости скольжения сопровождается разрывом и образованием вновь межатомных связей только у линии дислокации (рис. 1.6), поэтому пластическая деформация может протекать при малых внешних напряжениях, гораздо меньших тех, которые необходимы для пластической деформации.

Рис. 1.6. Схема сдвиговой деформации, осуществляемой скольжением краевой дислокации.

3) Поверхностные (двумерные) дефекты - нарушения в кристаллической решетке, которые обладают большой протяженностью в двух измерениях и протяженностью лишь в нескольких межатомных расстояниях в третьем измерении. Эти нарушения наблюдаются на поверхности раздела зерен и на внешней поверхности кристалла. К поверхностным дефектам относятся двойники (симметрично переориентированные области кристаллической решетки)и дефекты упаковки (локальные изменения плотно упакованных плоскостей в кристалле).

4) Объемные дефекты – поры, макротрещины и другие несплошности металла.

Исследования строения металлов показали, что зерна в поликристаллах не являются монолитными, совершенными монокристаллами, а состоят из отдельных, так называемых субзерен (блоков), повернутых одно относительно другого на малый угол. Границы субзерен и зерен в металлах принято разделять на малоугловые (угол разориентировки менее 5°) и большеугловые (более 5°). Малоугловые границы наблюдаются, как правило, между субзернами и имеют дислокационное строение.