Дефекты кристаллического строения.

Реальный ме­таллический кристалл всегда имеет большое количество дефектов кристаллического строения, которые нарушают периодичность расположения атомов в кристаллической решетке.

Дефекты оказывают значительное влияние на свойства металла. По геометрическим признакам они под­разделяются на точечные, линейные и поверхностные.

Точечные дефекты малы во всех трех измерениях. Их величина не превышает нескольких атомных диаметров.

К точечным дефектам относятся вакансии, представляю­щие собой узлы кристаллической решетки в которых от­сутствуют атомы (рис. 1.2,а), а также замещенные атомы примеси (рис. 1.2,6) и внедренные атомы (рис. 1.2,в), ко­торые могут быть как примесными, так и атомами основ­ного металла.

Точечные дефекты вызывают местные ис­кажения кристаллической решетки, которые затухают достаточно быстро по мере удаления от дефекта.

Точеч­ные дефекты появляются чаще всего вследствие тепло­вых колебаний атомов. Некоторые атомы, обладающие повышенной энергией, при этих колебаниях перемещают­ся из одного места в другое, создавая вакансии и внедрен­ные атомы. Поскольку амплитуда колебаний атомов силь­но увеличивается с повышением температуры, концент­рация точечных дефектов значительно повышается при нагреве, особенно вблизи температуры плавления.

Точеч­ные дефекты не являются неподвижными, они непрерыв­но перемещаются в кристаллической решетке.

 

Линейные дефекты имеют малые размеры в двух измере­ниях и большую протяженность в третьем.

Эти дефекты на­зывают дислокациями.

Краевая дислокация (рис. 1.3) пред­ставляет собой искажение кристаллической решетки, вы­званное наличием «лишней» атомной полуплоскости (экстраплоскости). Край экстраплоскости, перпендикуляр­ный направлению сдвига, и является краевой дислокацией. Линия дислокации перпендикулярна плоскости рисунка.

Кроме краевых встречаются винтовые дислокации, которые вызываются сдвигом на одно межатомное расстояние одной части кристаллической решетки относительно другой по какой-нибудь плоскости п под действием внешних касатель­ных сил Р (рис. 1.4). Вокруг линии АВ, которая является ли­нией дислокации, атомные плоскости закручены по винто­вой поверхности.

Длина дислокации достигает многих тысяч атомных диаметров, а ширина составляет несколько атомных ди­аметров. Под плотностью дислокаций понимают суммар­ную длину дислокаций, приходящуюся на единицу объе­ма кристалла. Поэтому размерность плотности дислока­ций — см².

Дислокации присутствуют в металлических кристаллах в очень большом количестве.

Так как атомы в зоне дислокаций смещены относи­тельно их равновесного состояния, кристаллическая ре­шетка в этой зоне упруго искажена.

Атомы, образующие дислокацию, стремятся переместиться в равновесное со­стояние. Поэтому дислокации обладают легкой подвиж­ностью и способностью к размножению. Образуются дис­локации в процессе кристаллизации металла, при пластической деформации, термической обработке и некото­рых других процессах.

Поверхностные дефекты малы только в одном изме­рении. Чаще всего это граница раздела двух различно ориентированных участков кристаллической решетки. На этой границе нарушается правильное расположение атомов. Помимо этого, на границах скапливаются линей­ные и точечные дефекты, концентрируются примеси. Граница представляет собой переходную зону шириной в несколько атомных расстояний.