Введение. Совершенным (или идеальным) называется такой кристалл, каждый атом которого имеет строго определенное и идентичное окружение соседних атомов

Совершенным (или идеальным) называется такой кристалл, каждый атом которого имеет строго определенное и идентичное окружение соседних атомов. При смещении совершенного кристалла на величину трансляционного вектора он совмещается сам с собой, т.е. в результате единичного сдвига полностью восстанавливается исходная кристаллическая решетка. Кристалл, часть атомов которого не имеет идентичное окружение соседних атомов, является несовершенным.

Области нарушения правильного, идеального строения кристаллической решетки называются дефектами или несовершенствами. Под дефектами кристаллического строения следует понимать нарушения в периодичности расположения атомов в пространстве, в результате которых отдельные теряют одинаковое окружение. Отклонения атомов от равновесных положений вследствие тепловых колебаний или упругих смещений к числу дефектов кристаллической решетки не относятся.

Дефекты кристаллического строения принято разделять по геометрическому признаку или по размерности на следующие типы:

точечные (нольмерные) дефекты малы во всех измерениях, их размеры по всем направлениям не превышают несколько атомных диаметров: к ним относятся вакансии, межузельные атомы, примесные атомы внедрения и замещения, а также их комплексы;

линейные (одномерные) дефекты в двух измерениях имеют малые размеры, а в третьем - значительную величину, соизмеримую с длиной кристалла: к ним относятся дислокации, цепочки вакансий и межузельных атомов;

поверхностные (двумерные) дефекты малы только в одном измерении: ими являются границы зерен, субзерен и двойников, дефекты упаковки, границы доменов, поверхность раздела фаз;

объемные (трехмерные) не малы во всех трех измерениях: это скопление точечных дефектов типа пор, объединения внедренных атомов, приводящие к появлению зародыша новой фазы или дисперсных выделений.

Точечные, линейные и поверхностные дефекты считаются микроскопическими, так как, по крайней мере, в одном направлении, их протяженность соизмерима с атомными размерами. В противоположность этим дефектам объемные несовершенства могут быть отнесены к типу макроскопических, так как имеют во всех трех измерениях сравнительно большие размеры, и в определенных случаях эти дефекты можно наблюдать невооруженным глазом. К объемным дефектам относятся поры, трещины и царапины. Когда говорят о несовершенствах кристаллического строения, то чаще всего имеют в виду микроскопические дефекты.

Рис. 1.1 Схематическое изображение структуры поликристаллического металлического сплава на примере стальной заклепки: а - металлографический шлиф заклепки; на площади в 1 мм² находятся несколько сотен зерен; б - структура металла (1, 2 - примесные (чужеродные) атомы замещения и внедрения соответственно; 3 - краевая дислокация; 4 - некогерентные выделения; 5 - когерентные выделения; 6 - тугоплавкие примесные включения; 7 - линии скольжения; 8 - выделения по границам зерна; 9 - элементарная ячейка α-железа; 10 - винтовая дислокация; 11- пленочные выделения по границам зерен; 12 - вакансия; D - диаметр зерна,
например, 50 мкм ≈50 000 нм ≈500 000 Å;

На рис. 1.1 схематически представлена структура поликристаллического металлического сплава на примере стальной заклепки с различными несовершенствами периодического строения кристалла. На схеме, для наглядности решетка изображена со значительно большими размерами по сравнению с размерами зерна; в действительности период решетки составляет около 0,00001 диаметра зерна.

Все реальные кристаллы содержат разнообразные несовершенства. Многие из них, такие, как атомы примеси, дислокации, границы зерен и т.д. возникают в процессе получения, а также при термической и механической обработке кристалла.

Класс свойств вещества, нечувствительных или малочувствительных к дефектам структуры, называют структурно нечувствительными. Другие важные свойства, например, такие, как тепло и электропроводность, твердость, прочность, пластичность, магнетизм являются структурно чувствительными. Часто эта зависимость свойств от дефектов велика настолько, что становится определяющей. В итоге окончательное качество изделия определяется не столько его исходной структурой, сколько типом и числом дефектов, созданным в изделии при технологическом процессе.