ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дефекты в твердых телах из "Краткий курс физической химии" Твердое состояние в отличие от других агрегатных состояний не является равновесным. Из-за медленного протекания атомно-молекулярных процессов в твердом теле сохраняются фазы, возникшие лри его образовании, и дефекты, которые называются наследственными. К ним принадлежат прежде всего границы зерен. При кристаллизации металлов рост отдельных кристаллов происходит вокруг определенных центров — зародышей. При росте таких зародышей они сталкиваются друг с другом и образуют границы зерен. На таких границах должны быть как-то согласованы различные направления кристаллизации. Границы зерен имеют поэтому менее упорядоченное строение и более аморфны, чем середина зер-на. Они поэтому лучше растворяют примеси. [c.192] Кроме того, при кристаллизации все малорастворимые в твердом металле примеси выделяются по границам зерен. [c.192] Существует много моделей граииц зерен. Малоугловые границы описываются на основа теории дислокаций. [c.192] Существуют кристаллические модели, основанные на представлениях о том, что разнооряентированные соприкасающиеся кристаллы могут иметь при некоторых углах разориентации общие узлы. Зерно не является монокристаллом, оно состоит из кристаллических блоков. Углы разориентировки этих блоков малы. [c.192] Ярким примером равновесных дефектов являются вакансии. Очевидно, что неполное заполнение узлов приводит к повышению энергии системы. При температуре, отличной от абсолютного нуля, вакансии все же образуются, так как их появление приводит к повышению энтропии. Действительно, вакансии огут быть различными способами распределены по обт.ему кристаллической решетки. [c.192] Концентрацию вакансий можно определять экспериментально различными способами. Наиболее распространенный метод заключается в измерении электросопротивления металла в зависимости от температуры. Вакансии рассеивают электроны и вносят свой вклад в электросопротивление. Его можно выделить экспериментально, так как его зависимость от обратной абсолютной температуры (1/ ) является экспоиенциальной. По этому вкладу можно определить величину Но вакансий. От концентрации вакансий зависит также объем твердого тела. [c.193] Расчеты и опыт показывают, что наибольшая концентрация вакансий достигает ири температуре плавления сотых долей процента. Энергия образования вакансий, естественно, растет с увеличением энергии решетки. [c.193] В дальнейшем при рассмотрении теории полупроводников будет рассмотрена особая группа дефектов, связанных с отклонением от стехиомегрии в некоторых химических соединениях. Так, если нагреть Na l в атмосфере паров натрия, то в решетке соли появляются избы-, точные количества натрия. [c.194] Равновесные дефекты называют также тепловыми, а возникшие из-за предыстории тела — биографическими. [c.194] Особое значение для понимании самых разнообразных процессов и свойств твердых тел (пластическое течение, кристаллизация, диффузия, химические превращения и др.) имеют дислокации. [c.194] Оказывается, что силы взаимодействия между дислокациями обратно пропорциональны расстоянию. Ионы различного знака при образовании, например солей, стремятся построить кристаллическую решетку, поскольку это дает наибольшее превышение притяжения над отталкиванпем, т. е. наибольшую энергию связи. Подобно этому дислокации стремятся образовать свою решетку внутри металла. При этом они теряют подвижность и ползучесть тела резко уменьшается. С этим явлением связан наклеп при холодной обработке. Наблюдать дислокации можно раличными экспериментальными методами. Прежде всего складки, характеризующие выходы дислокаций на поверхность, подобно любым нарушениям на поверхности (из-за напряжений, уменьшения координационного числа, скопления чужеродных атомов и т.п.), легче травятся. Рисунки травления позволяют подсчитать число дислокаций, В хорошо отожженном теле это число близко к 10 , а может достигать 10 на 1 см. [c.197] что при этом контур не замкнулся. Для того чтобы его замкнуть, надо добавить изображенный на рис. IX.8 в виде стрелки вектор. Этот вектор носит название вектор Бюргерса . Из рис. 1Х.8 видно, что этот вектор совпадает с направлением сдвига и перпендикулярен к линии дислокации. [c.198] Краевая дислокация является некоторым элементарным типом дислокаций. Другим таким типом являются винтовые дислокации. Все другие дислокации могут быть разложены на краевые и винтовые. На рис. 1Х.9 изображена винтовая дислокация, которая также возникла в результате сдвига. Осуществляется сдвиг только некоторой передней части правой половины кристалла. Этот сдвиг привел к тому, что кристалл как бы состоит из одной атомной плоскости, закрученной наподобие винтовой лестницы. Граница сдвига определяется перпендикуляром к поверхности кристалла в точке А. Чтобы замкнуть контур, окружающт эту линию дислокации, необходим вектор Бюргерса, параллельный этой линии. [c.198] Вернуться к основной статье