ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дефекты в твердом теле и диффузионная подвижность из "Физическая химия" Твердое тело обычно не является равновесным. Вследствие медленного протекания процессов в нем сохраняются различные дефекты, неравновесные фазы и пр., возникающие при его производстве. [c.355] Твердые металлы состоят, как правило, из зерен. В процессе кристаллизации вокруг некоторых центров растут кристаллы. В месте встречи этих кристаллов, имеющих различную ориентацию, возникает граница зерен—некоторая область, в которой должен произойти переход от одной ориентации к другой. В зависимости от угла между направлениями ориентации кристаллов ширина границы может быть разная от единиц до десятков и сотен межатомных расстояний. [c.355] Структура вещества на границе зерен далека от его структуры в твердом кристаллическом состоянии. На границах зерен накапливаются примеси, находившиеся в расплаве и не растворимые в твердом теле. Однако и равновесная концентрация примесей на границе может быть значительно больше, чем внутри зерен. Естественно, что растворимость в аморфной среде больше, чем в кристаллической. [c.355] Зерно не является монокоисталлом оно мозаично и состоит из небольших (10 —Ю см) кристаллических блоков. Направления криста.ттлизации в соседних блоках очень близки, и поэтому границы между ними значительно менее ярко выражены, чем границы между зернами. [c.355] Рассмотренные выше вакансии и атомы в междоузлиях также являются дефектами, однако равновесными. При каждой температуре имеется определенная равновесная концентрация таких дефектов, хотя мгновенная концентрация может превышать равновесную. [c.355] Здесь ho — изменение энтальпии вследствие появления одной вакансии выражение под знаком логарифма определяет число способов размещения z вакансий в общей решетке, содержащей (z + Na) узлов. [c.356] Следовательно, z/(z- -Nа), где z/(z- -Na) — = Nb — молярная доля вакансий. [c.356] Следует, иметь ввиду, что если внешние условия (например, температура) меняются быстро, стоки и источники вакансии (внешняя поверхность, границы зерен, поры, дислокаций) не успевают восстановить их равновесную концентрацию, что существенно скажется на скорости диффузии. [c.357] Особую группу дефектных кристаллов составляют так называемые нестехиометрические соединения. Например, в решетке МаС1 может быть избыточный натрий. В этом случае ион избыточного натрия занимает свое место в решетке, а на месте иона С1 оказывается электрон (Т -центр). Нестехиометрические кристаллы могут быть получены за счет разницы в скоростях испарения компонентов растворов или в результате растворения одного из компонентов в соединении. [c.357] Иногда равновесные дефекты называются тепловыми, а возникшие в результате предыстории кристалла — биографическими. Особое значение для понимания механических свойств кристаллов, их реакционной способности и процессов кристаллизации имеет группа дефектов, объединяемая общим названием — дислокации. [c.357] В идеальном кристалле узлы образуют решетку, в которой элементарная ячейка строго повторяется со всеми своими размерами. В реальном кристалле возможны различные внутренние искривления и сдвиги, в результате которых под некоторыми узлами в месте, где должен быть другой узел, может оказаться область, соответствующая середине расстояния между узлами. [c.357] Впервые представления о дислокациях возникли в связи с необходимостью объяснить механизм пластического течения в твердых телах. В монокристалле такое течение может осуществляться в результате скольжения частей кристалла вдоль определенных атомных плоскостей. При этом нарушаются некоторые связи и должна быть затрачена известная энергия. На рис. Х1У.2 показан схематически сдвиг атомной плоскости на половину атомного расстояния. [c.357] Представим себе, что в нижней плоскости на таком же расстоянии оказывается меньше атомов (рис. XIV.3). Межатомные расстояния поэтому несколько больше нормального. Ряд атомов в нижней плоскости (считая слева) оказывается правее соответствующих верхних какой-то атом окажется под серединой атомного расстояния, а затем атомы начнут приближаться (уже слева) к своим верхним соседям. Шесть атомов внизу размещаются на таком же расстоянии, как семь наверху. Рассматриваемый дефект резко снижает усилие, необходимое для сдвига плоскостей. Действительно, при сдвиге нижней плоскости направо только первые три атома (считая слева) будут препятствовать скольжению (они притягиваются к соседям слева), а следующие три атома будут содействовать скольжению, так как притягиваются к атомам справа. [c.358] На рнс. Х1У.4 изображен реально существуюш,ий в твердых телах дефект — так называемая краевая дислокация. В верхнем ряду расположены семь атомов. Во втором ряду атомы начинают немного сдвигаться от краев ряда к середине, несколько уменьшая межатомные расстояния. Около середины атомы сближаются, и в четвертом ряду расстояние между сблизившимися атомами ул е столь мало, что среднему атому не находится места и в ряду оказывается не 7, а 6 атомов. Если это происходит вблизи поверхности кристалла, то лишние (седьмые) атомы нижних рядов могут оказаться за поверхностью, образуя ступеньку, которая видна на рис. XIV.4. [c.359] Эта складка не является сдвигом, который изображен на рис. XIV.5. При краевой дислокации осуществлен внутренний сдвиг. [c.359] Из рис. XIV.4 видно, что часть (а не весь) кристалла внизу сдвинута вправо относительно верхней части. Линия, перпендикулярная чертежу, изображается знаком и представляет собой границу этого сдвига. Эта же линия является дислокацией знак L находится в центре дислокации. [c.359] Как видно из рис. Х1У.4, дислокация может быть образована, если удалить из кристалла половину атомной плоскости и сомкнуть соседние плоскости вокруг образовавшегося дефекта. [c.359] Вокруг дислокаций имеют место упругие напряжения сверху — сжатие, а снизу — растяжение. В результате перемещения атомов дислокации могут сдвинуться. На рис. Х1У.6, а и б видно, что небольшие сдвиги атомов отвечают смещению дислокации вправо на одно атомное расстояние, что приводит к сдвигу одной части кристалла относительно другой. [c.359] Дислокации одного знака взаимно отталкиваются, а разного — притягиваются, так как в последнем случае рядом с растянутой областью, отвечающей одной дислокации, окажется сжатая, отвечающая другой. [c.361] Можно показать, что сила взаимодействия обратно пропорциональна расстоянию между дислокациями. Очевидно, что как ионы в твердом теле образуют решетку, отвечающую наибольшему превышению энергии притяжения над энергией отталкивания, так и дислокации в твердом теле могут образовать решетку, в которой каждая полол итель-ная дислокация окружена отрицательными. [c.361] Вернуться к основной статье