Какие дефекты называются точечными?

Точечные дефекты (рис.5) характеризуются малыми размерами во все трех измерениях. Величина их не превышает атомных диаметров. К точечным дефектам относятся: а) свободные места в узлах кристаллической решетки – вакансии (дефекты Шотки); б) атомы, сместившиеся из узлов кристаллической решетки в межузельные промежутки, - дислоцированные атомы (дефекты Френкеля); в) атомы других элементов, находящихся как в узлах, так и в межузлиях кристаллической решетки, - примесные атомы.

               

      Рис. 5. Точечные дефекты в кристаллической решетке: а – вакансии; б – дислоцированный атом;

        в – примесный атом внедрения

Точечные дефекты образуются в процессе кристаллизации под воздействием тепловых, механических, электрических воздействий, а также при облучении нейтронами, электронами, рентгеновскими лучами.

Вакансии и дислоцированные атомы могут появиться вследствие тепловых движений атомов.

         Присутствие вакансий объясняет возможность диффузии – перемещения атомов на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния для данного металла. Перемещения атомов осуществляется путем обмена местами с вакансиями. Различают самодиффузию и гетеродиффузию. В первом случае перемещение атомов не изменяет их концентрации в отдельных объемах, во втором – сопровождается изменением концентрации.

  1.2.2. Какие дефекты называются линейными?  

  Линейные дефекты характеризуются малыми размерами в двух измерениях, но имеют значительную протяженность в третьем измерении. Наиболее важный вид линейных дефектов – дислокации (лат. Dislocation – смещение).

На рис.6 приведена схема участка кристаллической решетки с одной «лишней» атомной полуплоскостью, т.е. краевой дислокацией.

                                                     

Рис. 6. Краевая дислокация.

    Линейная атомная полуплоскость PQQ’P’ называется экстраплоскостью, а нижний край экстраплоскости – линией дислокации. Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокацию называют положительной и обозначают знаком "┴", а если в нижней - то отрицательной и обозначают знаком “┬”.. Дислокации одного знака отталкиваются, а противоположных – притягиваются. Сближение дислокаций разного

знака приводит к их взаимному уничтожению (аннигиляции). Из приведенной схемы видно, что атомы над краевой дислокацией испытывают сжатие, а нижние атомы – растяжение.

  Помимо краевых дислокаций в кристаллах могут образовываться и винтовые дислокации (рис.7). Винтовая дислокация, образованная вращением по часовой стрелке, называется правой, а против часовой стрелки – левой.

Вблизи линии дислокации атомы смещены со своих мест и кристаллическая решетка искажена, что вызывает образование поля напряжений; выше линии дислокации решетка сжата, а ниже – растянута.

 

                            

                                          Рис. 7. Винтовая дислокация.

 

   Энергия искажения кристаллической решетки характеризуется с помощью вектора Бюргерса. Этот вектор может быть получен, если, переходя от узла к узлу, обвести замкнутый контур в реальном кристалле, заключив дислокацию внутрь контура (рис.8). Участок ВС будет состоять из шести отрезков, а участок DA из пяти. Разница ВС – DA = b, где b есть величина вектора Бюргерса.

                             Рис. 8. Схема определения вектора Бюргерса для краевой дислокации:

                              а – решетка с дислокацией; б – решетка без дислокации.

Вектор Бюргерса краевой дислокации равен межатомному расстоянию и перпендикулярен линии дислокации. В случае винтовой дислокации он составляет ту же величину, но параллелен линии дислокации.

  Дислокации образуются при кристаллизации металла, в ходе пластической деформации и фазовых превращениях. Плотность дислокаций может достигать большой величины. Под плотностью дислокаций ρ обычно понимают суммарную длину дислокаций Σ l, приходящуюся на единицу объема V кристалла: ρ = Σ l / V. Таким образом, плотность дислокаций выражается в см/см³, или см ^-2. Для отожженных металлов плотность дислокаций составляет величину 10³ - 10⁶ см^-², после холодной деформации она увеличивается до 10¹¹– 10¹² см ^-2, что соответствует примерно 1 млн. километров дислокаций в 1 см³.

Установлено, что дислокации притягивают в свою зону атомы примесей, которые осаждаются в виде цепочек вдоль края экстраплоскости. Такие атомы снижают уровень упругих искажений дислокационной структуры. Цепочки инородных атомов образуют так называемые атмосферы Котт релла или облака Коттр елла. С повышением температуры облака Коттрелла рассеиваются. При понижении температуры до температуры, соответствующей пределу растворимости, они могут образовывать дисперсные выделения второй фазы.