Процесс кристаллизации. Дефекты в кристаллах.

Кристаллизация – это процесс образования кристаллов при переходе металла из жидкого состояния в твёрдое; происходит при нарушении термодинамических равновесий в жидкости (р-р или расплав), в газовой сфере(пар) или в твёрдом теле. Рассматривая схему кристаллизации, выделяют 2 важных момента: 1) По мере развития процесса кристаллизации в нём участвует всё большее и большее число кристаллов, поэтому процесс сначала ускоряется, пока в какой-то момент (когда закристаллизуется 50% жидкости) взаимное столкновение растущих кристаллов не начинает препятствовать их росту. Рост кристаллов замедляется, тем более что жидкости, которые образуют новые кристаллы становятся всё меньше; 2) В процессе кристаллизации, пока кристалл окружён жидкостью он имеет правильную форму, но при столкновениях и срастаниях кристаллов правильная форма нарушается, причём внешняя форма зависит от условий соприкосновения растущих металлов.

Скорость процесса кристаллизации определяется двумя величинами:

1) Скоростью зарождения центров крислаллизации.

2) Скоростью роста кристаллов.

Каждой to кристаллизации или степени охлаждения соответствует определённый размер устойчивого зародыша. Более мелкие, если они возникают тут же растворяется в жидкости, более крупные растут превращаясь в кристаллы или зёрна. Чем ниже to (больше степень переохлаждения) тем меньше имеет устойчивый зародыш и тем большее число центров кристаллизации образуется в единицу времени.

Дефекты кристалла – это несовершенство кристаллического сложения, нарушения строго периодического расположения частиц в узлах кристалл. решётки. Дефекты образуются в результате кристаллизации под влиянием электрического и магнитного полей, тепловых и механических воздействий, при введении в кристалл примесей, при облучении жёстким магнитным излучением и т.д.

Различают дефекты:

1) Точечные вызывают искажение кристаллической решётки на расстояние соизмеримое с межатомной. Например: вакансия– узел кристалл. решётки, в котором отсутствует атом или ион. Вакансии находятся в термодинамическом равновесии с решёткой, возникают или исчезают в результате теплового движения атома. Причём каждой to соответствует определённая равновесная концентрация вакансий. Примесные дефекты также относятся к точечным и образуют чужие атомы или ионы, которые могут замещать основные частицы кристалл. решётки или внедряться между ними. Также точечными дефектами считают междоузельные частицы – собственные атомы или ионы, сместившиеся с узлов кристалл. решётки.

2) Линейные – нарушение правильного чередования атомов плоскостей и кристалл. решётки и назыв. дислокацией. Возникает в процессе роста кристаллов и при пластическом деформировании. Она может быть прямой, выгибаться в ту или иную сторону или закручиваться в спираль, образуя винтовую дислокацию. Дислокация может перемещаться до некоторой плоскости–скольжения. Механ. св-ва металла зависят от числа дислокаций и способности их перемещения или разложения. Например, число дислокаций для чистых металлов 1000000 в 1 см3. Для каждого материала сущ. Критическая точка дислокации, которая приводит к замедлению их движения.

3) Поверхностные – это прежде всего границы между разориентированными участками металла, вследствие теплового расширения, сжатия и нагревания деформиров. кристаллов, а также при переходе из одной кристаллической модификации в другую. В основном поверхностные дефекты представляют собой ряды и сетки дислокаций.

4) Объёмные дефекты – это скопление вакансий, образующих в кристаллах поры и канавы, включение посторонних фаз, пузырьков газа, скопление примесей на дислокациях и зона просто кристаллов. Объёмные дефекты снижают пластичность, влияют на прочность, электрические св-ва материалов.