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.274] 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.274] 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.274] 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.275] Здесь /1(1 — изменение энтальпии вследствие появления одной вакансии выражение под знаком логарифма определяет число способов размещения г вакансий в общей решетке, содержащей (г + Л а) узлов. [c.275] Следовательно, 2/(2 + М ) = е-л / , где 2/(2 + Л/а) = Л в — молярная доля вакансий. [c.275] В результате энергия активации диффузии оказывается равной = /1о + . [c.276] Особую группу дефектных кристаллов составляют так называемые нестехиометрические соединения. Так, например, в решетке ЫаС может быть избыточный натрий. В этом случае ион избыточного натрия занимает свое место в решетке, а на месте ионаС1 оказывается электрон (/ -центр). Нестехиометрические кристаллы могут быть получены за счет разницы в скоростях испарения компонентов растворов или в результате растворения одного из компонентов в соединении. [c.276] 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.276] 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.276] 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 атомргых плоскостей. При этом нарушаются некоторые связи и должна быть затрачена известная энергия. На рис. XIV.2 показан схематически сдвиг атомной плоскости на половину атомного расстояния. [c.276] следовательно, верхняя половина кристалла имеет расположение рядов атомов, отвечающее верхней строке, а нижняя — нижней, то такие половины будут легко скользить относительно друг друга. Однако весьма трудно представить себе, чтобы в кристалле рассматриваемый дефект возникал сразу при переходе от одной плоскости к другой, как это было описано. Очевидно, смещение атомов, сдвиг их со своих положений равновесия должны возникать постепенно, охватывая определенную часть кристалла. [c.277] Эта складка не является сдвигом, который изображен на рис. XIV.5. При краевой дислокации осуществлен внутренний сдвиг. [c.278] 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.278] 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.279] 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 положительная дислокация окружена отрицательными. [c.279] Вследствие взаимодействия дислокаций подвижность ионов в такой решетке будет снижена. Это обстоятельство находится в связи с явлением наклепа при холодной обработке металлов, заключающемся в уменьшении пластичности. [c.279] Места выхода дислокаций на поверхность, как и всякие нарушения в кристаллической решетке (из-за напряжений и скоплений чужеродных атомов), легко поддаются травлению. По рисунку травления можно подсчитать число дислокаций. Оказывается, что их число на 1 см поверхности после деформации может достигать 10 (в хорошо отожженном материале 10 ). Как показывают расчеты, энергия увеличения числа дислокаций в результате деформации близка к энергии, поглощаемой материалом при холодной обработке. Разработаны методики, позволяющие наблюдать дислокации методами электронной микроскопии. [c.279] Вернуться к основной статье