Кристаллы, дислокации образование и рост

Энергия активации процесса возникновения дислокаций не может быть обеспечена тепловым колебанием атомов. Одной из главных причин их образования является действие на кристалл внешних механических напряжений, вызывающих в кристалле деформации сдвига, среза, изгиба и т. д. Обычным источником дислокаций являются, по-видимому, механические напряжения при росте кристаллов. Причиной образования дислокаций могут быть также термические напряжения в кристалле при наличии перепада температур его различные участки расширяются неодинаково, уменьшение появляющихся при этом напряжений может происходить за [c.92]

Все сказанное выше о соответствии между характером рельефа поверхности пинакоида и дислокационным строением пирамид роста, казалось бы, позволяет предложить надежный морфологический критерий оценки однородности этих кристаллов. В действительности, однако, все обстоит значительно сложнее. По мере отработки технологии выращивания кристаллов оптического кварца было установлено, что трудно избежать образования ростовых дислокаций в кристалле в процессе роста. Образование рельефа типа булыжная мостовая в чистом виде является лишь предельным случаем. Более характерно — формирование различных комбинированных типов рельефа. [c.91]

Образование блоков в кристалле предотвращается выращиванием его на монокристаллическую затравку со стадией перетяжки , т. е. сужением диаметра кристалла в начале выращивания до 2—3 мм. Во всех кристаллах наблюдаются дислокации. В большинстве случаев эти дислокации направлены нормально к поверхности фронта кристаллизации. Это устанавливается наблюдением за расположением дислокационных ямок, выявленных травлением на серии поперечных срезов кристаллов. Дислокации, зарожденные в зоне резкой смены выпуклой формы фронта кристаллизации на плоскую, ориентируются чаще всего параллельно оси роста, проходя через весь кристалл. При выращивании кристаллов с коническим фронтом кристаллизации дислокации, ориентированные также перпендикулярно фронту кристаллизации, постепенно выводятся на поверхность кристалла. [c.207]

Согласно макроскопической теории образования дислокаций, возникновение дислокаций при росте кристаллов является не случайным актом, связанным с теми или иными ошибками роста, но необходимым следствием неравномерности распределения температур в растуш ем кристалле [4]. Температурные деформации лишь благодаря образованию дислокаций не приводят к возникновению термоупругих напряжений. Например, при закалке или охлаждении кристалла после отжига дислокации образуются не из-за обрыва растуш,их атомных плоскостей, а вследствие несовместности пластических деформаций. [c.168]

Значение дислокаций для роста кристаллов следует непосредственно из их топологической природы. Исследования Гиббса, Фольмера и других показали, что фактически невозможно образование нового слоя на завершенной плоскости кристалла с низкими индексами сравнительно насыщенного характера и вообще на любой грани кристалла с полиэдрическим габитусом, если пересыщение недостаточно велико. Это теоретическое заключение подтверждается тем простым наблюдением, что кристаллы часто растут с полиэдрической огранкой. Более свободная диффузия растворенного вещества в направлении к любой выступающей части кристалла или более легкий отвод скрытого тепла от этих мест в пересыщенной или переохлажденной среде должны приводить к тому, что выступающие участки будут находиться в контакте с жидкостью с более высокой степенью пересыщения или переохлаждения, чем менее выдающиеся части поверхности, такие, как центральные части плоских поверхностей. Если бы не имел места тот факт, что поверхность кристалла может оставаться в контакте с пересыщенной или переохлажденной средой, не вырастая, то результатом в таких случаях был бы неизменно дендритный рост. [c.16]

Пирамида роста, образованная одной спиралью, уже была описана выше на рис. 8, в изображена пирамида роста, образованная правой дислокацией. Фигура роста на рис. 10 для кристалла нормального парафина образована одной правой винтовой дислокацией. [c.204]

Температурные градиенты у поверхности кристалла вследствие неизотермичности кристаллизации, адсорбция примесей и другие причины приводят к появлению дислокаций, дефектов поверхности грани, что снижает энергетический барьер, преодолеваемый частицей для включения ее в кристаллическую решетку. В результате скорость роста кристалла увеличивается. Еще больше эта скорость возрастает вследствие присоединения к расту-шей грани содержащихся в пересыщенном растворе агломератов или блоков зародышей. Это приводит к искажению формы кристаллов и образованию их сростков. В вязких средах при недостаточном перемешивании наиболее доступны для диффундирующих из раствора зародышей и их блоков вершины и ребра кристалла, что приводит к преимущественному их росту. Вследствие этого кристаллы приобретают иглообразную или дендритную (древовидную) форму. [c.44]

Граница между кристаллическими зернами может служить барьером на пути движения дислокаций и, таким образом, может снижать пластичность материала и повышать его твердость. Если кусок меди обрабатывать молотом до тех пор, пока крупные кристаллические зерна не разрушатся и не превратятся в мелкие, границы между кристаллами перестанут скользить, так как прекратятся передвижения дислокаций. В этом и заключается механизм упрочения меди и других металлов при их холодной обработке (ковке или других видах механической обработки без нагревания). Если металл, подвергнутый холодной обработке, нагреть до температуры перекристаллизации (когда происходит рост небольших деформированных кристаллов с образованием крупных правильных кристаллов), пластичность его восстанавливается этот процесс называется отжигом. Температура перекристаллизации обычно составляет от одной трети до половины точки плавления данного металла (по шкале абсолютной температуры). [c.534]

В последнее время часто высказывается мнение, что практически всегда, даже в самых лучших, полученных в лабораториях монокристаллах имеются дислокации и что они в чистых условиях всегда дают возможность расти кристаллам без образования новых двухмерных зародышей выход спиральной дислокации на поверхность образует неисчезающую ступень роста — группу двухмерных зародышей, являющихся воспроизводящимися активными местами растущего кристалла. [c.83]

Реальные металлы обладают большим числом дефектов кристаллической решетки, что приводит к усложнению механизма роста кристалла. Дефекты кристаллической решетки в основном можно разделить на три группы точечные (вакансии и внедренные атомы), линейные (дислокации) и плоскостные (двойники и границы зерен). При электроосаждении металлов, как и при их росте из паровой фазы, большое значение имеют линейные дефекты. Например, если в кристалле имеются винтовые дислокации, то рост кристалла может идти даже без образования двумерных зародышей. [c.330]

Несколько слов следует сказать о дефектах и их связи с катализом. Главная задача настоящей работы состояла в изучении влияния грани кристалла, однако образование углублений, зародышей окислов, металлических порошков и углеродных нитей явилось доказательством того, что дефекты играют существенную роль в контактном катализе. Как дефекты, обычно присутствующие в кристалле, так и дефекты, образующиеся в ходе реакции, могут иметь важное значение в определении свойств катализатора. Границы зерен, дислокации, вакантные места и посторонние атомы, обычно присутствующие в решетке,, являются такими элементами структуры, где расположение атомов и возможные электронные уровни отличаются от расположения в остальной поверхности. Поэтому эти области будут иметь и необычные каталитические свойства. Дислокации из-за своего значения в росте кристаллов, вероятно, также играют важную роль в процессах перестройки поверхности. [c.115]

Следует в то же время иметь в виду, что некоторые примеси, в том числе компоненты плавня и газовой среды, сорбируясь на грани растущего кристалла, могут обрывать рост соответствующей ступени, вызывая образование повышенного числа структурных дефектов типа дислокаций. Это влияет и на размер кристаллов. Некоторые эмпирически подобранные рецепты получения мелкозернистых люминофоров по существу основаны на использовании этого явления. Однако целесообразность такого пути в ряде случаев вызывает сомнение, так как одновременно снижается выход люминесценции (например, если малый размер зерен ZnS-фосфоров достигается окислением сульфида или введением кислородсодержащих примесей). [c.250]

В работе [62] было высказано предположение, что наличие в растворе поверхностно-активных веществ, способных адсорбироваться на гранях кристалла, благоприятствует образованию на них дислокаций, существенно облегчая и ускоряя рост кристаллов. То же самое отмечалось и другими авторами [67, 68]. [c.121]

Инденбом В. Л. Макроскопическая теория образования дислокаций при росте кристаллов //Кристаллография. 1957. Т. 2. Вып. 5. С. 594-603. [c.157]

Второй тип дислокации (рис. 19), по Франку [28], имеет большое значение для роста кристаллов. Механизм образования дислокации состоит в том, что несколько последовательных параллельных ретикулярных плоскостей разрываются по полупрямой Ох, так как к ним приложены силы, им перпендикулярные и направленные в разные стороны от Ох. Эта дислокация немного напоминает известный фокус с разрыванием карточной колоды. Выравнивание точек О, в которых останавливается разрыв каждой плоскости, является линией дислокации. Теперь представим себе цилиндр, осью ко- [c.34]

Об образовании других типов дислокаций, например винтовых, известно немного. Если они возникают в результате группирования вакансий [149], как об этом сообщается в работе [150], то, по-видимому, кристаллы без винтовых дислокаций можно приготовить в условиях, когда концентрация точечных дефектов достаточно мала, т. е. при низких температурах. В легированных кристаллах дислокации могут возникать и из-за неравномерного распределения примесных атомов, вызванного механизмом слоевого роста [151]. Было обнаружено, что неоднородность приводит к образованию дислокаций в твердых растворах германий —кремний [152]. [c.39]

Двойниковые границы имеют различную плотность и ориентацию. Ростовые двойники обычно широкие и свободны от дислокаций. Двойники деформации встречаются часто как близко расположенные линейные границы. Между ними имеется значительная плотность дислокаций. Могут быть выделены по крайней мере три причины образования двойников 1) частицы Si , захваченные растущей лентой 2) поверхность раздела затравка—растущий кристалл 3) нестабильности роста, наблюдаемые как отдельные изменения размеров ленты. [c.83]

Вместе с тем известны случаи — при изучении роста монокристаллов серебра [4], — когда процесс электрокристаллизации протекает без заметного перенапряжения и образования новых зародышей. Такие условия реализуются, если на поверхности растущего кристалла имеются участки (дислокации) с иным расположением структурных элементов по сравнению с идеальной решеткой данного кристалла. При этом кристаллическая решетка будет строиться за счет спирально передвигающегося роста грани кристалла, а также путем распределения адсорбированных атомов на атомарно-шероховатой поверхности. Таким образом, на активной поверхности кристалла всегда имеется значительное число участков, способных к росту, и, следовательно, для такой поверхности кристалла не всегда требуется значительное пересыщение, необходимое для образования новых зародышей. [c.337]

Тогда линия АВ представляет собой винтовую дислокацию, а в точках А W В возникают ступени, которые распространяются до кромки кристалла. При осаждении металла ступень, расположенная на верхней грани, продвигается направо, что вызывает образование у центра дислокации А новой ступени, перпендикулярной первоначальной, В конечном итоге продолжение роста развивает на поверхности кристалла спирали. Нижние слои распространяются по всей площади, утолщая кристалл, а верхние участвуют в спиралевидном росте. Таким образом, ступени, возникающие при винтовых дислокациях, дают начало неисчезающему спиральному [c.318]

При повыщенных температурах кристаллизация парафина может происходить либо в результате образования твердой фазы из расплавов, либо вследствие выделения парафина из раствора высокой концентрации. Поэтому расплавы парафина, богатые парафином гачи, отеки и другие подобные им продукты кристаллизуются с образованием кристаллов гексагональной сингонии. Рост кристаллов гексагональной сингонии и ромбической сингонии показан на рис. 30 и 31. Кристаллы парафина ромбической сингонии развиваются из винтовых дислокаций по спирально-ступенчатому механизму [112, 116]. [c.95]

ЭЛЕКТРОКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, переход в-ва из ионизиров. состояния в р-ре или расплаве в кристаллическое в результате электрохим. р-ции. Лежит в основе всех процессов электроосаждения металлов, а также формирования слоев оксидов и труднорастворимых соед. на аиоде (напр., при образовании электролитич. защитно-декоративных покрытий, в произ-ве хпм. источников тока). Отличается от обычной кристаллизации из пара или р-ра тем, что построе-ншо кристаллич. структуры предшествует перенос заряда с электрода на ион или оба этн акта протекают одновременно. Возникновение зародышей новой фазы при Э. требует определ. пересыщения, к-рое определяется перенапряжением на электроде. Чем выше перенапряжение, тем большее число зародышей возникает в единицу времени на данной площади. Зародыши разрастаются в результате послойного роста граней. Процесс может идти с образованием двумерных зародышей илн по закону слоисто-спирального роста на винтовых дислокациях (см. Рост кристаллов). В результате линейного роста кристаллов происходит их слияние с образованием сплошного слоя электролитич. покрытия. [c.698]

Н. Кабрера и Ф. Франк первыми сформулировали теорию, объясняющую возможность непрерывного роста кристаллов даже при низких пересыщениях. Они рассматривают дислокации как источник невырождающихся ступеней роста спиральной формы. Адсорбированные атомы диффундируют по направлению к таким ступеням роста, за счет чего они достраиваются. Однако рост кристалла никогда не завершается образованием полностью достроенного атомного слоя. При наличии винтовой дислокации процесс роста протекает как вращение ступени вокруг точки ее соединения с дислокацией (см. ч. 1, разд. 2.5). [c.376]

Основной источник дислокации в кристалле — это либо напряжения, вызванные неравномерным вхождением примесей в решетку ( 1.8), либо термические напряжения. Установлены также некоторые частные способы образования дислокаций при росте. Так, Г. Г. Леммлейн и Е. Д. Дукова наблюдали возникновение дислокаций при срастании ветвей скелетного кристалла (о скелетах см. в 1.6). М. И. Козловский [1958] описал возникновение дислокаций при слоистом обрастании кристаллом твердых частиц, осевших на его поверхность. Аналогично возникает большое число дислокаций при смыкании слоев над жидкостными включениями [Хаджи В. Е., 1966], в частности при обычном захвате включений при регенерации. Не случайно поэтому наблюдается преимущественное расположение ямок травления на гранях над затравками. Подробно возникновение дислокаций в кристаллах при росте рассмотрено Е. П. Костюковой и др. [1977]. [c.32]

От геометрической поверхности переходят к истинной или адсорбционной поверхности, умножая ее на фактор шероховатости , величину которого принимают равной единице для поверхности жидкости и близкой к единице для непористых порошков [401 (см. подраздел В данного раздела — определение пористости). Однако неясно, какой величиной этого множителя нужно пользоваться для массивных металлов. Часто пользовались дробными множителями между 1 и 2, однако Ридил, Боуден и их сотрудники [41] показали, что для протянутых или подвергавшихся электрополировке металлов этот множитель равен 3 или большей величине, которая может достигать 13 для свежеотполированного никеля. В принципе подробные сведения о шероховатости поверхности можно получить при помощи многолучевой интерферометрии [42] или электронномикроскопического изучения методом оттенения. В ин-терферометрическом методе поверхность помещают вблизи оптически гладкой поверхности кварца таким образом, чтобы образовался тонкий клин, который дает интерференционные полосы (получаемые при отражении или пропускании), смещаемые неправильностями поверхности. Если исследуемая поверхность и плоскость покрыты тонким однородным слоем серебра, нанесенным на них испарением, то картина интерференционных полос, образуемых многократным отражением, становится более ясной. Топография поверхности может быть получена контурнрованием через интервалы по 30. В методе оттенения проекции выступов или впадин проявляются после того, как их склоны или ступени покроют атомами золота из молекулярного пучка, направленного под косым углом к поверхности. Подобного рода исследования проводились для того, чтобы детально проследить изменения, происходящие при росте кристаллов и образовании пленок металлов, а определение таким способом фактора шероховатости едва ли целесообразно. С другой стороны, подробные сведения о топографии поверхности монокристаллов, вероятно, важны для отнесения активности их граней за счет поверхностных дислокаций, выступов, изломов и т. п. [c.168]

Теория образования зародышей, видимо, разработана лучше, чем теория роста зародышей. Однако для многих реальных кристаллов процесс образования зародышей может не зависеть сэт энергетических и термодинамических ( )акторов, характеризующих развитие ступенек на поверхности кристалла. В таких случаях важную роль играют присутствующие на поверхности дефекты, которые могут служить постоянным источником ступенек. В частности было показано, что за счет винтовых дислокаций образуются фигуры роста в виде спирали (рис. 94). Ступенька сдвига, обусловленная спиральным ходом винтовой дислокации, не исчезает с добавлением новых атомов (см. рис. 33).При наличии винтовой дислокации спонтанное поверхностное образование зародышей становится ненужным, и степень пересыщения, необходимая для роста кристаллов, также стан(звится значительно [c.203]

Цудзуку и Кобаяси [50], используя современные представления о строении реального твердого тела, пытались объяснить процесс графитообразования в твердой фазе с точки зрения теории дислокаций. Авторы дислокационной теории графитации рассмотрели восемь основных типов внутри-кристаллических границ, которые различаются по расположению дислокаций и точечных дефектов. Они полагают, что боковой рост кристаллов, характерный для ранней стадии графитации, происходит благодаря движению и слиянию так называемых границ излома, которые возникают большей частью при вертикальном выравнивании краевых дислокаций. Возникающие напряжения сдвига, вызванные взаимным давлением анизотропно растущих в процессе графитации кристаллов, в значительной степени влияют на рост кристаллов. Завершение образования трехмерной структуры графита при высокой температуре (выше 2300° К) происходит благодаря слиянию винтовых дислокаций, что создает впечатление вращения сеток вокруг гексагональной оси с. Делая некоторые предположения, авторы дислокационной теории подсчитали, что движущие силы вращения кристаллов составляют более 10 кГ/м , т. е. имеют тот же порядок, что и напряжения сдвига. [c.145]

В работе [924] эта дислокационная модель была положена в основу теории термоактивированного разрушения и ползучести кристаллов. После образования микротрещины скопившиеся дислокации начинают постепенно уходить в нее. Поскольку при росте трещины освобождаются и начинают работать заблокированные источники дислокаций, процесс роста трещины сопровождается пластической деформацией. Согласно расчетам [924], [c.477]

Механизмы роста идеальных кристаллов путем образования двумерных зародышей или роста кристаллов в результате незарастающих ступенек, создаваемых на поверхности винтовыми дислокациями, хотя и присущи росту реальных кристаллов, но лишь в специальных условиях обусловливают скорость и особенности их роста. Действительно, в реальных условиях роста, где имеют место значительные колебания температуры и концентраций частиц питающей фазы в различных точках растущей грани, следует считать, что эта последняя всегда характеризуется шероховатостью. Шероховатость на идеально ориентированной естественно гладкой грани возникает за короткое время после начала роста вследствие колебаний внешних условий, так как вероятность образования двумерных зародышей имеет разное значение в различных точках поверхности и постоянно меняется во времени. Наличие почти неизбежных структурных дефектов еще более усугубляет влияние колебаний внешних условий. [c.260]

Френк (1949 г.) для объяснения механизма роста кристаллов при небольших пересыщениях предположил, что реальные кристаллы имеют дефекты строения, приводящие к образованитсступе-нек на их растущих гранях без возникновения и участия в этом процессе двухмерных зародышей. Одним из таких распространенных дефектов строения кристаллов являются дислокации. Лемм-лейн [47 ] впервые указал на возможность дислокационного спирального роста кристаллов без образования двухмерных зародышей. В настоящее время дислокационная теория роста кристаллов является достаточно разработанной. Следует отметить, что применимость дислокационной теории ограничена определенными границами пересыщения. [c.44]

В работах [3, 47] была развита макроскопическая теория образования дислокаций при росте кристаллов. Получено выражение, связывающее тензор плотности дислокаций с градиентом температуры па фронте роста с учетом температурного изгиба кристалла в предположении отсутствия напряжений в растущем слитке (т. е. полной релаксации термо-упругихнапряжений). В случае, когда радиальным перепадом температуры можно пренебречь и обеспечивается линейное осевое распределение температуры на расстоянии порядка диаметра слитка, растущий кристалл практически испытывает свободный температурный изгиб. Это означает, что термоупругие напряжения возникнуть не могут, т. е. при этом создаются благоприятные условия для роста кристаллов,свободных от дислокаций. Учет собственной энергии дислокаций приводит к тому, что даже при наличии термоупругих напряжений энергетически выгодно образование растущих слоев кристалла с некоторыми напряжениями, но с меньшей плотностью дислокаций (неполная релаксация). [c.84]

Отмеченные структурные особенности сильно легированных кристаллов объясняются прежде всего изменением пластичности материала, обусловленным взаимодействием дислокаций с примесями. Установлено [76, 94], что легирование Ge и GaAs донорными и акцепторными примесями до высоких концентраций приводит к значительному увеличению пороговых напряжений Тр.з и Тр в области температур Т 0,75 которая является критической с точки зрения образования дислокаций при росте кристалла. [c.90]

Из макроступеней развиваются макроспирали, обнаружение которых в микроскоп служит доказательством роли винтовых дислокаций в процессах роста кристаллов. Конец микроспирали можно рассматривать как сферу с очень маленьким радиусом кривизны (порядка 10 м). Диффузия к такой сфере оказывается очень быстрым процессом (см. 37). Если стадия разряда на конце спирали протекает о большой скоростью, то вершина спирали начинает расти быстрее, чем остальная часть кристалла. Это является одной из причин образования дендритов при электроосаждении металлов из водных растворов и расплавов. В процессе электролитического роста кристаллов большую роль играет адсорбция органических веществ, которые специально добавляются в раствор или присутствуют в нем как посторонняя примесь. [c.319]

Как предполагалось, на поверхности кристалла имеются лишь ступени атомной высоты, т. е. микроступени. Нередко происходит процесс концентрирования и укрупнения микроступеней, приводящий к образованию видимых макроступеней (иногда толщиной более 1000 А). Механизм роста макроступеней изучался в работах П. Д. Данкова, К. М. Горбуновой и сотр. Из макроступеней развиваются макроспирали, обнаружение которых в микроскоп служит доказательством роли винтовых дислокаций в процессах роста кристаллов. [c.334]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология