Видеокурс по SIMATIC STEP 7


Дефекты кристаллической решетки в реальных кристаллах

Дефекты кристаллической решетки в реальных кристаллах
Под идеальными понимаются рассмотренные ранее кристаллы с абсолютно правильным чередованием узлов и строгой геометрической формой. В идеальных кристаллах силы взаимодействия между ионами полностью уравновешены как в каждой элементарной ячейке, так и в кристалле в целом, а потенциальная энергия решетки минимальна.

Практически во всех реальных кристаллах наблюдаются те или иные дефекты кристаллической решетки, т. е. нарушения совершенной решетки идеального кристалла.
Реальная кристаллическая решетка с дефектами микронеоднородна. Каждый отдельный дефект решетки носит случайный характер. Но поскольку в каждом, даже весьма малом объеме кристалла множество узлов решетки, а следовательно, и дефектов, то в силу статистических законов совокупность их составляет определенную закономерность. При каждой температуре устанавливается определенное количество дефектов. С повышением температуры подвижность ионов растет, ускоряется их обмен местами и в результате процессов внутренней самодиффузии происходит «залечивание» существующих дефектов решетки и появление новых.

Чем более упорядочено расположение частиц в решетке, тем меньше запас внутренней потенциальной энергии. Вообще в природе течение самопроизвольных процессов направлено к достижению минимума внутренней энергии системы; сама система стремится к устойчивому стабильному состоянию.

Поэтому чем больше избыток внутренней энергии, т.е. чем больше дефектов в решетке, тем быстрее и энергичнее «залечиваются» дефекты. В процессе залечивания происходит, например, спекание мелкодисперсных частиц в результате так называемой собирательной рекристаллизации.

Дефекты в решетке существенно влияют на свойства реальных кристаллов, которые играют большую роль в современной технике. Так, например, дефекты повышают химическую активность кристаллов. Особые свойства полупроводников объясняются наличием дефектов в решетке кристаллов.

В технологии высокоогнеупорных материалов дефекты обеспечивают спекание кристаллических порошков в твердом состоянии при температурах ниже температур плавления материала.

Поскольку дефекты обеспечивают необходимые специфические свойства кристаллических материалов, все шире используемые в технике, ведутся работы в направлении получения заданных «дефектов» в кристаллической решетке.

В реальных кристаллах различают следующие виды дефектов: незаполненные узлы или «дырки» в решетке (так называемые вакансии); блуждающие ионы, располагающиеся чаще всего между узлами; нарушения правильного чередования узлов решетки (например + +—+ вместо +—+—); нарушение постоянства расстояний между узлами решетки; нарушение правильного чередования атомных плоскостей в кристалле — так называемые дислокации и другие.

Широко распространены дефекты в кристаллах, возникающие в результате добавления примесей посторонних веществ. Примесные ионы могут либо замещать ионы основных компонентов, либо располагаться в междоузлиях решетки. На рисунке 9 представлена плоская схема реальной кристаллической решетки с дефектами.

Дефекты возникают как в процессе роста кристалла (так называемые «биографические»), так и в результате воздействия внешней среды. Дефекты в кристаллической решетке образуются при различных физических воздействиях тепловом, механическом, радиационном, электрическом и т. п.

Дефекты могут также возникнуть при измельчении кристаллов, сопровождающемся ростом поверхностной энергии и появлением дополнительных электростатических неуравновешенных поверхностей.



Рисунок 9 – Плоская схема реальной кристаллической решетки с дефектами


Причины образования холодных трещин в сварных соединениях

Качество сварных соединений среднеуглеродистых легированных сталей во многом определяется свойствами зоны термического влияния и прежде всего...

Высокие эксплуатационные свойства многослойных сварных соединений, полученных при сварке с двухструйной защитой, подтверждает...

С целью определения зависимостей химического состава и эквивалентного содержания углерода Сэкв металла шва многослойных сварных соединений...