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


Пути предотвращения образования холодных трещин

Применение легированных сталей средней и высокой прочности в промышленности позволяет повысить несущую способность конструкции...

Преимущества применения двухструйного сварочного сопла

По результатам исследований установлено, что применение двухструйного сварочного сопла выбранной конструкции способствует измельчению микроструктуры...

Специфика теплового воздействия на сталь при сварке вызывает многообразные сложные изменения в составе и структуре метала сварных соединений...