Дефекти кристалічної будови

Реальні кристали на відміну від ідеальних мають багато різ­них дефектів. Під дефектом розуміють зону кристалу, де порушено правильне розташування атомів. За геометричною ознакою дефекти кристалічної будови поділяють на: точкові, лінійні, поверхневі, об’ємні. Точкові дефекти (нульвимірні) дуже малі в усіх трьох ви­мірах у просторі: їх розміри не перевищують декількох параме­трів кристалічної комірки. До таких дефектів належать вакан­сії, міжвузлові атоми, атоми домішок тощо. Вакансією називається порожнє місце в кристалі, де мав би перебувати атом. Оскільки атоми коливають­ся навколо положення рівноваги, то окремий атом, наприклад атом 1 з вищою ніж середня енергією, покидає вузол кристаліч­ної ґратки й потрапляє на поверхню кристалу або на границю між зернами. На місці, де перебував атом І, утворилась вакан­сія 1, яку заповнює згодом атом 2, а потім атом 3. В результаті відбувається міграція вакансії в глибину кристалу. Кожній температурі відповідає своя рівноважна концентра­ція вакансій. Що вища температура кристалу, то більше в ньо­му вакансій і частіше вони переходять від вузла до вузла. Вакансії сприяють перебігу дифузійних про­цесів. Зі збільшенням кількості вакансій зменшуються густи­на, електро- і теплопровідність кристалу.

Міжвузловим називають атом, що вийшов із положення рівноваги і зайняв простір між вузлами. Атоми домішок є навіть у найчистішому металі. Вони або заміщають атоми основного металу у вузлах кристалічної ґратки, або розташовуються між вузлами. Лінійні порушення будови кристалу мають малі розміри в двох вимірах і велику довжину в третьому. Дуже важливими серед лінійних дефектів є крайові та гвинтові дислокації. Крайова дислокація — це лінія АВ на краю зайвої атомної півплощини АВЕС в кристалі. Одним із способів утворення крайової дислокації є зсув частини атомів кристалу відносно іншої частини атомів на ділянці площини ковзання АВСВ під дією прикладеної сили Е. Внаслідок такого зсуву у верхній частині кристалу маємо на одну атомну площину більше, ніж у нижній. Зайва площина АВЕС, яка перпендикулярна до напрямку зсуву, називається екстраплощиною. Вона не має продовження у нижній частині кристалу. Екстраплощина ніби розклинює кристал, зближаю­чи атоми над дислокацією і розсуваючи їх під нею. Тому в невеликій спотвореній зоні — ядрі дислокації — міжатомні відстані менші або більші від нормальних, а поза межами ядра вони нормальні. Крайова дислокація АВ простягається на ба­гато тисяч міжатомних відстаней. Пересування дислокації під дією сили Е може відбуватись доти, поки вона не вийде на поверхню кристалу, де утвориться сходинка. Якщо екстраплощина є у верхній частині кристалу, то дислока­ція умовно вважається позитивною і позначається знаком Т. Гвинтові дис­локації, на відміну від лінійних, не притягують вакансій і між­вузлових атомів. Гвинтова дислокація називається правою, якщо хід її гвинтової поверхні такий, як у правої різі, і лівою, якщо хід — як у лівої різі.

Поверхневі дефекти малі в одному вимірі і значно більші в двох інших. До цих дефектів належать границі зерен, границі фрагментів і блоків. Конструкційні метали та їх сплави мають полікристалічну будову: вони складаються із безлічі дрібних кристаликів — зе­рен. Сусідні зерна мають неоднакову орієнтацію кристалічних ґраток. Між зернами існують вузькі перехідні зони шириною до декількох атомних діаметрів — грани­ці зерен із нерегулярним розташуванням атомів. На границях концентруються дислокації та домішки. Зерно не є кристалом ідеальної будови. Воно складається з фрагментів, а фрагменти — з блоків. Ґратки сусідніх фрагментів розорієнто- вані на кут до кількох градусів, а ґратки сусідніх блоків — на кут менший за один градус. На границях фрагментів і блоків концентруються дислокації. Об⁹ємними можна вважати локальні нагромадження точко­вих дефектів — вакансій, а також газові порожнини, мікротрі- щини й неметалеві вкраплення.