Точечные дефекты в металлах

В этих формулах Е – везде энтальпия образования.В таблице 1 приведено число скачков в секунду в ГЦК – металле для различных значений энергии миграции, предполагая, чтоиexp (-/k) ~ 1.Таблица 1 – Оценка количества скачковв секунду для точечного дефекта с энергией миграции[18]Энергия миграции , эВТемпература, °К7730077312730,13,2×1062,1×10112,2×10124,0×10120,5<< 14,6×1075,8×1091,1×10111,0<< 1<< 13,4×1061,2×1092,0<< 1<< 11061,4×1052.2Методы определения вакансийкристаллической решеткиМетоды определения концентрации вакансий могут быть разделены на две группы: прямые и косвенные.Прямые методы связаны с непосредственным измерением линейных размеров образца при изменении в нем концентрации вакансий.В косвенных методах концентрация вакансий определяется по изменению физических свойств, которые зависят от наличия вакансий.Принцип прямого измерения состоит в следующем. При рождении вакансии атом из узла решетки перескакивает или на поверхность кристалла, или на границу зерна, или на дислокацию, и в металле освобождается один незанятый атомом узел. При этом объем металла должен был бы увеличиться на величину одного атома (лишнего узла решетки), а при большом числе вакансий – на величину ΔV.С другой стороны,возникновение вакансии приводит к упругому смещению окружающих атомов в сторону вакансии и к уменьшению среднего параметра кристаллической решетки a. Эта релаксация распространяется к поверхности кристалла как упругий сдвиг, который заставляет кристалла сжиматься.Таким образом, суммарное относительное изменение объема образца складывается из относительного изменения количества вакансий и относительного изменения параметра решетки:поэтомуПриведенную формулу можно использовать, для описания дефектов, увеличивающих и уменьшающих объем. Поэтой причине, если преобладающими точечными дефектами будут межузельные атомы, то значение будет отрицательным. Измерение параметра решетки производят при помощи рентгеноструктурного анализа, а общего объема – методом гидростатического взвешивания.Ценные сведения о дефектах кристалламогут быть получены изучением внутреннего трения– затухания механических колебаний. Если взять кристалл в равновесном состоянии, то при изменении температуры происходит монотонное изменение величины внутреннего трения. Появление пика на кривой является свидетельством влияния на равновесие системыкакого-либо эффекта. Для многих наклепанных при низких температурах металлов наблюдается целый ряд пиков внутреннего трения. Эти пики исчезают при комнатной температуре, и на них не влияет кристаллическая структура. Такое затухание механических колебаний обусловлено движением и исчезновением точечных дефектов в поле напряжений.ЗаключениеТочечные дефекты малы во всех трех измерениях, и размеры их не превышают нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся: вакансии (дефекты Шоттки), т. е. узлы решетки, в которых атомы отсутствуют. Вакансии чаще образуются в результате перехода атомов из узла решетки на поверхность или полногоиспаренияс поверхности кристалла и реже в результате их перехода в межузлие.В кристалле всегда имеются атомы,кинетическаяэнергиякоторых значительно выше средней, свойственной заданной температуре нагрева. Такие атомы, особенно расположенные вблизи поверхности, могут выйти на поверхность кристалла, их место займут атомы, находящиеся дальше от поверхности, а принадлежащие им узлы окажутся свободными, т. е. возникнут тепловые вакансии.Источниками тепловых вакансий, т. е. возникающих при нагреве, являются свободные поверхности, границы зерен, пустоты и трещины. При комнатной температуре концентрация вакансий сравнительно невелика и составляет порядка 1 на 1018 атомов. С повышением температуры концентрация вакансий возрастает. Быстрым охлаждением от температуры близкой к плавлению можно зафиксировать эти вакансии при нормальной температуре (закалочные вакансии).Кристалл, находящийся при данной температуре в термодинамическом равновесии, имеет равновесную концентрацию тепловых вакансий. При данной температуре в кристалле создаются не только одиночные вакансии, но и двойные, тройные и их группировки. Большинство вакансий являются двойными (так называемыедивакансии).Вакансии образуются не только в результате нагрева, но и в процессе пластической деформации,рекристаллизациии при бомбардировке металла атомами или частицами высоких энергий.Межузельные атомы (дефекты Френкеля) образуются в результате перехода атома из узла решетки в межузлие. На месте атома, вышедшего из узла решетки в межузлие, образуется вакансия.В плотноупакованных решетках, характерных для большинства металлов, энергия образования межузельных атомов в несколько раз больше энергии образования тепловых вакансий. Поэтому в металлах очень трудно возникают межузельные атомы и основными точечными дефектами являются тепловые вакансии.Точечные дефекты вызывают местное искажениекристаллическойрешетки. Смещения (релаксация) вокруг вакансии возникают обычно в первых двух-трех слоях соседних атомов и составляют доли межатомного состояния. Вокруг межузельного атома в плотноупакованных решетках смещение соседей значительно больше, чем вокруг вакансий.Точечные несовершенства появляются и как результат присутствия атомов примесей, которые имеются даже в самом чистом металле. Атомы примесей или замещают атомы основного металла в кристаллической решетке или располагаются в межузлии, искажая решетку. Наличие вакансий предопределяет возможность диффузии, т. е. перемещение атомов вкристаллическомтелена расстояния, превышающие средние межатомные для данного металла.Если перемещения атомов не связаны с изменением концентрации в отдельных объемах, то такой процесс называется самодиффузией.Диффузия, сопровождающаяся изменением концентрации, происходит в сплавах или металлах с повышенным содержанием примесей и называется гетеродиффузией.Атомы металла при самодиффузии, а также примеси, атомы которых замещают атомы основного металла вкристаллическойрешетке, перемещаются путем обмена местами с вакансиями; примеси, располагающиеся в межузлии передвигаются путем перехода из одного межузлия в другое. Точечные дефекты Шоттки и Френкеля влияют на некоторые физические свойства металла (электрическуюпроводимость, магнитные свойства и др.), а также нафазовыепревращенияв металлах и сплавах.Список использованных источников1. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.2. Дамаск А., Динс Дж. Точечные дефекты в металлахМ.: Мир, 1966. – 292 с.3. ПокачаловВ.В., Тулупов С.А.Дефекты кристаллического строения металлов. – Магнитогорск, 2012.4. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металловУчебное пособие. – М.: Металлургия, 1975. – 208 с.5. Дефекты в твердых телах и их влияние на свойства функциональных материаловАсабина Е.А. Электронное учебно-методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. – 65 с.6. Кнотько А.В., Пресняков Е.А., Третьяков Ю.Д. Химия твердого тела. - Academa М, 2006. – 301 с.7. Ковтуненко П.В. Физическая химия твердого тела. - М. Высш. шк., 1993. – 352 с.8. Бутягин П.Ю. Химическая физика твердого тела. – М.: Издательство МГУ, 2006. – 272 с.9. Готтштейн Г. Физико-химические основы материаловедения, БИНОМ. М.: Лаборатория знаний. – 2014.10. Лейбфрид Г., Бройер Н. Точечные дефекты в металлах, М.: Мир. – 1981.11. Кончаков Р.А., Макаров А.С., Афонин Г.В. Кретова М.А. Соотношение между сдвиговой и дилатационной упругой энергией межузельных дефектов в металлических кристаллах // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 109, вып.7.С. 473-478.12. Штремель М.А. Прочность сплавов. Дефекты решетки. М.: Металлургия. – 1982. – 280 с.13. Келли А., Гровс Дж. Кристаллография и дефекты в кристаллах. М.: Мир. 1974. – 496 с.14. Смирнов А.А. Молекулярно-кинетическая теория металлов. М: Наука, 1966. – 488 с.15. Орлов А.Н., Трушин Ю.В. Энергии точечных дефектов. М.: Энергоатомиздат,1983. – 82с.16. Огородников В.В., Ракицкий А.Н., Роговой Ю.И. Расчет энергий образования вакансий в металлах. // Порошковая металлургия, 1988.17. Брейлсфорд А., де Шатель П. Линейное натяжение дислокаций. В кн. Актуальные вопросы теории дислокаций. М.: Мир, 1968.18. МаксимовЕ. Г. "Точечные дефекты вметаллах", 1979.19. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. – М.: Металлургия, 1973. – 584 с.