Теоретические основы прогрессивных технологий. Попов В.Ф - 10 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ РЕАЛЬНЫХ
КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: ознакомиться со свойствами и структурой кристаллов. Изучить дефекты в реальных
кристаллах и их влияние на свойства материала.
Приборы и принадлежности: оптические микроскопы, монокристаллы и поликристаллы различных
материалов, реактивы для выявления дислокаций методом травления в LiF или NaCl, объект-
микрометр.
Методические указания
Кристаллом называют бесконечное упорядоченное расположение атомов в пространстве.
Важнейшим свойством всех кристаллических материалов явля-
ется анизотропия свойств – зависимость свойств материала от на-
правления. Это объясняется тем, что в каждом направлении в кри-
сталле расстояние между атомами или молекулами, а значит и си-
лы взаимодействия между ними будут строго определенными. Это
проявляется прежде всего в свойствах кристаллов самоограняться.
Другой важнейшей характеристикой является постоянство углов
между сходными гранями у монокристаллов одного и того же ве-
щества, где бы их не обнаружили – в природе или изготовили ис-
кусственно. Это является следствием важнейшего свойства всех
кристаллических веществ – трансляционной симметрии. Согласно ей любой кристалл можно предста-
вить составленным из множества одинаковых кирпичиков – элементарных ячеек.
Реальные кристаллы содержат большое количество нарушений в упорядоченном расположении
атомов. По их величине (в сравнении с размером атома) дефекты разделяют на точечные, линейные,
плоские (поверхностные) и объемные.
Точечные дефекты (межузельные атомы, вакансии, атомы замещения и внедрения) малы по своим
размерам и не видимы даже в самом мощном оптическом микроскопе (рис. 3.1). Однако своим присут-
ствием они искажают кристаллическую решетку, поэтому меняют свойства материала. Управляя коли-
чеством точечных дефектов (например, с помощью термической обработки) можно получить необхо-
димый уровень свойств материала.
Дислокации (линейные несовершенства) также соизмеримы с раз-
мерами атома в двух направлениях, но в третьем – могут простираться
через весь кристалл. Это важнейший вид дефектов кристаллического
строения (рис. 3.2). Он определяет физические и особенно механиче-
ские свойства металлов и неметаллов. Пластическая деформация в
кристаллах происходит за счет движения и размножения дислокаций.
Если дислокаций мало или они не могут двигаться (закреплены), мате-
риал будет твердым и хрупким. В случае, если в материале дос-
таточно дислокаций и плоскостей (на рис. 3.2 показана пунктиром), в
которых они легко скользят (кристаллы с ГЦК решеткой – Ag, Cu, Ni,
Au, Pt и др.), – он будет пластичным и вязким.
Примерами плоских дефектов являются границы зерен и поверхность кристалла. Их размеры вели-
ки в двух направлениях и порядка нескольких межатомных расстояний по толщине.
В поликристаллах при затвердевании образующиеся зародыши ориентированы в пространстве слу-
чайно. Поэтому когда кристаллизация заканчивается, кристаллиты (зерна) срастаются случайным обра-
зом с образованием дефектов – границ зерен (рис. 3.3). На границах зерен меняется направления кри-
сталлической решетки, одинаковой в соседних зернах. Другой пример – межфазные границы, разде-
ляющие кристаллиты с разной решеткой и даже с различным химическим составом. Границы зерен –
слабое место в поликристалле. Здесь легче идет диффузия атомов, некоторые из них (обычно вредные
Рис. 3.1 Точечные дефекты в кристаллах:
1 – вакансия; 2 – межузельный атом;
3
–
атом замещения; 4
–
атом внед
р
ения
Рис. 3.2 Краевая дислокация
в кристалле
τ
2
3
4
1

Страницы