1.7 Типи кристалів та їх дефектизнаку завжди оточені іонами протилежного заряду.

Типовим пред-вегакни итлиюяуосзриутед^сришрясто^ . 8,6;

в) атомні кристали, напрИЕСлад, (їе, Зі, Р, Ав, БЬ, Ві, Эе, Те, т, віОг, утворюються за рахунок ковалентного зв'язку. Координаційне число дорівнює 8-Ы, де N - номер групи в періодичній системі елементів. Наприклад, атоми елементів 4-ї групи вуглець, германій, кремній, ма­ють по чотири валентних електрони. До повного заповнення електро­нної оболонки не вистачає ще чотирьох електронів. Тому кожний атом утворює ковалентний зв'язок з чотирма атомами, і формується крис­талічна гратка типу алмазу, рис1.8,в. Деяким твердим тілам властива не одна, а декілька кристалічних структур, які стійкі при різних умовах. Ця властивість називається поліморфізмом. Наприклад, вуглецьіснує у двох поліморфних формах: типу алмазу (рис.1.8,в) і графіту (рис.1.8,г) з гексагональною кристалічною граткою;

г) метали мають кристалічні гратки: кубічну гранецентровану (рис1.8.а), гексагональну щільної упаковки (рис.1.8,д), кубічну об'ємноцентровану (рис.1.8,е);

д) гратку з водневим зв'язком має лід.

Описана вище ідеальна структура кристалів з дальнім порядком розміщення атомів в реальних умовах не існує. Термодинамічно рів­новажною є структура з різними видами недосконалості (дефектами). Всі дефекти поділяються на точкові і просторові.

До точкових дефектів відносяться: а) дефекти за Френкелем (рис.1.9,а), коли деякі атоми за рахунок те­плової енергії покидають своє місце і переходять у простір між вузла­ми.

 

Цей атом, як і утворена вакансія, рухаються по кристалу. Вакансія пе­реміщується внаслідок поестафетного її заповнення іншими регуляр­ними атомами;

б) дефекти за ІІІотткі. коли поверхневий атом повністю втрачає зв'язок з     кристалом  („випаровуються") і  переходить в пару

(рис. 1.9,6), або частково втрачає зв'язок з поверхнею і переходить в положення над поверхнею (часткове „випаровування") (рис. 1.9,в). При заміщенні вакансії атомами із глибини кристалу, вона затягується в об'єм; в) домішкові атоми заміщення,

а)

 

рис.1.10,а), коли сторонній атом замінює регулярний, і домішкові атоми впровадження, рисі.10,6), коли інший атом знаходиться у міжвузловому просторі. Сучасними методами очищення можна одер­жувати матеріали, які містять до 10"9% домішки. Така чистота анало­гічна наявності у 10 тонах пшениці одного зерна ячменю. Просторові дефекти - це:

а) мозаїчна структура. Кожний монокристал складається із монокри-сталічних блоків розмірами від 10"6 до ІО^м, які мають різну орієнта­цію. Кут розорієнтації складає декілька хвилин. У місцях стикання блоків виникає перехідний шар, у якому відбувається перехід від од­нієї орієнтації до іншої. Зовнішній вигляд поверхні такого кристалу нагадує мозаїку;

б) дислокації. Поняття дислокацій було введено при теоретичному розрахунку міцності кристалів на зсув. Згідно з теорією під дією ско­люючої напруги відбувається перемикання міжатомних зв'язків по всьому кристалу, тобто відбувається зсув однієї частини кристалу від­носно іншої одночасно по всій площині ковзання. Але виявилось, що теоретична міцність на 3-4 порядки більша від експериментально ви­міряної. Така розбіжність була пояснена тим, що зсув і перемикання зв'язків відбувається не по всьому кристалу, а тільки в його частині. Внаслідок цього в одній частині кристалу виникає недобудована пло­щина М (рис. 1.11), яка називається екстраплощиною. Границя О, по-відбувся зсув, від області КМОН не охопленої зсувом, називається лінійною дислокацією. Лінія о - центр дислокації. Вектор Ь, в напрям­ку якого відбувся зсув, називається вектором зсуву, або вектором Бю-ргерса.

Відстань між атомами в частині кристалу з екстраплощиною менша від нормальної (гратка стиснута), інша частина розтягнута. На рисі.11 дислокації а) і б) мають протилежні знаки - одна позитивна, інша негативна.

при   деформації зсуву

Якщо

відбувається неповний одиничний зсув, наприклад, при різанні ножицями (рис 1.12), виникають гвинтові дислокації (правогвинтові і

лівогвинтові). АВ - вісь дислокації.

Дислокації в кристалі виникають в процесі його утворення при зростанні блоків (рисі.13), при деформаціях (наклеп, прокатка, ковка).

Дислокації можуть рухатись по кристалу, долаючи перешкоди у виді різних дефектів, як це показано на рис. 1.14. При цьому поблизу дефектів накопичується велика кількість дислокацій, що може привести до появи мікротріщини, і, як наслідок, до руйнування кристалу.

Тому для підвищення міцності необхідно: а) формувати бездислока-ційні кристали, що технологічно скла­дно. Такі кристали мають невеликі розміри, порядку Юмкм, так звані „ву-

Рисунок 1.14си". їхня міцність близька до теоретично розрахованої; б) перешкодити накопиченню дислокацій в одному місці. Для цього необхідно обмежити їхню рухливість, що досягається створенням ве­ликої концентрації дефектів. Це досягається введенням легуючих до­мішок і гартуванням. При гартуванні утворюються дефекти за Френ­келем і за Шотткі, які при швидкому охолодженні не зникають, а „за­морожуються".