Поверхностные и объёмные дефекты

К поверхностным дефектам относятся границы зерен и блоков, дефекты упаковки, двойниковые границы, доменные стенки. Рассмотрим эти дефекты на примере металлов, поскольку они используются в технике. Внутренняя структура металла состоит из большого числа кристаллитов неправильной формы, называемых зернами, или кристаллитами. Границы между отдельными кристаллитами (зернами) представляют собой переходную область шириной в 5–10 атомных размеров, в которой решетка одного кристалла переходит в решетку другого кристалла, имеющего иное кристаллографическое направление. По границам между зернами металла нарушается правильность строения кри­сталлической решетки (рис. 2.10). Разориентировка между соседними зернами составляет от нескольких до десятков градусов. Граница между зернами назы­вается большеугловой границей.

Рис. 2.10.Дефектный пограничный слой между зёрнами

Каждое зерно металла состоит из отдельных блоков – субзёрен. В пределах каждого субзерна (блока) решетка почти идеальна (рис. 2.11). Разориентировка между соседними субзёрнами составляет от нескольких секунд до нескольких минут (малоугловые границы). Малоугловые границы имеют дислокационное строение.

Любые включения всегда служат концентраторами напряжений и местами, в которых зарождаются дефекты структуры. Множество объёмных дефектов образуется как внутри, так и на поверхности при росте кристаллов. В природных и лабораторных условиях при росте кристаллов встречаются случаи полу­чения кристаллических агрегатов, образованных несколькими сросшимися кри­сталлами. Один кристалл нарастает на другой так, что кристаллографическая ориентация в обоих кристаллах одинакова.

Рис. 2.11.Блочная структура зерна и металла

Двойником называется сросток двух однородных кристаллов, в котором один кристалл отличается от другого зеркальным отражением в плоскости симметрии (рис. 2.12). Двойникованием называют явление симметричной переориентации областей кристаллической решетки. Решетка внутри двойнико­вой прослойки является зеркальным отображением решетки в остальной части кристалла.

Рис. 2.12.Двойниковая граница

В кристаллах существуют двойники роста и механические двойники, которые образуются в результате пластической деформации под действием механи­ческих нагрузок. Для каждого класса симметрии существуют свои типы двой-никования. Так, для кубического кристалла характерными являются срастания по плоскостям (100), а также двойники по пиритовому (200) или шпинельному (111) закону с поворотом оси двойникования на 180°.

Дефекты упаковки – локальные изменения расположения плотно упако­ванных плоскостей в кристалле (нарушена последовательность упаковки сло­ев). Порядок упаковки слоев атомов в решетке обозначается буквами А, В, С. Порядок укладки для ГЦК–решетки: АВСАВСАВС…; для ГПУ–решетки (рис. 2.13): АВАВАВАВ… Примером дефекта упаковки в трёхслойной системе служит дефект упаковки типа: АВСАВСАВАВАВСАВС…

Рис 2.13. Плотноупакованная плоскость АВАВАВАВ…

   К объёмным, или трехмерным, дефектам кристаллической решетки относятся трещины и поры (рис. 2.14). К объёмным дефектам относятся скопле­ния вакансий в виде пор и каналов, скопления частиц, оседающих на различных дефектах (например, пузырьки газа), а также скопления примесей в виде секто­ров и зон роста. Объемные дефекты имеют большую протяженность во всех трёх измерениях. Острые края всевозможных трещин, пустот являются концен­траторами напряжений. Объёмные дефекты снижают пластичность кристаллов, влияют на прочность, электрические, оптические и магнитные свойства кри­сталла так же, как и дислокации.

Рис. 2.14.Трещина в металле