Дефекты кристаллической решетки

Дефект кристаллической решетки - отклонение кристаллической решетки от ее идеального периодического строения.

Дефекты оказывают существенное влияние на физические свойства кристаллов.

Различают точечные дефекты (вакансии); линейные дефекты (дислокации); и

объемные дефекты: трещины, поры, раковины и т.д.

Дислокация - в кристаллах - линейный дефект кристаллической решетки, представляющий собой нарушение правильного чередования атомных плоскостей.

Вакансия - в кристаллах - отсутствие атома или иона в узле кристаллической решетки. Вакансии находятся в термодинамическом равновесии с кристаллической решеткой, они возникают и исчезают в результате теплового движения атомов.

Помимо этого есть ещё специфические дефекты полупроводников.

Акцептор - дефект кристаллической решетки полупроводника, в виде примесного атома, который может захватывать электроны из валентной зоны у доноров, образуя при этом дырки, участвующие в электропроводности.

Донор - дефект кристаллической решетки полупроводника, способный отдавать электроны в зону проводимости.

Доноры в полупроводниковом кристалле могут быть обусловлены примесью или дислокациями.

С физической точки зрения дефекты это нарушения порядка атомов или ионов в структуре. Различают дефекты по Шотки (незанятые узлы решетки) и дефекты по Френкелю (смещение местоположения ионов).

Две вакансии противоположного знака образуют дефект по Шотки.

Пара, состоящая из межузельного иона и оставленной им вакансии, называется дефектом по Френкелю.

5. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла

Пластическая деформация – необратимое изменение формы и размеров материала под действием нагрузки без раз- рушения.

1. Пластическая деформация начинается в металле, когда напряжение достигает предела текучести.

При этом в некоторых зернах поликристалла начинается движение дислокаций по плоскостям скольжения, вдоль которых действуют наибольшие сдвиговые напряжения (рис. 1, б). При увеличении нагрузки сдвиг начинается и в других зернах, где плоскости скольжения ориентированы менее благоприятно.

2. Пластическая деформация приводит к изменению формы зерен – они вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла (рис. 1, в).

3. Одновременно с движением дислокаций происходит увеличение их количества, растет искаженность кристаллической решетки. Это все более затрудняет скольжение дислокаций, а значит и пластическую деформацию – металл упрочняется, а его пластичность падает.

Наклеп – увеличение прочности материала под действием пластической деформации. Одновременно с этим растет электрическое сопротивление, коэрцитивная сила металла, но уменьшается его пластичность, коррозионная стойкость, магнитная проницаемость.

Такую обработку (иначе называют – нагартовка) широко применяют в технике для поверхностного упрочнения деталей. Листовой металл для штамповки часто поставляют потребителю в наклепанном состоянии.

4. При больших степенях деформации зерна очень сильно вытягиваются (рис. 1, г) и металл приобретает волокнистое

(строчечное) строение.

В исходном (отожженном) состоянии металл был изотропен (его свойства одинаковы в разных направлениях), так как внутри равноосных зерен кристаллическая решетка была ориентирована в пространстве случайным образом.

В холоднодеформированном металле механические свойства вдоль направления прокатки и поперек ее резко отличаются. Причина в том, что поперек прокатки встречается много границ зерен, которые обычно ослаблены скоплением вредных примесей и менее прочны.