Дефекты строения реальных кристаллов.

Существующие в природе кристаллы, которые получили название реальных, не обладают совершенной атомно-кристаллической структурой. Их решетки имеют различного рода дефекты, т.е. отклонения от правильного периодического расположения атомов.

Дефекты кристаллического строения с учетом их пространственного измерения подразделяют на точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхностные (двухмерные) и объемные (трехмерные).

Точенными дефектами называются такие нарушения периодичности кристаллической решетки, размеры которых по всем трем пространственным координатам соизмеримы с размером атома. К точечным дефектам относятся (рис.2,а):

- междоузельные или дислоцированные атомы, вышедшие из положения равновесия и перемещенные в позицию между узлами решетки;

- вакансии или пустые узлы кристаллической решетки;

- примесные атомы.

Рис. 2. Дефекты кристаллического строения:

а - точечные (1 - дислоцированный атом; 2 - вакансия;

3 - примесный атом внедрения); б - линейные (τ - вектор сдвига);

в - поверхностные (α - угол разориентировки субзерен)

Линейные дефекты, или дислокации, - это линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла. Так называемые краевые (линейные) дислокации возникают вследствие появления в кристалле неполной атомной плоскости, которая называется экстраплоскостью (плоскость ABED на рис.2,б). Линия AD, т.е. край экстраплоскости, и будет краевой дислокацией. Длина дислокаций может достигать размера всего кристалла, в поперечном же сечении размеры дефекта невелики и не превышают нескольких межатомных расстояний.

Образование дислокаций происходит обычно в процессе первичной кристаллизации. Однако при пластической деформации, термической обработке и других процессах плотность дислокаций может существенно изменяться, оказывая очень сильное влияние на механические свойства металлов и сплавов. Наиболее простой и наглядный способ образования дислокаций в кристалле - сдвиг (рис.2,б). Если верхнюю часть кристалла сдвинуть относительно нижней на одно межатомное расстояние и зафиксировать положение, когда сдвиг охватил не всю плоскость скольжения, а только ее часть ADCF, то граница между участком, где скольжение уже произошло, и участком в плоскости скольжения, в котором скольжение еще не произошло, и будет линейной дислокацией.

Поверхностные дефекты (рис.2,в) представляют собой поверхности раздела (границы) между отдельными зернами и субзернами в поликристаллическом металле. Зерна разориентированы, повернуты относительно друг друга на несколько градусов. По границам зерен скапливаются дислокации и вакансии, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов. К поверхностным дефектам относятся двойники (симметрично переориентированные области кристаллической решетки) и дефекты упаковки (локальные изменения расположения плотно упакованных плоскостей в кристалле).

Объемные дефекты представляют собой поры, макротрещины и другие подобные несплошности металла.