Поверхностные дефекты

Эти дефекты малы только в одном измерении. Они представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или их блоками (субзернами) поликристаллического металла.

Каждое зерно металла состоит из отдельных блоков, или субзерен, образующих так называемую мозаичную структуру, или субструктуру (рисунок 8, а). Зерна металла обычно разориентированы относительно друг друга на величину, достигающую от нескольких долей градуса (малоугловые границы) до нескольких градусов или нескольких их десятков (высокоугловые границы).

Блоки, или субзерна, повернуты по отношению друг к другу на угол от нескольких секунд до нескольких минут (малоугловые границы), имеют размеры на три-четыре порядка величины меньше размеров кристаллитов (10^-6 – 10^{-4 см). В пределах каждого блока, или субзерна, решетка почти идеальная, если не учитывать точечных несовершенств. Размеры блоков, или субзерен, оказывают большое влияние на свойства металла.}

Границы между отдельными кристаллитами (зернами) представляют собой переходную область шириной в 5-10 межатомных расстояний, в которой решетка одного кристалла, имеющего определенную кристаллографическую ориентацию, переходит в решетку другого кристалла, имеющего иную кристаллографическую ориентацию. В связи с этим на границе зерна атомы расположены менее правильно, чем в объеме зерна. Кроме того, по границам зерен в технических металлах концентрируются примеси, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов. Несколько меньшие нарушения наблюдаются на границах блоков или субзерен.

Границы блоков, а также малоугловые границы зерен образованы дислокациями (рисунок 8, а). С увеличением угла разориентировки блоков или субзерен и уменьшения их величины плотность дислокации в металле увеличивается. Вследствие того, что в реальном поликристаллическом металле протяженность границ блоков и зерен очень велика, количество дислокаций в таком металле огромно (10⁴ – 10¹² см^-2). Атомы на границах зерен (или субзерен) имеют повышенную потенциальную энергию. Такую повышенную энергию имеют и атомы, расположенные на поверхности кристалла, вследствие нескомпенсированности сил межатомного взаимодействия.

Рисунок 8 – Блочная (мозаичная) структура металла:

а – схема зерна и блочной структуры, б – реальная блочная структура металла ( 20000); в – дислокационная структура границ блоков ниобия ( 44000)

Плотность дислокации экспериментально определяют путем подсчета числа выходов дислокации, пересекающих единицу площади металлографического шлифа. При травлении металлографического шлифа на его поверхности можно выявить ямки или точки, соответствующие выходу дислокации. Плотность дислокации определяют также непосредственно изучая структуру тонких пленок металла «на просвет» в электронном микроскопе.

Выводы по лекции

Дефекты кристаллического строения металлов подразделяются по геометрическим признакам на точечные, линейные и поверхностные. Точечные дефекты малы во всех трех измерениях, к ним относятся вакансии, или «дырки». Линейные несовершенства имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Эти несовершенства называются дислокациями. Поверхностные дефекты малы только в одном измерении. Они представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или их блоками (субзернами) поликристаллического металла.