Глава 2. Особенности строения реальных кристаллов
В реальных кристаллах расположенные частицы не являются строго регулярными, т.к. в решетке есть дефекты и атомы разных компонентов.
§1. Дефекты кристаллической решетки
1. Точечные дефекты (соизмеримые с периодом решетки)
Вакансии – не занятые узлы, возникают:
- при повышении температуры;
- при облучении.
Значение: вакансии создают условия для перемещения атомов в решетке, если есть не занятый узел, то атомы могут перемещаться, следовательно, происходит диффузия.
Чем выше температура, тем больше вакансий, СV ~ e-Q/(kT) ≈ eT.
2.Линейные дефекты (один размер >> других)
Дислокация – недостроенная плоскость, длина ее искажена.
АЕ – вектор Бюргерса, показывает:
- меру искаженности;
- направление, в котором перемещается дислокация.
Дислокации возникают при:
- кристаллизации расплава;
- пластической деформации.
Значение: дислокации создают условия для пластической деформации кристалла.
Линейные и точечные дефекты есть в любом кристалле.
3.Поверхностные дефекты (только в поликристаллах)
Возникают при кристаллизации Ме.
Значение: облегчают перемещение атомов, как туннель скапливают все вредные примеси.
Выводы:
- Вблизи любого дефекта решетка искажена, атомы смещены от положительного равновесия (межатомное взаимодействие более сильное), соответственно, все дефекты создают дополнительное упрочнение:
рис.19
Предельное количество дефектов 1014.
σ0 – предел текучести материала с обычным количеством дефектов (106).
- Чем мельче зерно, тем больше суммарная протяженность границ, тем выше дополнительное упрочнение, σy = σ0 + K/Dзерна1/2. Последнее слагаемое характеризует дополнительное упрочнение.
- Дефекты создают условия для диффузии и пластической деформации, следовательно, позволяют воздействовать на строение и свойства кристаллов.
§2. Строение сплавов
Сплавы – все, что состоит из сплавов кристаллов.
Фаза – обособленная часть сплава, имеющая собственное строение, состав, свойства.
Фазы бывают двух видов – твердые растворы и промежуточные фазы.
1. Твердые растворы
Это фазы, при образовании которых атомы В расположен в решетке атомов А – решетке растворителя. Всегда переменный состав.
Твердые растворы бывают:
1) растворами замещения, атомы В стоят в узлах вместо атомов А.
Условие для твердых растворов замещения: если 
< 7-8% и решетки одинаковы, то растворимость неограниченна, если = 8-15%, то она ограничена, если > 15%, то вещества нерастворимы.
2) растворами внедрения, когда атомы В стоят между узлами или в порах атомов А.
Условие для твердых растворов внедрения: RB ≤ 0,59RA. Например,
Rпоры ГЦК ≤ 0,41RA, Rпоры ОЦК ≤ 0,29RA.
Вывод: вблизи любого растворенного атома решетка искажена, поэтому они вносят дополнительное упрочнение.
, где
σ0 – упрочнение растворителя;
- дополнительное упрочнение;
х – процент атомов В.
Аксиома: любой твердый раствор всегда прочнее растворителя. Также прочны твердые растворы внедрения.
2. Промежуточные фазы
Имеют собственную кристаллическую решетку, отличную от решеток А и В, обозначаются АnВn (фаза постоянного состава), ω (фаза переменного состава).
Есть два класса:
1. Ме-Ме.
Пример:
● Электронные фазы l/n (3/2, 21/13, 7/4), где l – число валентных электронов, n – число атомов, например, CuZn, Cu5Zn8, CuZn3;
● Фазы Лавеса А2В, если RB>>RA (20%), например, Fe2Mo.
2. Ме-нМе.
Пример:
FeO, FeS;
Cr23C6, TiC, W2C – карбиды;
Fe2N, Fe4N – нитриды;
Супертвердые вещества.
Вывод: если промежуточная фаза образуется, то связи А с В сильнее, чем А-А и В-В, значит, связи будут более прочные, как правило прочнее, чем А-А и В-В.
Реальные кристаллы всегда имеют искаженную решетку. Чем выше суммарное искажение, тем кристаллы будут прочнее. Но одновременно будет ниже пластичность, электропроводность, хуже электропроницаемость, магнитные свойства, коррозионная стойкость.
Структура:
1. Макроструктура (визуально) – изломы, трещины.
2. Микроструктура (оптический микроскоп, увеличение до 2000 раз, видны частицы фаз).
3. Тонкая структура (электронный микроскоп, увеличение до 1000000 раз, видны дефекты).