Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
9.8.4. Дислокации и границы блоков
В тех случаях, когда угол разориентации двух соседних зерен поликристаллического материала мал, границу раздела этих зерен можно рассматривать как сетку дислокаций. Кристалл, изображенный на рис. 9.28, содержит шесть положительных краевых дислокаций, заканчивающихся на различной высоте. Каждая из них несколько увеличивает ширину верхней части кристалла по сравнению с нижней, так что суммарный эффект присутствия на одной границе нескольких дислокаций с одинаковой ориентацией сводится к угловой разориентации двух областей одного и того же кристалла. Поверхность, на которой заканчиваются дислокации (она перпендикулярна плоскости рисунка), можно рассматривать как границу между левой и правой частями кристалла, существующую несмотря на то, что непрерывность кристаллической структуры на этой границе в целом не нарушается. Границы такого типа называются малоугловыми границами зерен. Доменная, или мозаичная, структура монокристаллов (рис. 9.13) также может быть описана в рамках представлений о малоугловых границах.
Угловую разориентацию двух зерен легко рассчитать из следующих соображений. Если через кристалл толщиной 1 мкм
Рис. 9.28. Скопление краевых дислокаций, приводящее к образованию малоугловой границы.
28—1169
434
9. Дефекты в кристаллах и нестехиометрия
(т. е. 10 000 А) проходят пять положительных краевых дислокаций, образующих малоугловую границу, то с одной стороны кристалл утолщается на 5 атомных плоскостей (т. е. примерно на 10 А) по сравнению с противоположной стороной. Угол раз-ориентации зерен составляет тогда б = Ь%~1 (10/10000) =0,057°. Малоугловые границы иногда удается выявить, подобрав удачно режим травления поверхности, но для того, чтобы в оптическом микроскопе можно было увидеть отдельные ямки травления, они должны иметь размер >1—2 мкм и находиться примерно на таком же расстоянии друг от друга. Дислокационная модель строения малоугловых границ «работает» при угловой разориен-тации, не превышающей нескольких градусов.
При разориентации, достигающей 10—20°, краевые дислокации должны были бы располагаться настолько близко друг к другу, что их раздельное существование становится невозможным. Доменная структура монокристаллов проявляется в уширении рентгеновских отражений по сравнению с шириной ожидаемой для идеального монокристалла. Таким образом угловая разориентация зерен или доменов может быть исследована двумя независимыми способами — по уширению рентгеновских рефлексов и путем подсчета ямок травления; результаты этих методов хорошо согласуются между собой. Хотя вопрос о поверхностной энергии кристаллов выходит за рамки этой книги, тем не менее стоит упомянуть о том, что экспериментально найденные и теоретически рассчитанные энергии границ зерен хорошо соответствуют друг друга. Так, предел. упругости, рассчитанный Ридом и Шокли на основании дислокационной модели границ зерен, удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными, полученными на поликристаллах Ре51, имевших разориентацию соседних зерен вплоть до 30°.
Упражнения
9.1. Объясните, почему дефектность всех кристаллических тел возрастает ¦с повышением температуры.
9.2. Используя данные, приведенные на рис. 9.4, рассчитайте энтальпию образования дефектов Френкеля в А^С1.
9.3. Какие дефекты должны доминировать в следующих кристаллах: а) N^€1, легированный МпС12; б) ЪхО%, легированный У203 (гл. 10, 13); в) СаР2, легированный УР3; г) 51, легированный Аэ (гл. 14); д) А1, раскованный в тонкую пластину; е) \У03 после нагревания в восстановительной атмосфере.
9.4. Объясните, почему медь — гораздо более мягкий металл, чем воль-¦фрам.
9.5. Как изменится рентгенограмма порошка р'-латуни в результате упорядочения атомов Си и 2п (рис. 9.11)? Отличаются ли рентгенограммы р- и ф'-латуней?
9.6. При низкой концентрации дефектов для анализа равновесий послед-
Литература
435»
них применяется закон действующих масс. С какими трудностями могут быть связаны попытки применения этого метода к равновесиям с большими концентрациями дефектов?
9.7. Для какого типа дислокаций характерно следующее сочетание признаков: а) вектор Бюргерса параллелен направлению сдвига и перпендикулярен направлению дислокации; б) вектор Бюргерса перпендикулярен направлению' сдвига и параллелей линии дислокации?
9.8. Укажите предполагаемые направления скольжения в следующих материалах: а) Ъ\\\ б) а-Ре; в) Си; г) ЫаС1.
9.9. Полагая энтальпию образования дефектов Шоттки в ЫаС1 равной: 2,3 эВ, а долю вакантных узлов при 750 °С Ю-5, рассчитайте равновесную-концентрацию дефектов Шоттки в &аС1 при следующих температурах (°С)~ а) 300; б) 25.
Литература
1. Abbink Н. С, Martin D. S., J. Phys. Chem. Solids, 27, 205 (1966).
2. Anderson J. S., Bull. Soc Chim. France, 7, 2203 (1969).
3. Anderson J. S., J. Chem. Soc. (Dalton), 1973, 1107 (1973).
4. Barr L. W., Lidiard А. В., Defects in Ionic Crystals, in Physical Chemistry; W. Jost (ed.), Vol. 10, Academic Press, N. Y., 1970.
5. Brook R. /., Defect Structure of Ceramic Materials, ch. 3, in: Electrical! Conductivity in Ceramic and Glass, N. M. Tallan (ed.), Part A, Marcel Dek-ker, N. Y. (1974).
