20.02.08

Лекция №2

Дефекты структур материалов

дефекты – то или иное искажение кристаллической структуры, приводящее к отклонению от регулярности геометрически правильного построения вещества. Все виды дефектов делятся на 2 больших класса: 1) временные (динамические), 2) постоянные (статические) дефекты. Примером и более распространенным дефектом динамического класса является фономl (квант тепловой энергии, представляющий элементарное колебание атома в узле кристаллической решетки).

Статические дефекты различают по геометрическому признаку (по размерам и расположению): 1) точечные (нульмерные) дефекты (соизмерим с размером одного атома), к ним относят: вакансии, примесные атомы, междуузельные атомы, внедренные в структуру решетки; 2) отклонение от стехиометрического состава на атомарном уровне, 3) линейные или одномерные дефекты, к ним относят разного рода дислокации, например, свдиговая дислокация: представим себе кристалл, предположим, что один слой сдвинут. По сути ничего не изменилось, но они сдвинуты относительно друг друга. образовываются связи:

диаметр дислокационной поры не более одного атома. Такая дислокационная пора распространяется на весь кристалл.

Третья разновидность стат. дефектов – 2-рные (плоскостные) дефекты: поверхность кристалла, границы зерен. Эти области заполнены плохоструктуированным материалом, в эти области хорошо проникают примеси разного рода, и эти области сильно отличаются от псевдокристалических областей, которые мы называем зернами. Еще один пример плоскостных дефектов – граница двойникования.

Последняя разновидность – объемные(трехмерные) дефекты: трещины, сколы, макропоры, включения иной фазы.

Подавляющее большинство статических дефектом сопровождается появлением в объеме материалов оборванных ненасыщенных химических связей, которые стремятся к насыщению. Не самым худшим является захват инородного атома, однако в объеме материала это как правило невозможно.

Дефекты оказывают влияние на характеристики материалов. Помимо этого, такие дефекты могут рассматриваться как микроконденстаоры, заряжающиеся и разряжающиеся при протекании тока, а любая емкость влияет на частотные свойства приборов, потому что замедляет переходные процессы. Т.е. чем более быстродействующий электронный прибор нам потребуется, тем более качественный должен быть монокристалл.

Состав и строение фаз

Любая область внутри материала, отделенная от других областей поверхностью раздела при переходе через которую химический состав и/или свойство материала меняются скачком называется фазой. Например, если у нас имеется сплав 2-х веществ, которые в твердом виде абсолютно нерастворимы (например сплав Pb-B) то в сплаве представляют чисто хим. смесь кристаллитов, состоящих только из свинца или только из висмы. Переход от одного вещества к другому будет трактоваться как переход фазы. Это фазовый переход первого рода. Существуют фазовые переходы второго рода (только изменение свойств), например, при температуре 768 С железо переходит из состояния . Различие - ферромагнитны, - парамагнитны.

Конструкционные материалы рэс Сплавы. Элементы теории сплавов

Металлическим сплавом или сплавом вообще называют вещества, состоящие из нескольких элементов, взятых в произвольном соотношении. Традиционно сплавы получают сплавлением (смешением в жидком состоянии), помимо этого сплав можно получить за счет диффузии в твердом состоянии, спеканием, например; или путем совместной конденсации паров.

Компонентами сплава называют химические элементы или соединения, входящие в состав сплава, компонент преобладающий в сплаве обычно называется растворителем, соответственно компонент добавляемый в растворитель называется растворяемым. Существует несколько разновидностей сплавов (3): 1) твердые растворы, 2) химические соединения, 3) механические смеси.

Твердые растворы Это наиболее распространенный тип сплавов. их особенность – сохранение типа кристаллической решетки растворителя. Твердые растворы бывают 2-х видов: 1) твердые растворы замещения, когда атомы растворяемого компонента занимают места в узлах кристаллической решетки растворителя. Для твердых растворов замещения При этом возможны 2 варианта. различают с ограниченной растворимостью и с неограниченной растворимостью. Для образования неограниченной растворимости необходимы (но недостаточны): изоморфность кристаллических решеток, близость атомарных радиусов (8-13% различие), близость физико-химических свойств компонентов. Этот вариант с неограниченной растворимостью редко встречается в природе. Гораздо более часто встречается другой вариант: твердый раствор замещения с ограниченной растворимостью, при этом увеличение концентрация компонента возможна до определенного предела, дальнейшее увеличении концентрации приводит к распаду раствора на 2-х фазную смесь (в твердом состоянии).

Вторая разновидность – твердые растворы внедрения, они образуются внедрением атомов растворяемого компонента в пустоты кристаллической решетки растворителя. Это возможно в том случае если атомы растворяемого компонента очень малы, обычно эт о вещества из начала периодической таблицы Менделеева (например, углерод, водород, азот, бор). Они проникают в междуузлия кристаллической решетки, поры, таким образом образуется сплав.

Второй разновидностью сплавов могут быть названы химические соединения. Характерной особенностью химических соединения являются во-первых, постоянство состава, которое может быть отображено в химической форме, во-вторых, образованием нового типа кристаллической решетки, как правило отличного от кристаллических решеток компонента сплавов, и наконец третье, это постоянство температурных коэффициентов сплавов (температуры плавления и кристаллизации).

Можно выделить 2 группы хим соединений: 1) химическое соединение типичных металлов с типичными неметаллами (оксиды, сульфиды, хлориды и т.д.), 2) это так называемые металлические химические соединения, тип связи любой, но с преобладанием металлической связи. Их отличает металлический блеск, электропроводность и т.д. К ним относят сплавы металлов с углеродом (корбиты), с водородом (гидриды), с азотом (нитриды) и бором (бориды).

Механические смеси образуются при сплавлении компонентов с большим различием атомных радиусов и с большим различием электрохимических свойств. Их взаимная растворимость очень мала, и поэтому при переходе в твердое состояние они попадают в чисто механическую смесь кристаллитов и исходных компонентов. Типичными представителями являются: Zn-Sn, Pb-Sb, Pb-Bi и т.д.