2. 2 Классификация дефектов

По геометрическим признакам все несовершенства (дефекты) делятся на точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхностные (двумерные) и объемные (трехмерные).

2.2.1.Точечные дефекты.

Они могут быть собственными (структурными) и примесными. К собственным дефектам относятся вакансии и межузельные атомы, к примесным - атомы примеси, растворенной по способу замещения или внедрения (рис.2.3)

а) б) в)

Рис. 2.3. Основные типы точечных дефектов:

а) атом внедрения, б) атом замещения, в) вакансия

Вакансии (в) и атомы внедрения (а) могут находиться в любых узлах решетки, а атомы замещения занимать места атомов основного металла. Межузельные атомы (а) и примесные атомы внедрения располагаются в тех местах между атомами основного металла, где больше свободного места.

Вокруг свободного узла или межузельного атома решетка искажена, т.е. точечный дефект можно рассматривать как центр сжатия или расширения в упругой среде. Из теории упругого поля в непрерывной среде следует, что напряжение и деформация вокруг такого центра убывают обратно пропорционально третьей степени расстояния от него. Упругая деформация точечного дефекта должна распространяться в принципе до поверхности кристалла, однако имеет заметные смещения только на расстоянии 5-6 . Эта область называется ядром дефекта. Для ГЦК метал

лов вакансия (рис.2.4) вызывает смещение в свою сторону соседей первого слоя <110> на 2% от межатомного расстояния, а второй слой <100> от вакансии уже на порядок меньше по величине.

Точечные дефекты повышают энергию кристалла. Основная доля энергии связана с нарушением периодичности атомной структуры и сил связи между атомами. Расчеты показывают, что энергия образования вакансии ~ 1 эВ, межузельного атома 3-4 эВ.

Необходимо также отметить факт перемещения точечных дефектов в объеме, связанный с тепловым (колебательным) движением атомов решетки, которые, взаимодействуя, обмениваются энергией. Из-за спонтанного распределения энергии любой из атомов может получить импульс такой величины, что сможет занять соседнее п оложение, т.е. переместиться в объеме металла путем "протискивания". Это означает, что он преодолевает энергетический барьер Е_М (рис.2.5), называемый энергией активации миграции (вакансии). Атомы примесей замещения мигрируют с помощью вакансионного механизма. Наибольшие атомы внедрения в отличие от больших межузельных атомов могут более интенсивно мигрировать в решетке по механизму, близкому к механизму движения вакансий.

Закалка и отжиг. С понижением температуры равновесная концентрация вакансий уменьшается по экспоненциальному закону

,

где Е₀ - энергия образования вакансии.

При закалке, т.е. резком уменьшении температуры, этот процесс не успевает пройти и фиксируется избыточная концентрация вакансий. Даже закалка в обычной воде приводит к заметному избытку вакансий. При закалке с высоких температур могут образовываться как двумерные (диски вакансий), так и трехмерные агрегаты вакансий - микропустоты ( 300 ). При отжиге, т.е. нагреве металла, вновь повышается активность вакансий и они могут исчезнуть в разных стоках (границы зерен, поверхность и др.), т.е. уменьшится их концентрация.