§ 7. Анізотропія властивостей металів.

Щільність розташування атомів по різних площинах неоднакова. Внаслідок цього в різних площинах і напрямках решітки багато властивостей(хімічні, фізичні, механічні) кожного кристала залежать від напрямку решітки.

Подібна неоднаковість властивостей монокристалла в різних кристалографічних напрямках наз. анізотропією.

Всі кристали анизотропны. На відміну від кристалів, аморфні тіла(стекло) у різних напрямках мають в основному однакову щільність упакування атомів і тому однакові властивості в різних напрямках. Аморфні тіла изотропны.

Технічні метали складаються з великої кількості по різному орієнтованих дрібних анізотропних кристалів і є поликрис-таллами . Кристали неупорядоченно орієнтовані один стосовно іншому й тому властивості у всіх напрямках виходять усред-ненными (однаковими). Ця гадана незалежність властивостей від напрямку наз. квазиизотропией (мнима изотропность).

Така мнима изотропность металу не буде спостерігатися, якщо всі кристаллиты мають однакове орієнтування в якімсь напрямку. Ця орієнтованість або текстура створюється в результаті значної холодної деформації, наприклад прокатки. Тоді полікристалічний метал здобуває анізотропію властивостей (уздовж і поперек прокатки).

§ 8. Особливості кристалічної будови реальних кристалів.

Види недосконалостей.

Реальний кристал, на відміну від ідеального, завжди має структурні недосконалості або дефекти. Дефекти кристалічної будови підрозділяють по геометричних ознаках на три типи:

• крапкові (нуль^-мірні), - розміри яких малі у всіх трьох вимірах;

• лінійні – розміри яких малі у двох напрямках (одномірні);

• поверхневі – розміри яких малі тільки в одному вимірі (двомірні).

До крапкових дефектів ставляться вакансії або “дірки” (дефекти Шотки), тобто вузли решітки, у яких атоми відсутні. Це відбувається тому, що атоми коливаються біля крапок рівноваги (вузлів решітки) і чим вище температура, тим більше амплітуда коливань. У кристалі завжди є атоми, які мають енергію, значно перевищуючої середню. Такі атоми мають не тільки амплітуду коливань більше, ніж середня, але й вони можуть ще переміщатися з одного місця в інше (наприклад з вузла в междоузлие, із грані кристала назовні).

атом, Що Вийшов з вузла решітки наз. дислокованим. Місце, де перебував такий атом, залишається в решітці незаповненим, воно наз. вакансією.

При даній температурі в кристалі утворяться не тільки одиночні вакансії, але й подвійні, потрійні й т.д.

Вакансії утворяться й у процесі пластичної деформації, а також при бомбардуванні металу атомами або частками високих енергій(в атомному реакторі).

Межузельные атоми (дефекти Френкеля) утворяться в результаті переходу атома з вузла решітки в междоузлие. У плотноупакованных решітках, характерних для більшості металів, енергія утворення межузельных атомів у кілька разів більше енергії утворення теплових вакансій. Тому вакансії в таких кристалах є основними крапковими дефектами.

Крапкові дефекти викликають місцеве перекручування кристалічної решітки. Вони впливають на деякі фізичні властивості металу (електропровідність, магнітні властивості) і визначають процеси дифузії в металах і сплавах.

Лінійні дефекти. До лінійних недосконалостей ставляться дислока-ции, які бувають крайові й гвинтові.

Крайова дислокація являє собою локалізоване перекручування кристалічної решітки, викликане наявністю в ній “зайвої” атомної напівплощини або экстраплоскости, перпендикулярної до площини креслення.

Н

Вектор сдвига

айбільш простий і наочний спосіб утворення дислокацій у кристалі – зрушення. Якщо верхню частину кристала зрушити щодо нижньої на одне межатомное відстань, причому зафіксувати положення, при якому зрушення охоплює не всю площину ковзання, а тільки її частина АВСД, то границя АВ між ділянкою, де ковзання вже відбулася, і непорушеною ділянкою в площині ковзання й буде дислокацією. Лінія крайової дислокації вектору зрушення.

Рис. Зрушення, що створило крайову дислокацію

- позитивна дислокація

- негативна дислокація

Рис. Схеми розташування атомів у дислокації.

Кристалічна решітка навколо дислокації пружно перекручена на кілька атомних відстаней. Довжина лінії дислокації може становити кілька тисяч параметрів решітки.

Гвинтові дислокації. На відміну від крайових розташовані паралельно напрямку зрушення. При наявності гвинтової дислокації кристал можна розглядати як складається з однієї атомної площини, закрученої у вигляді гвинтової поверхні.

Утвореннядислокацій може відбуватися в процесі кристалізації, при пластичній деформації, термічній обробці й ін. процесах. За допомогою дислокацій можна пояснити багато явищ, пов'язані з міцністю металів, особливостями фазових перетворень, що протікають у сплавах, і ін. явища.

Поверхневі дефекти. Ці недосконалості связанны із границями зерен. На границі між зернами атоми мають менш правильне розташування, чим в об'ємі зерна. Кожне зерно металу складається з окремих блоків або субзёрен, що утворять так називану мозаїчну структуру або субструктуру. Зерна металу разориентированы відносно один одного на величину, що досягає від декількох часток градуса до декількох градусів або їхніх десятків.

Блоки, або субзерна, також повернені по відношенню один одному на кут від кілька секунд до декількох хвилин. У межах кожного блоку решітка майже ідеальна, якщо не вважати крапкових дефектів. По границях зерен скапливаются дислокації, а також домішки й включення. По границях зерна розташовані менш правильно, тому що решітка одного кристала, що має певну кристалографічну орієнтацію, переходить у решітку іншого кристала, що має іншу кристалографічну орієнтацію.

Зі збільшенням кута разориентировки блоків або субзёрен і зменшення їхньої величини щільність дислокацій у металі збільшується. Внаслідок того, що в реальному полікристалічному металі довжина границь блоків і зерен дуже велика, кількість дислокацій у такому металі величезне (10⁴ – 10¹² див^-2).