Кубічна: p, I, f Тетрагональна: p, I Ромбічна: p, c, I, f Моноклінна: p, c Триклінна Тригональна (Ромбоедрична) Гексагональна

Рис. 3. Чотирнадцять типів просторових решіток.

Дослідження структури кристалів

Рентгенівські промені при проходженні через кристалічні решітки кристалів зазнають дифракції аналогічно дифракції променів світла на решітці, утвореній паралельними штрихами на поверхні скляної пластинки з віддалями між штрихами порядку довжини хвилі. Міжатомні віддалі в кристалічних решітках за порядком величини якраз відповідають довжинам хвиль рентгенівських променів, про що здогадався у 1912 році Лауе. Дифракційні максимуми спостерігаються тоді, коли в одну точку простору приходять дві монохроматичні когерентні електромагнітні хвилі в однакових фазах. Ця умова виконується якщо різниця ходу цих хвиль є величиною кратною довжині хвилі:

,

де ‑ порядок дифракційного максимуму, ‑ дифракційна стала, ‑ довжина електромагнітної хвилі, ‑ ціле число 0,1,2,3,..., яке визначає порядок дифракційного максимуму, ‑ кут, під яким видно з точки на дифракційній решітці відрізок, який з’єднує центральний максимум із максимумом даного порядку, ‑ різниця ходу. Брегг запропонував вважати, що промені з фіксованою довжиною хвилі “відбиваються” від атомних площин в кристалах під певними кутами , характерними для кристалів даної речовини. Значення цих кутів можна знайти в спеціальних довідниках.

Рис. 4. На рисунку зліва горизонтальними лініями зображено дві атомні площини, розташовані на віддалі одна від одної. Промінь, що відбивається від нижньої площини одержує різницю ходу . На правому рисунку лініями показано різні атомні площини у примітивній кубічній решітці і вказані їхні індекси Міллера.

Дефекти в кристалах

Дефекти кристалічної структури. В міру удосконалювання методів вивчення кристалів (прецизійні методи рентгенівського аналізу, мікроскопія і электроноскопія) виявилося, що кристалічні тіла не є ідеальними і мають дефекти кристалічної структури. Грубі дефекти кристалічної структури, що утворяться при одержанні кристалів, ‑ пори, тріщини ми не розглядаємо тому, що вони звичайно виникають при порушенні технології виливки чи зварювання металів або при вирощуванні кристалів з розплавів, розчинів чи з газової фази. Порушення мікроструктури кристалів виявити досить важко. але через те, що вони сильно впливають на фізичні властивості твердих тіл, їхнє вивчення в даний час ведеться дуже інтенсивно.

Усі дефекти кристалічної структури можна умовно розділити на два типи: точкові і лінійні. Точкові дефекти виникають за рахунок зсуву окремих часток у кристалі з їхніх місць у кристалічних решітках з утворенням вакансій і міжвузловинних атомів чи іонів. Ймовірність виникнення таких дефектів збільшується в залежності від температури за експоненціальним законом: де п — число вакансій в одиниці об’єму кристала; Q — енергія утворення пари вакансія — атом у міжвузловинні; R — газова постійна; Т — абсолютна температура; а — постійна величина для даного кристала. Вакансії можуть виникати в решітках будь-якого типу, послаблюючи зв’язки між частинками в кристалі і міцність кристалічних речовин практично досягне нуля раніш, ніж вони перейдуть у рідкий стан.

Розглянемо типи точкових дефектів кристалічних решіток. На рис. 5а приведена решітка з чужорідними атомами в міжвузловиннях. На рис 5б, показано виникнення вакансій за рахунок поверхневого випару. Вакансії в кристалі переміщуються внаслідок того, що їхнє місце може бути зайнято сусідніми атомами. Вакансії можуть об’єднуватися по дві (бівакансії) і більше, утворюючи пори. накопичення в якому-небудь одному місці кристала вакансій і їхня коагуляція знижують міцність матеріалу.

Рис. 5а Рис. 5б

Рис. 6. На рис 6(а) зображено крайову дислокацію, 6(б) – гвинтову. На рис. 6(в) зображено блочну структуру кристалу.

Лінійні дефекти, чи дислокації, виникають при пластичних деформаціях кристала і порушенні порядку розташування кристалічних площин. Лінійні дислокації можуть зароджуватися не тільки за рахунок зовнішньої сили, що викликають деформацію, але і за рахунок внутрішніх напружень (при нагріванні чи охолодженні і т.д.). На рис. показано виникнення дислокації при пластичній деформації ідеального кристала.

Дислокації можуть бути позитивними і негативними, вони можуть переміщатися в тілі кристала, накопичуватися в місці найбільших напруг і т.д. Дислокації можуть виходити на поверхню кристала і створювати порушення атомної будови поверхневого шару.

Гвинтові дислокації також виникають при деформаціях, але уже зрушення. На мал. 72 показане виникнення гвинтової дислокації — правої і лівий — при неповному зрушенні однієї частини кристала щодо основної його маси. Центр виходу гвинтової дислокації є високоактивною точкою поверхні, здатної до подальшого розвитку у виді гвинтових нитковидних монокристалів (вусів), що володіють міцністю, близької до теоретичної.

Одержання таких нитковидних монокристалів із сполук (А1₂О₃ — сапфір), а також графіту зараз уже освоєно. Вони застосовуються для армування високоміцних пластмас і металокерамічних систем, що вживаються в особливо відповідальних конструкціях.

Мозаїчна, чи блокова кристалічна структура утворюється в результаті зрощування окремих кристалічних зерен, розташованих під деякими дуже малими кутами (частки градусів). У такій мозаїчній структурі навіть у межах одного зерна виникає область на границі між блоками, що містить велике число порушень кристалічної структури (дислокації, вакансії). Зрозуміло, що при цьому знижується міцність полікристалічних конструкційних матеріалів. атоми домішок (чужорідні атоми, забруднення у кристалах)