8.3. Точечные дефекты

Точечные дефекты могут быть собственными (структурными) и примесными. К элементарным собственным дефектам относят вакансии и межузельные атомы, к примесным — атомы примеси, растворенной по способу замещения или внедрения (рис. 8.1).

а	б
в	г

Рис. 8.1. Точечные дефекты: а - вакансия, б - атом внедрения, в – примесный атом замещения, г – примесный атом внедрения

Вакансия образуется при удалении атома из его нормального положений в узле кристаллической решетки.

Межузельный атом— это собственный атом, втиснувшийся между атомами, которые расположены в узлах кристаллической решетки.

Вакансии и атомы замещения могут находиться в любых узлах решетки, причем атомы замещения занимают места атомов основного металла.

Межузельные атомы и примесные атомы внедрения, расположенные между атомами основного металла, размещаются не в любом междоузлии, а преимущественно в таких местах (пустотах), где для них имеется больше свободного пространства. Размеры и расположение этих пустот можно определить, если рассматривать атомы как жесткие сферы.

Вакансии образуются: а) в результате флуктуаций энергии при хаотичном тепловом движении атомов; б) при пластической деформации; в) при ядерном облучении металлов, а также при других процессах.

Тепловые вакансии образуются по механизму Шоттки: атом поверхностного слоя, приобретая избыток энергии от соседей, испаряется из кристалла или, что еще легче, переходит в адсорбционный слой. В последнем случае не происходит полного разрыва всех межатомных связей. Через некоторое время на место ушедшего атома поверхностного слоя переходит соседний атом из более глубокого слоя и т. д. Таким путем образуется вакансия, переходящая в глубь кристалла. Источниками тепловых вакансий являются свободные поверхности кристалла, пустоты и трещины внутри него, границы зерен и дислокации.

Источники вакансий экспериментально выявляли следующим способом. Металл бомбардировали α - частицами. При последующем нагревании атомы гелия выделялись из раствора с образованием газовых пузырьков. Пузырьки предпочтительно возникали вблизи источников вакансий, указывая на их месторасположение. Источниками вакансий, около которых возникали пузырьки гелия, оказались границы зерен и дислокации.

При облучении металлов частицами с большой энергией атомы выбиваются из узлов решетки, в результате чего образуется френкелевская пара — межузельный атом и вакансия.

Свободные поверхности, границы зерен и дислокации служат источниками вакансий, пока кристалл еще не насыщен ими. Если же кристалл пересыщен вакансиями, например при закалке, то эти источники могут действовать как стоки — места, куда мигрируют (стекают) вакансии и где они исчезают. Вакансия и межузельный атом могут аннигилировать при встрече. Но такая рекомбинация дефектов происходит крайне редко, так как очень мала концентрация межузельных атомов (исключение — облученные металлы, содержащие большое количество межузельных атомов).

а	б

Рис. 8. 2. Образование вакансий по механизму Шоттки (а) и по Френкелю (б)