Точечные, линейные и объемные дефекты.

Точечный дефект − это локальное нарушение кристаллической структуры, размеры которого во всех трех измерениях сравнимы с одним или несколькими (немногими) межатомными расстояниями.

К простейшим точечным дефектам относятся вакансии − отсутствие атома или иона в узле кристаллической решетки и межузельные внедренные атомы, находящиеся в пустотах кристаллической решетки.

Важнейшей особенностью точечных дефектов в ионных и ковалентных кристаллах является то, что они могут быть как электрически нейтральны, так и иметь заряд.

Одномерные (линейные) дефекты представляют собой дефекты кристалла, размер которых по одному направлению много больше параметра решётки, а по двум другим — соизмерим с ним. К линейным дефектам относят дислокации и дисклинации.

Объёмные дефекты. К ним относятся скопления вакансий, образующие поры и каналы; частицы, оседающие на различных дефектах (декорирующие).

Равновесная концентрация дефектов.

В условиях равновесия в кристалле стехиометрического состава точечные дефекты возникают в результате теплового движения. Концентрация точечных дефектов равна нулю при температуре 0°К и быстро растет с повышением температуры.

Равновесная концентрация точечных дефектов зависит от температуры n/Ne^-E/(kT.

В ионных и полупроводниковых кристаллах точечные дефекты обладают электрическими зарядами: внедренный катион положителен, внедренный анион отрицателен.

Радиационные дефекты.

Радиационные дефекты - дефекты кристаллической структуры, образующиеся при их облучении потоками частиц или квантов электромагнитного излучения.

Радиационные дефекты - метастабильные образования, их концентрацию и природу можно изменить нагревом. Такая термообработка иногда может сопровождаться полным восстановлением исходной структуры.

Примерами применений радиационно-технологических процессов, основанных на использовании свойств радиационных дефектов, являются повышение коррозионной стойкости металлов под влиянием ионной имплантации,деформационное упрочнение облучённых ионных кристаллов, ускоренная полимеризация пластмасс, нейтронное трансмутационное легирование Si и др.

Дислокации.

Дислокация— линейный дефект или нарушение кристаллической решётки твёрдого тела. Наличие дислокаций существенно влияет на механические и другие физические свойства твердого тела.

Выделяют два основных типа дислокаций: краевые и винтовые.

Линия, отделяющая дефектную область кристалла от бездефектной, называется линией дислокации.

С математической точки зрения, дислокация — это топологический дефект, называемый также солитоном. Дислокации относятся к стабильным образованиям. Две противоположно ориентированные дислокации, встретившись, могут взаимно уничтожиться (аннигилировать), но одиночная дислокация не может исчезнуть, если не выйдет на грань кристалла.

Контур и вектор Бюргерса.

Контур Бюргерса – это цепочка векторов, соединяющая смежные атомы.

Начало и конец контура в разрыве соединяет вектор Бюргерса , равный смещению, произведенному дислокацией.

Величина и направление не зависят от размера контура Бюргерса, его конфигурации и выбора точки начала контура.

Следствие:

1.Вектор Бюргерса - есть вектор трансляции решетки, т.к. после скольжения решетка сохраняется, т.е. собственно пластический сдвиг не сопровождается разрушением

2.Вектор Бюргерса может менять свою величину только скачком.

Энергия, необходимая для образования дислокации.

Сдвиг атомной плоскости, приводящий к образованию дислокации, означает перемещение множества частиц – по крайней мере, одного ряда атомов – с одной кристаллографической плоскости на другую.

Под внутренним радиусом сдвига подразумевается та часть кристалла, где искажения решетки, вызванные дислокацией, максимальны. Эту часть называют ядром дислокации. Принято считать, что она захватывает около трех периодов решетки, т.е. 3b (10^{-9 м).}

Внешний радиус сдвига показывает расстояние между двумя соседними дислокациями.

Такое расстояние связано с плотностью дислокаций, под которой подразумевается число дислокаций, приходящихся на единицу поверхности сечения кристалла. Ориентировочно r_вн = 10^-5…10^{-2 м.}

Одно из важнейших свойств дислокаций состоит в том, что они никогда не обрываются внутри кристалла, а либо выходит на его поверхность – таких подавляющее большинство, либо замыкаются в петлю.