Презентация на тему: Дефекты в кристаллах

Дефекты в кристаллах
1. Точечные дефекты
1.1. Неравновесные и равновесные дефекты
1.2. Вакансии (дефекты Шоттки)
1.3. Дефекты Френкеля
1.4. Чужеродные атомы внедрения
1.5. Чужеродные атомы замещения
2. Линей ные дефекты
2.1. Краевая дислокация
2.2. Винтовая дислокация
2.3. Вектор Бюргерса
2.4. Смешанная дислокация
2.5. Образование дислокаций
3. Поверхностные дефекты
3.1. Большеугловые границы
3.2. Малоугловые границы
3.3. Границы двойников
3.4. Дефекты упаковки
3.5. Частичные дислокации
4. Объемные дефекты
5. Дефекты в аморфных телах
1/21
Средняя оценка: 4.5/5 (всего оценок: 46)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1494 Кб)
1

Первый слайд презентации: Дефекты в кристаллах

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 1 Дефекты в кристаллах К ласс ы дефектов : т очечные (нуль-мерные) дефекты ; л инейные (одномерные) дефекты ; п оверхностные (двумерные) дефекты ; о бъемные (трехмерные) дефекты.

Изображение слайда
2

Слайд 2: 1. Точечные дефекты

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 2 1. Точечные дефекты вакансии (вакантные узлы кристаллической решетки), или дефекты Шоттки ; междоузельные атомы (атом основного вещества, перемещенный из узла в позицию между узлами), или дефекты Френкеля ; чужеродные атомы внедрения ; чужеродные атомы замещения (сочетание примесей и вакансий).

Изображение слайда
3

Слайд 3: 1.1. Неравновесные и равновесные дефекты

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 3 1.1. Неравновесные и равновесные дефекты Вакансии и междоузельные атомы появляются в кристалле при любой температуре выше T = 0 К из-за тепловых колебаний атомов ( тепловые или равновесные дефекты ). В результате облучения или других внешних воздействий (радиация, пластическая деформация и др.) могут возникать неравновесные точечные дефекты. При отклонении от стехиометрического состава могут возникать стехиометрические дефекты. В ионных и ковалентных кристаллах точечные дефекты электрически активны и могут служить донорами или акцепторами электронов, что создает в кристалле определенный тип проводимости.

Изображение слайда
4

Слайд 4: 1.2. Вакансии (дефекты Шоттки)

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 4 1.2. Вакансии (дефекты Шоттки) Вакансия образуется за счет диффузии. Образование междоузельного атома в плотноупакованных структурах требует значительно больше энергии, чем образование вакансии, поэтому в металлах основными точечными дефектами являются вакансии. Вакансии могут быть двойными, тройными и образовывать группы. Рис. 1. Образование вакансии

Изображение слайда
5

Слайд 5: 1.3. Дефекты Френкеля

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 5 1.3. Дефекты Френкеля Дефекты по Френкелю (рис. 2) образуются парами: вакансия + междоузельный атом, когда какой-либо атом в результате флуктуаций приобретает кинетическую энергию выше средней. Флуктуации - случайные отклонения физических величин от их средних значений. Рис. 2. Образование вакансии и междо- узельного атома

Изображение слайда
6

Слайд 6: 1.4. Чужеродные атомы внедрения

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 6 1.4. Чужеродные атомы внедрения Примесные атомы внедрения (рис. 3 ) возникают в процессе кристаллизации или диффузии примеси с поверхности. Рис. 3. Примесный атом внедрения

Изображение слайда
7

Слайд 7: 1.5. Чужеродные атомы замещения

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 7 1.5. Чужеродные атомы замещения Примесные атомы замещения (рис. 4 ), представляют собой сумму двух дефектов: вакансии и атома примеси. Такой дефект может образоваться при захвате примеси в процессе кристаллизации или при совместной диффузии вакансии и атома примеси. Рис. 4. Примесный атом замещения

Изображение слайда
8

Слайд 8: 2. Линей ные дефекты

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 8 2. Линей ные дефекты краевые дислокации; винтовые дислокации ; смешанные дислокации; микротрещины ; ряды вакансий и междоузельных атомов.

Изображение слайда
9

Слайд 9: 2.1. Краевая дислокация

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 9 2.1. Краевая дислокация Краевая дислокация представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызванное наличием в ней лишней атомной полуплоскости ( экстраплоскости ). Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокацию называют положитель - ной и обозначают , и наоборот – если в нижней. В краевой дислокации линия дислокации OO’, отделяющая неподвижную область от сдвинутой, перпендикулярна вектору сдвига t и вектору Бюргерса b. Рис. 5. Краевая дислокация Экстраплоскость выделена зеленым цветом, а плоскость скольжения – синим.

Изображение слайда
10

Слайд 10: 2.2. Винтовая дислокация

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 10 2.2. Винтовая дислокация При образовании винтовой дислокации (рис. 6 ), линия дислокации (красная) параллельна вектору сдвига t. Если представить кристалл состоящим из одной атомной плоскости, то винтовая дислокация будет подобна винтовой лестнице. Если винтовая дислокация образована по часовой стрелке, то ее называют правой, а если против часовой стрелки – левой. Рис. 6. Винтовая дислокация b - вектор Бюргерса; экстраплоскость показана зеленым цветом.

Изображение слайда
11

Слайд 11: 2.3. Вектор Бюргерса

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 11 2.3. Вектор Бюргерса Энергия искажения кристаллической решетки – одна из важнейших характеристик дислокации любого типа. Критерием этого искажения служит вектор Бюргерса, который получается, если обойти замкнутый контур в идеальном кристалле, а затем повторить его в реальном, заключив дислокацию внутри контура. Вектор, необходимый для замыкания такого контура в реальном кристалле, и называется вектором Бюргерса. Вектор Бюргерса для контура, замыкающегося вокруг нескольких дислокаций, равен сумме векторов Бюргерса отдельных дислокаций. Вектор Бюргерса краевой дислокации перпендикулярен ее линии, а для винтовой дислокации – параллелен.

Изображение слайда
12

Слайд 12: 2.4. Смешанная дислокация

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 12 2.4. Смешанная дислокация Между предельными типами краевой и винтовой дислокации возможны любые промежуточные, в которых линия дислокации не обязательно прямая: она может представлять собой плоскую или пространственную кривую. Например, в случае смешанной дислокации можно рассмотреть перемещение лишь части атомов в плоскости скольжения (рис. 7 ). Рис. 7. Смешанная дислокация abcdef  – плоскость скольжения (сдвига); gd  – линия дислокации

Изображение слайда
13

Слайд 13: 2.5. Образование дислокаций

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 13 2.5. Образование дислокаций Дислокации появляются при кристаллизации и деформации кристалла, например, за счет сдвига или схлопывания вакансионных полостей. Дислокационные линии не обрываются внутри кристалла, они выходят на его поверхность, заканчиваются на других дислокациях или образуют замкнутые дислокационные петли. Дислокации, как и другие дефекты, участвуют в фазовых превращениях, рекристаллизации, служат готовыми центрами при выпадении второй фазы из твердого раствора. Как и другие дефекты, дислокации изменяют физико-химические и механические свойства кристалла.

Изображение слайда
14

Слайд 14: 3. Поверхностные дефекты

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 14 3. Поверхностные дефекты границы между зернами ( большеугловые ) ; границы между субзернами ( малоугловые ) ; дефекты упаковки ; границы двойников и доменов ; антифазные границы ; поверхность кристалла.

Изображение слайда
15

Слайд 15: 3.1. Большеугловые границы

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 15 3.1. Большеугловые границы Поликристалл состоит из боль - шого числа зерен с различно ориентированными кристал - лическими решетками. Межзеренные границы (МЗГ) называют большеугловыми, так как кристаллографические направления в соседних зернах образуют углы, достигающие десятков градусов. Рис. 8. Большеугловая граница Большеугловые границы представляют собой переходный слой шириной 1  5 нм. В нем нарушена правильность распо - ложения атомов, имеются скоп - ления дислокаций, повышена концентрация примесей.

Изображение слайда
16

Слайд 16: 3.2. Малоугловые границы

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 16 3.2. Малоугловые границы Каждое зерно состоит из отдельных субзерен, образующих субструктуру. Субзерна разориентированы относительно друг друга от нескольких долей до единиц градусов ( < 5 о ) – так возникают малоугловые границы, состоящие из совокупности дислокаций (рис.  9 ). Рис. 9. Малоугловая граница

Изображение слайда
17

Слайд 17: 3.3. Границы двойников

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 17 3.3. Границы двойников Двойникование  – образование в монокристалле областей с измененной ориентацией кристаллической структуры при помощи зеркального отражения структуры материнского кристалла (матрицы) в определенной плоскости – плоскости двойникования (рис. 1 0 ), поворота вокруг кристаллографической оси – оси двойникования либо другого преобразования симметрии. Матрицу и двойниковое образование называют двойником. Он может образоваться при кристаллизации, деформации кристалла или при фазовом превращении. Рис. 10. Схема двойникования Красной прямой   показана плоскость двойникования

Изображение слайда
18

Слайд 18: 3.4. Дефекты упаковки

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 18 3.4. Дефекты упаковки Дефекты упаковки представляют собой часть атомной плоскости, ограниченную дислокациями, в пределах которой нарушен нормальный порядок чередования слоев. Например, в плотноупакованных сплавах с ГЦК-решеткой (см. рис. 1 1 ) слои чередуются в порядке ABCABCAB..., а при прохождении через дефект упаковки слои чередуются в последовательности ABCBCABC... Чередование слоев BCBC... характерно для ГПУ-решетки. Таким образом, подобный дефект представляет собой как бы тонкую прослойку с ГПУ-решеткой в ГЦК-решетке. Рис. 11. Модели плотной шаровой упаковки

Изображение слайда
19

Слайд 19: 3.5. Частичные дислокации

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 19 3.5. Частичные дислокации Дефекты упаковки связаны с частичными или неполными дислокациями. Дислокации, рассмотренные выше, называют совершенными ( полными ), или единичными. Вектор Бюргерса полной дислокации может быть разложен по базисным векторам решетки. Вектор Бюргерса единичной дислокации равен вектору решетки. Единичная дислокация, естественно, является полной. Решетки кристалла по обе стороны полной дислокации совпадают. Вектор Бюргерса частичной дислокации меньше вектора решетки. Поэтому частичная дислокация соединяет несовпадающие решетки.

Изображение слайда
20

Слайд 20: 4. Объемные дефекты

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 20 4. Объемные дефекты Объемные дефекты представляют собой либо микропустоты, либо включения другой фазы.

Изображение слайда
21

Последний слайд презентации: Дефекты в кристаллах: 5. Дефекты в аморфных телах

13.02.2019 А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ 21 5. Дефекты в аморфных телах В аморфных телах отсутствуют такие дефекты структуры, свойственные кристаллическому состоянию, как дислокации и межзеренные границы. Даже вакансии в аморфных телах имеют другую форму и размеры. Они похожи на пустоты чечевицеобразной формы и носят название вакансионноподобных дефектов. Эти пустоты имеют вид узких щелей, и в них не может разместиться атом. Наличие таких дефектов сильно затрудняет диффузию через аморфные слои. Таким образом, неупорядоченная структу - ра аморфных материалов определяет осо - бенности механических, электрических, магнитных и диффузионных свойств. Рис. 12. Различие в строении: а – кристаллических и б – аморфных тел

Изображение слайда