Дефекты в кристаллах.

 

В реальных кристаллических решетках всегда существуют отклонения от идеальной упорядоченной структуры. Все такие отклонения называют дефектами кристаллической решётки.Их можно подразделить на макроскопическиеи микроскопические.К первым относятся разного рода поры, трещины, инородные макроскопические включенияи пр. Наиболее простыми микроскопическими дефектами являются точечные дефекты.Типичны среди них вакансии(отсутствие атома в одном из узлов решетки), а также чужеродные (примесные) внедрения атомов в отдельные узлы решетки или в ее междоузельное пространство. Вакансии могут возникать в кристалле в результате тепловых флуктуации, поэтому оказываются термодинамически равновесными. Следовательно, они неизбежны, как и всякие флуктуации. Концентрация вакансий, как правило, очень мала.

Особую группу составляют линейные дефекты,называемые дислокациями.Они нарушают правильное чередование атомных плоскостей решетки В отличие от точечных дефектов, дислокации нарушают дальний порядокв кристалле, искажая всю его структуру Поэтому именно они более всего влияют на механические свойства твердых тел.

Различают краевыеи винтовыедислокации Краевые дислокации характеризуются появлением в решетке лишней плоскости, которая расклинивает кристалл. Винтовые дислокации превращают кристаллические плоскости решетки в геликоидальную поверхность(подобную винтовой линии без ступенек).

Дефекты в кристаллах оказывают сильное влияние на их физическиесвойства (механические, магнитные, электрические, тепловые и др.) В частности, они резко, в десятки и сотни раз, снижают механическую прочность кристаллов. Обнаружено, что на прочность кристаллов отрицательно влияют и другие причины. Например, попадающие на поверхность материала поверхностно-активные вещества (ПАВ). По-видимому, они проникают в мельчайшие зародышевые трещины и расклинивают их.

Прочность материала увеличивается в результате подавления процессов зарождения трещин, а также создания препятствий для их распространения в теле. Поэтому наиболее прочные материалы могут быть получены двумя противоположными способами.

Один из них состоит в выращивании бездефектных (например, нитевидных) кристаллов, где устранены источники внутренних напряжений, на которых могут зарождаться трещины. Другой путь, наоборот, состоит в максимальном искажении правильной структуры кристалла, что также препятствует распространению в теле трещин и пластических деформаций. Этот способ наиболее распространен в металлургии и называется легированием. Близки к нему наклёпи закалкаметаллов.

Более подробно эти вопросы изучаются в специальных курсах материаловедения.