IMG8 179 (2)

178 8. Defekty struktury krystalicznej

defektu. Tak na przykład w temperaturze topnienia w krysztale CuC„ = 2-10'⁴, a C,= 10^-J9.

Wzajemne oddziaływanie defektów punktowych, przy większym ich stężeniu, prowadzi do tworzenia zespołów defektów, zwanych kompleksami. Kompleksy są niekiedy stabilniejsze termodynamicznie i bardziej ruchliwe od pojedynczych wakan-sów (np. dwuwakanse), co zapewnia ich wydatny udział w procesach dyfuzji. Atomy międzywęzłowe również tworzą kompleksy, wprawdzie stabilniejsze energetycznie od defektów pojedynczych, ale znacznie mniej ruchliwe.

Generowanie defektów punktowych zachodzi w warunkach odbiegających od stanu równowagi. Generowanie defektów składu, pomijając dyfuzyjne wzbogacanie kryształu w określony pierwiastek, jest niemożliwe, ponieważ ich stężenie zależy od czystości krystalizującej cieczy. Natomiast generowanie defektów sieci może zachodzić w różnych warunkach.

W kryształach metalicznych nagrzewanie powiększa wykładniczo stężenie wa-kansów, tworzących się głównie według defektu Schottky'ego. W niskich temperaturach (T< 0,5 T_k) uprzywilejowanym miejscem generowania są w monokrysztale warstwy powierzchniowe, a w polikrysztale granice ziam. W wysokich temperaturach (T> 0,5 T_k) uprzywilejowanym miejscem generowania są linie dyslokacji. Wreszcie w bardzo wysokich temperaturach (7% 7*) wakanse i atomy międzywęzłowe generowane są w całej objętości kryształu (ziarna) defektem Frenkla.

Szybkie oziębienie kryształu z wysokiej temperatury powoduje „przechłodzenie" wakansów, analogiczne do przechłodzenia roztworu stałego. Tak na przykład w kryształach metalicznych przechłodzenie zapewnia w temperaturze otoczenia stężenie wakansów C„ = 10”⁴, podczas gdy stężenie równowagowe wynosi od C„= 10"¹² (Al) do C„ = 10*¹⁹ (Cu). Po przechłodzeniu uprzywilejowane są szczególnie w stopach Al, Mg, Zn, Ti kompleksy wakansów.

Napromieniowanie kryształów zwłaszcza szybkimi neutronami (nośniki ogromnych energii - do 2 mlne-V) jest czynnikiem bardzo silnie generującym defekty punktowe.

Dotychczas nie opracowano ilościowych zależności pomiędzy stężeniem defektów punktowych a właściwościami mechanicznymi kryształu. Wyniki doświadczalne wskazują na wyraźny wpływ o charakterze pośrednim.

Wzrost stężenia wakansów ułatwia dyfuzję, czyli przyspiesza:

-    proces starzenia, tzn. pośrednio przyspiesza umocnienie,

-    procesy aktywowane cieplnie (zdrowienie, rekrystalizacja itp.), tzn. pośrednio przyspiesza pogarszanie właściwości wytrzymałościowych w podwyższonych temperaturach.

Wzrost stężenia atomów międzywęzłowych zmniejsza ruchliwość dyslokacji, czyli ułatwia umocnienie.

Defekty punktowe wpływają również na właściwości fizyczne kryształu. Wzrost stężenia wakansów zmniejsza gęstość, przewodność elektryczną i cieplną, przenikał-ność magnetyczną. Zależność tych właściwości od stężenia umożliwia doświadczalny pomiar stężenia i energii wakansów.

8.3. DEFEKTY LINIOWE 8.3.1. Klasyfikacja i geometria defektów

Do defektów liniowych zalicza się dyslokacje, których teoria zainicjowana w 1934 r. niezależnie przez Taylora, Orowana i Polyaniego (dyslokacje krawędziowe), rozszerzona w 1939 r. przez Burgersa (dyslokacje śrubowe), w latach późniejszych została rozwinięta przez licznych badaczy. Doświadczalne dowody obecności dyslokacji uzyskano dopiero w latach pięćdziesiątych metodą dekorowania (Hedgesa i Mitchella) oraz cienkich folii (Hirscha). Sukcesem teorii dyslokacji jest uzyskanie zgodności w zakresie obliczeń analitycznych i pomiarów doświadczalnych granicy plastyczności oraz współczesnego wyjaśnienia licznych procesów zachodzących w materiałach metalicznych (odkształcenie, umocnienie, zdrowienie, rekrystalizacja).

Dyslokacje klasyfikuje się według kryterium geometrycznego, wyróżniając:

—    dyslokacje krawędziowe,

—    dyslokacje śrubowe,

—    dyslokacje mieszane.

Dyslokacje krawędziowe i śrubowe stanowią dwa typy graniczne, między którymi występują typy pośrednie — dyslokacje mieszane — o różnym udziale składowych orientacji krawędziowej i śrubowej.

Dyslokację charakteryzuje tzw. wektor Burgersa, określający stopień zdefektowania sieci w jądrze dyslokaji, czyli nadmiar zakumulowanej energii. Ponadto określa on wielkość poślizgu — przemieszczenia - związanego z dyslokacją.

Wektor Burgersa wyznacza się kreśląc na ścianie kryształu, w kierunku ruchu wskazówek zegara, kontur Burgersa (rys. 8.8). Od dowolnego węzła sieci odlicza się dowolną (ale jednakową we wzajemnie równoległych kierunkach) liczbę odległości

Rys. 8.8. Wyznaczanie wektora Burgersa