1. Jaki charakter ma zaburzenie wywołane obecnością dyslokacji w krysztale?

Dyslokacje wprowadzają zaburzenie układu atomów ułatwiające ich przesuwanie się względem siebie pod wpływem naprężeń, a więc odkształcenie plastyczne. Poza tym są one ośrodkami nagromadzenia energii odkształcenia, odgrywają rolę w dyfuzji, przemianach fazowych, korozji i innych procesach. Defekty punktowe mogą tworzyć zespoły – klastery zmieniając lokalnie budowę kryształu - domeny i wtrącenia. Natomiast defekty płaskie zmieniają budowę idealnego kryształu w budowę mozaikową. W rzeczywistości kryształy mają skończone wymiary i wady budowy (defekty).

2. Jak wektor Burgersa może być zorientowany w stosunku do linii dyslokacji? Co to jest dyslokacja o charakterze mieszanym?

W krysztale idealnym do zamknięcia konturu potrzeba 1szesnastu wektorów, a w krysztale z dyslokacją siedemnastu. Właśnie ten 17. wektor nosi nazwę wektora Burgersa i jest miarą wielkości dyslokacji. Ogólnie przyjmuje się, że dyslokacja to defekt, wokół którego kontur Burgersa nie zamyka się. Kierunek, zwrot i wielkość wektora Burgersa można wyznaczyć za pomocą tzw. obwodu Burgersa.

Dyslokacja mieszana jest wynikiem nałożenia na siebie dyslokacji krawędziowej i śrubowej.

3. W jaki sposób dyslokacje oddziaływają ze sobą? Co się stanie, gdy przetną się ze sobą dwie dyslokacje krawędziowe?

Dyslokacje w strukturach o dużej ruchliwości defektów (np. metale) mogą oddziaływać na siebie, dzielić się, poruszać, wspinać wpływając na właściwości materiałów ( np. plastyczność metali).

W miejscu ekstrapłaszczyzny powstają naprężenia ściskające, a pod nią rozciągające. Krawędź ekstrapłaszczyzny jest dyslokacją krawędziową. Płaszczyzna prostopadła do ekstrapłaszczyzny i przechodząca przez jej krawędź a-c stanowi płaszczyznę poślizgu tej dyslokacji i działają w niej naprężenia styczne. Wzdłuż płaszczyzny poślizgu występuje niezgodność w układzie atomów, gdyż ekstrapłaszczyzna wprowadza dodatkowy atom, który nie ma odpowiednika poniżej niej. To znacznie ułatwia ścinanie kryształu wzdłuż płaszczyzny poślizgu, czyli poślizg. W zależności od usytuowania ekstrapłaszczyzny można umownie rozróżniać dyslokacje dodatnie (z ekstrapłaszczyzną skierowaną nad płaszczyznę poślizgu) oznaczane symbolem lub ujemne ( z ekstrapłaszczyzną skierowaną pod płaszczyznę poślizgu) oznaczane symbolem . O dyslokacjach takich mówi się, że mają przeciwne znaki (ich pola naprężeń są obrócone o 180). Jeśli takie dyslokacje znajdują się na jednej płaszczyźnie poślizgu, wówczas się przyciągają, a po spotkaniu następuje ich anihilacja. Dyslokacje krawędziowe jednakowego znaku odpychają się.

4. Na czym polega oddziaływanie dyslokacji i defektów punktowych?

Defekt punktowy zlokalizowany jest w pobliżu węzła sieci, czyli atomu w krysztale, w przeciwieństwie do linii defektów lub płaszczyzny defektów. Płaszczyzny defektów mogą tworzyć się w początkowych stadiach powstawania nowej struktury krystalicznej w obrębie istniejącego kryształu. W przypadku kryształu złożonego z jednego rodzaju atomów defektami takimi są wakancje, powstające w wyniku opuszczenia przez atom swej normalnej pozycji w strukturze, tj. węzła sieci przestrzennej i jego przejścia na przykład na powierzchnię kryształu, która również może być traktowana jako zaburzenie periodyczności. Może to nastąpić również w wyniku przejścia atomu do progu linii dyslokacji. Najprostszym defektem w sieci jest luka w sieci, zwana defektem Schottky'ego, która jest wywołana brakiem atomu lub jonu w węźle sieci. Defekt Schottki'ego w doskonałym krysztale można wyobrazić sobie jako przeniesienie atomu z węzła sieci leżącego w głębi kryształu do węzła, który leży na jego powierzchni.

5. Dyslokacje w kryształach kowalencyjnych i jonowych.

Wiązanie kowalencyjne jest zazwyczaj silne. W związku z tym utworzenie wakansu wymaga dużej energii. Domieszki, natomiast, można wytworzyć łatwo i mają one bardzo duże znaczenie technologiczne. Dyslokacje powstają, ale są mało ruchliwe. W kryształach metalicznych występują wszystkie możliwe defekty - liniowe (dyslokacje) i punktowe.

6. Jak zbudowana jest niskokątowa granica skośna?

Zbiór dyslokacji krawędziowych uszeregowanych jedna nad drugą tworzy płaskie zaburzenie, rozdzielające kryształ na dwie części o płaszczyznach sieciowych nachylonych względem siebie pod niewielkim kątem. Tego rodzaju zaburzenie płaskie nosi nazwę niskokątowej granicy skośnej (albo daszkowej).

7. Jak powstaje błąd ułożenia i co to jest dyslokacja częściowa? Jakie zaburzenie w strukturze powoduje obecność błędu ułożenia?

Błędy ułożenia powstają głównie na skutek zaburzeń w sekwencji ułożenia płaszczyzn atomowych, czyli w skutek dyslokacji krawędziowej bądź częściowej.

Dyslokacja częściowa to inaczej dyslokacja bliźniacza (granica bliźniacza). Granice bliźniacze są szczególnym przypadkiem granic szerokokątowych. Tworzą się one przy ściśle określonej orientacji ziarn, gdy płaszczyzna granicy staje się płaszczyzną symetrii. Na granicy takiej zachodzi zatem pełne dopasowanie (koherencja) sieci obu ziarn. Niemal zupełny brak zaburzeń w prawidłowym rozmieszczeniu atomów sprawia, że energia takiej granicy jest małą i wynosi 3-10% energii granic szerokokątowych. Gdy granica bliźniacza odchyli się o mały kąt od płaszczyzny idealnego dopasowania, wtedy dzieli się ona na strefy, w których dopasowanie jest dobre i strefy w których dopasowanie uzyskuje się kosztem niewielkich odkształceń sprężystych.

8. Opisz modelową budowę granic międzyziarnowych.

Granica międzyziarnowa to wąska strefa materiału, w której atomy są ułożone w sposób chaotyczny. Gdy kąt między kierunkami 2 sąsiednich kierunków krystalograficznych jest: większy od 15 stopni to szerokokątowa granica, mniejszy – wąskokątowa. Zaburzenia budowy granic międzyziarnowych powodują, że atomy tworzące granice posiadają nadmiarową energię w porównaniu z atomami we wnętrzu kryształu. Wartość tej energii jest porównywalna z wielkością energii powierzchniowej.

9. Dlaczego powierzchnia kryształu jest traktowana jako defekt struktury krystalicznej?

Powierzchnia kryształu jest bardzo ważnym defektem strukturalnym. Jest traktowana jako defekt struktury krystalicznej ponieważ urywa się periodyczna struktura sieci krystalicznej. Powierzchnia kryształu jest narażona na oddziaływanie otoczenia; na jej powierzchni gromadzi się (zostają zaabsorbowane) znaczne ilości obcych atomów.

10. Wyjaśnij pojęcie energii powierzchniowej kryształu.

Atomy na powierzchni posiadają nadmiar energii. Energia ta nosi nazwę energii (entalpii) powierzchniowej :

Atomy (jony) znajdujące się na granicy kryształ-próżnia (gaz) charakteryzują się nadmiarową energią w porównaniu z wnętrzem kryształu. Nadmiar energii wynika z naruszenia symetrii sił wzajemnego oddziaływania atomów na powierzchniach.

Energia powierzchniowa, określana także jako napięcie powierzchniowe, stanowi wartość charakteryzującą interakcję między powierzchnią fazy skondensowanej (ciała stałego lub cieczy) z otoczeniem, podawana w mN/m. Energia powierzchniowa jest decydującym kryterium zdatności materiału do jego powlekania i może być zwiększana różnymi technologiami plazmowym.

11. Jakie mechanizmy przebudowy warstw przypowierzchniowych struktury krystalicznej powodują obniżenie energii powierzchniowej kryształu?

- koencydencji węzłów sieci (wspólne węzły dla sąsiednich ziarn)

- struktury „daszkowe”

- gromadzenie się na granicy zanieczyszczeń

Atomy są przyłączane na powierzchniach gładkich gdzie energia wydzielająca się podczas przyłączania jest najmniejsza i dążą drogą dyfuzji powierzchniowej do pozycji gdzie wiążą się trwale (energia największa). W toku krystalizacji w początkowych etapach dominują więc ściany o wyższych energiach (np. dla NaCl sciany{110}, {111}) które zanikają na rzecz ścian o niższej energii ({100}).