Defekty płaskie w materiałach krystalicznych

1. Granice ziarn (między ziarnami tej samej fazy)

- wewnętrzne powierzchnie graniczne oddzielające dwa kryształy o takim samym składzie chemicznym, różniące się tylko orientacją krystalograficzną

- granice szerokokątowe (dużego kąta dezorientacji)

- w tym przypadki szczególne (granice specjalne):

- granice koincydentne,

- granice bliźniacze,

- granice wąskokątowe (małego kąta dezorientacji)

- wÄ…skokÄ…towa granica nachylona (daszkowa),

- wąskokątowa granica skręcona,

1. Wąskokątowa granica ziarn (małego kąta)

- niewielki kÄ…t dezorientacji krystalicznej; majÄ… budowÄ™ dyslokacyjnÄ…

- daszkowe: łączą kryształy o wspólnym kierunku krystalograficznym równoległym do granicy

- skrętne: powstają w miejscu połączenia kryształów o wspólnym kierunku sieci prostopadłym do granicy

1. Energia granic wÄ…sko kÄ…towych

- odchylenie położeń atomów w granicy od położeń równowagowych oraz mniejsza liczba atomów sąsiednich ze względu na luźniejsze ułożenie atomów powodują, że atomy w granicy mają podwyższoną energię – odniesiona do jednostki powierzchni jest nazywana energią granic ziarn

- energia granicy ma malejÄ…cy przyrost ze wzrostem jej kÄ…ta dezorientacji

- jest równa sumie energii dyslokacji tworzących granicę,

- od pewnej wartości kąta Θ (zmniejszenia d) zależność staje się nieliniowa (nakładają się na siebie obszary odkształceń o rożnych znakach),

1. Szerokokątowa granica ziarn (dużego kąta)

- duży kąt dezorientacji krystalicznej

- budowa bardzo złożona i nie w pełni zbadana

- na granicach ziarn powstaje strefa miejsc koincydentnych tj. jednoczesnych, tworzących supersieć przestrzenną, nakładającą się na sieć przestrzenną sąsiadujących ze sobą ziarn

1. Energia granic szeroko kÄ…towych

- zakłada się, że ich budowa oraz energia nie zależą od kąta Q za wyjątkiem granic specjalnych (koincydentnych i bliźniaczych),

- przyjmuje się liczbową odpowiedniość energii granicy σ (skalar) oraz napięcia powierzchniowego g (wektor),

- siły g dążą do skrócenia granicy czyli zmniejszenia energii polikryształu,

- wynosi ok. 500 mJ*m^-2

1. Bliźniacze granice ziarn

- szerokokÄ…towa granica specjalna

- określona orientacja obu ziaren,

- idealne sprzężenie sieci wzdłuż tej samej płaszczyzny,

- bardzo mała energia granicy (łatwość powstawania),

1. Energia granic bliźniaczych

- koherentne granice bliźniacze ze względu na dobre dopasowanie atomów w granicy charakteryzują się małą energią wynoszącą od 5 do 20% energii granic szeroko kątowych

- energia niekoherentnych granic bliźniaczych wynosi ok. 75% energii granic szerokokątowych

1. Bliźniakowanie w kryształach

- kolejny mechanizm odkształcania plastycznego metali

- polega na obrocie sieci przestrzennej jednej części kryształu względem drugiej w taki sposób, że obie części kryształu przyjmują położenie symetryczne

- wynikiem końcowym jest przesunięcie względem siebie dwóch części kryształu, ale jest to suma niewielkich przemieszczeń na kolejnych płaszczyznach

1. Koherentna granica międzyfazowa (miedzy ziarnami różnych faz)

- mają budowę zbliżoną do granic szeroko kątowych

- koherentne (spójne, sprzęrzone): dobre dopasowane sieci sąsiadujących faz

- na granicy nie ma nieprawidłowości w rozmieszczeniu atomów (bardzo mała energia granicy),

- powstajÄ… w poczÄ…tkowych stadiach wydzielania nowej fazy (np. przy starzeniu)

- tylko wtedy gdy wydzielone cząstki są małe i mają płaskie granice

1. Półkoherentna granica międzyfazowa

- pojawia się w miarę wzrostu cząstek, ponieważ odległości międzyatomowe w obydwóch fazach nie są idealnie zgodne

- zwiększa się sprężyste naprężenie sieci – powstają dyslokacje które zmniejszają naprężenia, ale zwiększają energię granicy

1. Niekoherentna granica międzyfazowa

- liczne zaburzenia w prawidłowym rozmieszczeniu atomów (budowa podobna do szerokokątowych granic ziaren)

- kształt wydzieleń zaokrąglony (minimalizowanie energii), w środku ziarna często kulisty, na granicy soczewkowy

1. Energia granic międzyfazowych

- koherentne – bardzo mała energia pracy

- półkoherentne - odksztaÅ‚cenia sprężyste: E = 100 mJ/m², dyslokacje dopasowujÄ…ce: E = 200-500 mJ/m²

- niekoherentne - energia zbliżona do energii granic ziarn dużego kÄ…ta (E = 1000 mJ/m²)

1. Kształt wydzieleń drugiej fazy wewnątrz ziarn pierwszej fazy (osnowy),

- kiedy granica jest niekoherentna: kuliste kryształy

- kiedy koherentna: kryształy w kształcie płytek

1. Kształt wydzieleń drugiej fazy na granicach ziarn pierwszej fazy

- przyjmują kształt zapewniający równowagę napięć powierzchniowych

- tworzą się soczewkowe kryształy