Politechnika ÅšlÄ…ska

Wydział inżynierii materiałowej i metalurgii

Kierunek: Zarządzanie i inżynieria produkcji

Sprawozdanie:

Przedmiot: Nauka o materiałach, laboratorium

Temat: Wyznaczanie rodzaju defektów punktowych w materiałach ceramicznych

Grupa: ZIP32

Sekcja: II

ImiÄ™ nazwisko: Natalia Orlikowska

Uwagi prowadzÄ…cego:

1. Wstęp teoretyczny:

a) Defekty struktury krystalicznej - są to niedoskonałości kryształów polegające na punktowym bądź warstwowym zerwaniu regularności ich sieci przestrzennej. Defekty występują praktycznie we wszystkich rzeczywistych kryształach i wynikają po prostu z natury procesu krystalizacji. Defekty dzielimy na punktowe, liniowe oraz powierzchniowe.

Do defektów punktowych, zaliczamy: wakanse, luki – tzw. wolne miejsca w sieci krystalicznej, wyjście atomu na powierzchnie kryształu, oraz atomy międzywęzłowe – tj. opuszczające węzły np. wskutek drgań cieplnych,

b) Wakans, innymi słowy luka - jest to rodzaj defektu punktowego sieci krystalicznej, który nie jest obsadzony atomem lub jonem węzła sieci.

Energię tworzenia wakansu (E_v) wyrażamy jako pracę potrzebną do przeniesienia atomu lub jonu z węzła na powierzchnię kryształu. Od tej wartości zależy równowagowa koncentracja wakansów, wyrażana przez stosunek liczby węzłów (n) do liczby atomów (N); zależność n/N od temperatury (T) opisuje równanie (k – stała Boltzmanna).

Jednak poza wakansami pojedynczymi w sieciach krystalicznych, głównie w kryształach jonowych – występują pary wakansów, czyli wakanse podwójne (biwakanse), są to między innymi:

• defekty Frenkla - które wystÄ™pujÄ… w bliskiej odlegÅ‚oÅ›ci, sÄ… to nie obsadzone wÄ™zÅ‚y i jony w przestrzeniach miÄ™dzywÄ™zÅ‚owych,

• defekty Schottky'ego - wystÄ™pujÄ…cÄ… obok siebie dwa nie obsadzone wÄ™zÅ‚y, mianowicie kationowy i anionowy.

Obecność wakansów ma ogromny wpływ na właściwości materiałów, między innymi na plastyczność, sprzyja także w znacznym stopniu wspinaniu się dyslokacji krawędziowych (np. w czasie odkształcania) a także ułatwia dyfuzję (np. w czasie obróbki chemicznej stopów).

c) Atom międzywęzłowy - Jest to rodzaj defektu punktowego. To atom który zajmuje pozycję poza węzłami sieci krystalicznej. Atomem międzywęzłowym może być zarówno rodzimy atom, jaki i atom domieszki. Istnienie tych defektów w strukturach krystalicznych jest przyczyną występowanie dwóch ważnych mechanizmów dyfuzji w ciałach stałych, mianowicie: międzywęzłowego bezpośredniego i pośredniego.

- Mechanizm międzywęzłowy - bezpośredni dyfuzji w kryształach polega na bezpośrednich przeskokach atomów międzywęzłowych z jednej pozycji międzywęzłowej do drugiej, sąsiedniej. Wędrującym atomem międzywęzłowym może być zarówno rodzimy atom , jak i atom domieszki .

- Mechanizm międzywęzłowy pośredni - dyfuzji w kryształach polega na tym, że atom zajmujący węzeł sieci, znajdujący sie w bezpośrednim sąsiedztwie atomu międzywęzłowego, opuszcza swój węzeł wskutek oddziaływania sąsiednich atomów, a na jego miejsce wchodzi atom międzywęzłowy. Tak więc elementarny proces dyfuzji składa się z dwóch przesunięć dwóch różnych atomów.

1. Część praktyczna:

Treść zadania do obliczenia:

Obliczyć temperaturę NaCl, gdzie energia tworzenia pary wakansów to 3 (Ev), stała wynosi 8,61*10^-5 (Ev/k), liczba atomów tworzących kryształ idealny to 4 (n_o), nv = 1,06*10^-19.

Wzór:

n_v=n_o*EXP(-Ev/k*T)

gdzie:

T - temperatura n_o - liczba atomów tworzących kryształ idealny k - stała wynosząca 8,61*10^-5 n_v - koncentracja wakansów Ev - energia potrzebna do wytworzenia pary wakansów

Przekształcenie wzoru:

Obliczenia:

Przeliczenie temperatury na stopnie Celsjusza:

Odpowiedź: Temperatura NaCl do wytworzenia pary wakansów wynosi 773 st. K.

1. Literatura:

- Instrukcja podana przed prowadzącego do ćwiczenia

- Strona internetowa, www.wikipedia.pl