Kristal strukturunda qüsurlar. Kristallarda qüsurlar Diffuziyanı öyrənmək üçün eksperimental üsullar
Diffuziya, maddənin və ya enerjinin yüksək konsentrasiyalı bir sahədən aşağı konsentrasiyalı bir sahəyə ötürülməsi prosesidir. Diffuziya molekulyar səviyyədə bir prosesdir və ayrı-ayrı molekulların hərəkətinin təsadüfi təbiəti ilə müəyyən edilir. Kristallarda diffuziya atomların bir yerdən digərinə keçə bildiyi bir prosesdir. Sahə ion mikroskopiyası atom həlli ilə metalların və ərintilərin kristal şəbəkəsini birbaşa müşahidə etmək üçün bir üsuldur.
Bərk cisimlərdə diffuziya prosesləri əhəmiyyətli dərəcədə müəyyən bir kristalın quruluşundan və kristal quruluşundakı qüsurlardan asılıdır. Maddədə meydana çıxan qüsurlar ya atomların hərəkətini asanlaşdırır, ya da onlara mane olur, köç edən atomlar üçün tələ rolunu oynayır.
DIFFUZİYA – TƏSƏFÜF GƏRİŞ PROSESİ Birinci Fik qanunu: Atom sıçrayışlarının tezliyi: n = n 0 e - Q / kT, burada Q diffuziyanın aktivləşmə enerjisi, k Boltsman sabiti, n 0 sabitdir. Diffuziya əmsalı D Arrenius qanununa görə kristalın temperaturundan asılıdır: D = D 0 e - Q / kT Diffuziyanın aktivləşmə enerjisi həm xüsusi qüsurun əmələ gəlmə enerjisindən E f, həm də onun miqrasiyasının aktivləşmə enerjisindən asılıdır. E m: Q = E f + E m .
DIFFUZİYANIN ATOM MEXANİZMLERİ Atomların yerlərdə mübadiləsi mexanizmi; üzük mexanizmi; atomların aralıqlar boyunca birbaşa hərəkət mexanizmini; interstisial konfiqurasiyanın dolayı hərəkət mexanizmi; izdiham mexanizmi; vakansiya mexanizmi; divakansiya mexanizmi; dislokasiyalar boyu diffuziya mexanizmləri; polikristallarda taxıl sərhədləri boyunca diffuziya mexanizmləri.
VAKANS MEXANİZMƏLƏRİ Mis, gümüş, dəmir və s. kimi metallar üçün boşluq mexanizmi ilə miqrasiya üçün aktivləşmə enerjisi təqribən eV-dir (vakansiyaların əmələ gəlməsi enerjisi eyni miqyasdadır). Ən sadə vakansiya klasteri iki vakansiyanın birləşməsidir - bivakansiya (2V). Belə hərəkət üçün tələb olunan enerji çox vaxt bir boşluqdan az olur.
INTERSTITAL MEXANİZMLER Kristallarda interstisial atomların görünüşü materialın hazırlanması və ya istifadəsi üsulu ilə əlaqədar ola bilər. İnterstisial atomlar kristallarda daxili və çirkli (xarici) interstisial atomlara bölünə bilər. Xarici (çirkli) atomlar da əksər hallarda öz atomları ilə dumbbell əmələ gətirir, lakin onlara qarışıq deyilir. İnterstisial konfiqurasiyaların bolluğu interstisial atomlardan istifadə edən çoxlu miqrasiya mexanizmlərinin yaranmasına səbəb olur.
Vakansiya artıq yarım müstəvinin ən xarici atom sırasının yuxarısındakı sıxılma bölgəsinə, interstisial atom isə yarım müstəvidən aşağıda yerləşən genişlənmə bölgəsinə cəlb edilməlidir. Ən sadə dislokasiyalar kristalın içərisində natamam atom yarımmüstəvisi şəklində olan qüsurdur.
Kristallardakı qüsurlu yerlər vasitəsilə diffuziya xüsusi xüsusiyyətlərə malikdir. Əvvəla, qüsursuz mexanizmlər vasitəsilə diffuziyadan daha asan baş verir. Lakin onun mənbələri qeyri-məhdud deyil: diffuziya prosesində qüsurların konsentrasiyası demək olar ki, həmişə əks qüsurların məhv edilməsi və qüsurların sözdə lavabolara getməsi səbəbindən azalır. Lakin qüsurların konsentrasiyası yüksək olarsa, onların diffuziyadakı rolu o qədər artır ki, bu, sürətlənmiş diffuziya adlanan, materiallarda sürətlənmiş faza-struktur çevrilmələrə, yük altında materialların sürətlənmiş sürüşməsinə və s. effektləri.
NƏTİCƏ Maddənin kristal strukturunda qüsurların tədqiqi getdikcə daha dərinləşdikcə, kristallardakı qüsurlu yerlər vasitəsilə miqrasiya mexanizmlərinin siyahısı daim yenilənir. Müəyyən bir mexanizmin diffuziya prosesinə daxil edilməsi bir çox şərtlərdən asılıdır: verilmiş qüsurun hərəkətliliyi, konsentrasiyası, kristal temperaturu və digər amillər.
- Ölçü: 2.2 Meqabayt
- Slaydların sayı: 37
Təqdimatın təsviri Təqdimat Slaydlarda kristalların qüsurları
Mükəmməl bir kristalda qüsurların əmələ gəlməsi zamanı baş verən enerji dəyişiklikləri. Mövqe seçiminin olması ilə bağlı entropiyada qazanc konfiqurasiya entropiyası adlanır və S = k ln Boltzman düsturu ilə müəyyən edilir. W, burada W, qəfəsi əmələ gətirən nizamlı atomların sayına mütənasib olan tək vakansiyanın əmələ gəlmə ehtimalıdır (maddənin 1 moluna 10 23).
Kristallarda müxtəlif növ qüsurlar: a) boşluq; b) interstisial atom; c) kiçik əvəzetmə qüsuru; d) böyük əvəzetmə qüsuru; e) Frenkel qüsuru; f) Şottki qüsuru (kation və anion alt qəfəslərində bir cüt boşluq)
Atomun qəfəsdəki yerindən yerdəyişmə enerjisi. Enerji maneəsi. Bir atomu yerindən çıxarmaq üçün aktivləşmə enerjisi tələb olunur. ΔE – qüsur əmələ gəlmə enerjisi; E * - aktivləşdirmə enerjisi. 1 / 1 1 E k. T sn C N e , 2/ 2 2 E k. T mn C N e Əgər n 1 = n 2 olarsa, tarazlıq qurulacaq: tarazlıq şəraitində metal qəfəsdə boşluqlar və interstisial atomlar var! //Ek. T m s. N N Ce
Dislokasiyalar. Bərk cisimlərin mexaniki xassələri və reaktivliyi. 1) - metallar adətən hesablamalara əsasən gözləniləndən daha çevik olur. Metallarda kəsilmə gərginliyinin hesablanmış dəyəri 10 5 - 10 6 N/sm 2-dir, bir çox metallar üçün eksperimental olaraq tapılmış dəyərlər isə 10 - 100 N/sm 2-dən çox deyil. Bu, bəzi "zəif halqaların" olduğunu göstərir. metalların quruluşu, bunun sayəsində metallar asanlıqla deformasiya olunur; 2) - bir çox yaxşı kəsilmiş kristalların səthlərində, mikroskop altında və ya hətta çılpaq gözlə, kristalın böyüdüyü spirallar görünür. Belə spirallar mükəmməl kristallarda əmələ gələ bilməz; 3) - dislokasiyaların mövcudluğu haqqında təsəvvürlər olmadan metalların plastiklik və axıcılıq kimi xüsusiyyətlərini izah etmək çətin olardı. Məsələn, maqnezium metal plitələr, demək olar ki, rezin kimi, orijinal uzunluğundan bir neçə dəfə uzana bilər; 4) - metallarda sərtləşmə dislokasiyalar haqqında fikirlər irəli sürmədən izah edilə bilməz.
Kənar dislokasiya ətrafında atomların düzülməsi Kənar dislokasiyası bütün kristaldan keçməyən, ancaq onun bir hissəsindən keçən “əlavə” atom yarımmüstəvisidir. Kənar dislokasiya proyeksiyası.
Kəsmə gərginliyinin təsiri altında kənar dislokasiyanın hərəkəti. A və B nöqtələrini birləşdirsəniz, bu, dislokasiyaların hərəkət etdiyi sürüşmə müstəvisinin proyeksiyası olacaqdır. Dislokasiyalar Burger vektoru ilə xarakterizə olunur b. b-nin böyüklüyünü və istiqamətini tapmaq üçün dislokasiya ətrafında konturu zehni olaraq atomdan atoma çəkərək təsvir etmək lazımdır (şəkil e). Kristalın qüsursuz bölgəsində hər bir istiqamətdə bir atomlararası məsafəyə çevrilmələrdən qurulan belə bir kontur ABCD qapalıdır: onun başlanğıcı və sonu A nöqtəsində üst-üstə düşür. Əksinə, dislokasiyanı əhatə edən 12345 kontur qapalı deyil. , çünki 1 və 5-ci bəndlər üst-üstə düşmür. Burgers vektorunun böyüklüyü 1 - 5 məsafəyə bərabərdir və istiqamət 1 - 5 (və ya 5 - 1) istiqaməti ilə eynidir. Kenar dislokasiyasının Burgers vektoru dislokasiya xəttinə perpendikulyar və tətbiq olunan gərginliyin təsiri altında dislokasiya xəttinin (və ya kəsilmə istiqamətinin) hərəkət istiqamətinə paraleldir.
Vida dislokasiyası Oxlarla göstərilən davamlı kəsmə gərginliyi ilə SS ' xətti və sürüşmə işarələri kristalın arxa üzünə çatır. Vida dislokasiyasının Burgers vektorunu tapmaq üçün onun ətrafında 12345 konturunu yenidən təsəvvür edək (şəkil a). B vektoru 1 - 5 seqmentinin böyüklüyü və istiqaməti ilə müəyyən edilir. Vida dislokasiyası üçün o, dislokasiya xəttinə SS ' paralel (kənar dislokasiya zamanı perpendikulyardır) və hərəkət istiqamətinə perpendikulyardır. kənar dislokasiya halında olduğu kimi, kəsilmə və ya sürüşmə istiqaməti ilə üst-üstə düşən dislokasiyanın.
Vidadan kənara dislokasiyanın xarakterini dəyişdirən dislokasiya xətti. Dislokasiya halqasının mənşəyi və hərəkəti Dislokasiyaların təbiəti elədir ki, onlar kristalın daxilində bitə bilmirlər: əgər kristal səthinin hansısa yerində dislokasiya kristala daxil olursa, bu o deməkdir ki, səthin başqa bir yerində onun kristalı tərk edir.
Dislokasiya halqasının (halqa) görünüşünün sxemi (a) əks işarənin iki dislokasiyasının məhv edilməsi ilə vakansiyaların görünməsi sxemi (b). Reallıqda dislokasiyaların əmələ gəlməsi üçün birbaşa xarici deformasiya qüvvəsinin tətbiqi lazım deyil. Bu qüvvə kristallaşma zamanı yaranan termal gərginliklər və ya məsələn, ərimənin soyudulması zamanı bərkiyən metal külçədə yad daxilolmalar sahəsində oxşar gərginliklər və s. ola bilər. Həqiqi kristallarda artıq ekstraplanlar eyni vaxtda müxtəlif hissələrdə yarana bilər. kristaldan. Ekstraplan və deməli dislokasiyalar kristalda hərəkətlidir. Bu, onların ilk mühüm xüsusiyyətidir. Dislokasiyaların ikinci xüsusiyyəti onların yeni dislokasiyaların əmələ gəlməsi ilə qarşılıqlı əlaqədə olması, aşağıdakı şəkillərdə göstərilənlərə bənzər dislokasiya ilmələri və hətta əks işarəli iki dislokasiyanın məhv olması səbəbindən boşluqların əmələ gəlməsidir.
Metalların mexaniki gücü. Frenkelin modeli. Dağıdıcı qüvvə adətən stress adlanır və σ ilə işarələnir. Bu modelə görə, x oxu boyunca yerdəyişmə artdıqca σ müqaviməti əvvəlcə artır, sonra atom müstəviləri bir atomlararası məsafə a yerdəyişən kimi sıfıra enir. x>a-da σ-nin qiyməti x = 2a və s.-də yenidən artdıqca sıfıra endikdə, yəni σ(x) σ = A sin (2 π x/a ) kimi göstərilə bilən dövri funksiyadır. kiçik x bölgəsi A = G /(2π), burada G Young moduludur. Daha ciddi nəzəriyyə sonradan zərif ifadə σ m ax = G /30 verdi. Atom müstəvilərinin yerdəyişməsi diaqramı (a) və kristalda gərginliyin məsafədən asılılığı (b).
Bəzi metalların kəsilmə gücünün eksperimental və nəzəri dəyərləri. Kristalın atom müstəvilərinin yerdəyişməsinin roller modeli | F 1 + F 2 |=| F 4 + F 5 | bütün roller sistemi balansdadır. Yalnız zəif bir xarici təsir ilə qüvvələrin balansını bir az dəyişdirmək lazımdır və rulonların yuxarı sırası hərəkət edəcəkdir. Buna görə, dislokasiyanın hərəkəti, yəni qüsurlu atomların toplanması, aşağı yüklərdə baş verir. Nəzəriyyə dislokasiyanı dəyişdirən σ m axını σ m ax = exp ( - 2 π a / [ d (1- ν) ] şəklində verir, burada ν Puasson nisbətidir (eninə elastiklik), d məsafədir. sürüşmə təyyarələri arasında və - kristal qəfəs dövrü. a = d, ν = 0.3 fərz etsək, cədvəlin son sütununda σ m ax dəyərlərini alırıq, buradan onların eksperimental olanlara daha yaxın olduğunu görmək olar.
Tırtılların hərəkət sxemi Dislokasiya tipli hərəkət sxemləri: a - dartılma dislokasiyası, b - sıxıcı dislokasiya, c - xalça hərəkəti. “Əvvəlcə, tırtılı yer boyunca sürükləməyə çalışaq. Məlum oldu ki, bunu etmək asan deyil, bunun üçün ciddi səy tələb olunur. Onlar eyni zamanda bütün cüt tırtıl ayaqlarını yerdən qaldırmağa çalışmağımızla bağlıdır. Tırtılın özü fərqli bir rejimdə hərəkət edir: o, səthdən yalnız bir cüt ayağı qoparır, onları hava ilə aparır, yerə endirir, sonra növbəti cüt ayaqla eyni şeyi təkrarlayır və s. və s. Bunu etməklə bütün cüt ayaqlar havada daşınacaq, bütövlükdə bütün tırtıl hər bir cüt ayağın növbə ilə dəyişdiyi məsafəni hərəkət etdirəcək. Tırtıl yer boyunca heç bir cüt ayağı sürükləmir. Ona görə də asanlıqla sürünür”.
Dislokasiya qüsurlarına nəzarət üsulları. Çirkləri ilə fiksasiya. Çirk atomu dislokasiya ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və çirkli atomlarla yüklənmiş belə bir dislokasiyanın hərəkəti çətin olur. Buna görə də, çirkli atomlar tərəfindən dislokasiyanın bağlanmasının səmərəliliyi qarşılıqlı təsir enerjisi E ilə müəyyən ediləcək, bu da öz növbəsində iki komponentdən ibarətdir: E 1 və E 2. Birinci komponent (E 1) elastik qarşılıqlı təsir enerjisidir, ikincisi (E 2) elektrik qarşılıqlı təsirinin enerjisidir. Xarici hissəciklərlə fiksasiya. Xarici hissəciklər əsas metaldan fərqli bir maddənin mikroskopik daxilolmalarıdır. Bu hissəciklər metal əriməyə daxil olur və ərimə soyuduqda bərkidikdən sonra metalda qalır. Bəzi hallarda, bu hissəciklər əsas metal ilə kimyəvi qarşılıqlı əlaqəyə girir və sonra bu hissəciklər artıq bir ərinti təmsil edir. Bu cür hissəciklər tərəfindən dislokasiyanın bağlanması mexanizmi metal matrisdə və yad hissəciklərin materialında dislokasiyaların hərəkətinin müxtəlif sürətlərinə əsaslanır. İkinci mərhələnin daxilolmaları ilə fiksasiya. İkinci faza, tarazlıq ilə müqayisədə metal-çirkli məhluldan çirkin artıq konsentrasiyasının ayrılması (çöküntüləri) kimi başa düşülür. Ayırma prosesi bərk məhlulun parçalanması adlanır. Dislokasiyaların bir-birinə qarışması. Metalda dislokasiyaların sıxlığı yüksək olduqda, onlar bir-birinə qarışır. Bu, bəzi dislokasiyaların kəsişən sürüşmə təyyarələri boyunca hərəkət etməyə başlaması, digərlərinin hərəkətinə mane olması ilə bağlıdır.
Həlletmə əyrisinin keyfiyyət görünüşü. Kristalda T m temperaturda C m konsentrasiyası varsa və tez soyudulursa, o zaman aşağı temperaturda, məsələn, T 1-də C m konsentrasiyası olacaq, baxmayaraq ki, tarazlıq konsentrasiyası C 1 olmalıdır. konsentrasiyası ΔC = C m – C 1 kifayət qədər uzun olmalıdır qızdırma məhluldan düşəcək, çünki yalnız bu halda məhlul A 1- x B x sisteminin minimum enerjisinə uyğun olan sabit tarazlıq vəziyyətini qəbul edəcəkdir.
Dislokasiyaların aşkarlanması üsulları a) Sr kristalının mikroqrafiyası (transmissiya elektron mikroskopunda, TEM-də əldə edilmişdir). Ti. İki kənar dislokasiya (100) olan O 3 (şəkildə qeyd edilmişdir). b) Kenar dislokasiyasının sxematik təsviri. c) Qa kristalının səthinin mikroqrafiyası. Kimi (skan edən tunel mikroskopunda əldə edilir). C nöqtəsində vida dislokasiyası var. d) Vida dislokasiyasının sxemi.
Transmissiya elektron mikroskopundan istifadə edərək dislokasiyaların vizuallaşdırılması. a) Parlaq fonda tünd xətlər 1% dartıldıqdan sonra alüminiumda dislokasiya xətləridir. b) Dislokasiya bölgəsinin kontrastının səbəbi - və kristalloqrafik müstəvilərin əyriliyi ötürülən elektron şüasını zəiflədən elektron difraksiyasına səbəb olur.
a) əyilmiş misin səthində (111) aşındırma çuxurları; b) səthdə (100) c) (110) yenidən kristallaşmış Al -0,5% Mn. Dislokasiyalar adi optik mikroskopda da görünə bilər. Dislokasiyaların səthə çatdığı nöqtənin ətrafındakı sahələr kimyəvi aşınmağa daha çox həssas olduğundan, səthdə optik mikroskopda aydın görünən sözdə çuxurlar əmələ gəlir. Onların forması səthin Miller indekslərindən asılıdır.
Artan gücü olan bir metal material əldə etmək üçün çox sayda dislokasiya pinning mərkəzləri yaratmaq lazımdır və belə mərkəzlər bərabər paylanmalıdır. Bu tələblər super ərintilərin yaradılmasına səbəb oldu. Yeni metal funksional materiallar. Ərintilərin strukturunun "layihələndirilməsi" Super ərinti ən azı iki fazalı sistemdir ki, burada hər iki faza ilk növbədə atom quruluşunda nizam dərəcəsində fərqlənir. Super ərinti Ni - Al sistemində mövcuddur. Bu sistemdə adi bir qarışıq meydana gələ bilər, yəni Ni və Al atomlarının xaotik paylanması ilə bir ərinti. Bu ərinti kub quruluşuna malikdir, lakin kubun düyünləri təsadüfi olaraq Ni və ya Al atomları ilə əvəz olunur. Bu nizamsız ərinti γ fazası adlanır.
Ni - А l sistemində γ fazası ilə yanaşı, kub quruluşlu, lakin sifarişli intermetal birləşmə Ni 3 А l də əmələ gələ bilər. Ni 3 А l kuboidləri γ ‘ -faza adlanır. γ '-fazasında Ni və A l atomları ciddi qanuna görə kub qəfəsin yerlərini tutur: bir alüminium atomu üçün üç nikel atomu var. Sifarişli kristalda dislokasiya hərəkətinin sxemi
Başqa bir fazanın daxilolmaları ilə dislokasiyanın bağlanmasının C diaqramı. DD - hərəkətli dislokasiya. Super ərinti yaratmaq üçün nikel əridilir və alüminiumla qarışdırılır. Ərinmiş qarışıq soyuduqda əvvəlcə nizamsız γ fazası bərkiyir (onun kristallaşma temperaturu yüksəkdir), sonra temperatur aşağı düşdükcə onun daxilində γ '-fazasının kiçik ölçülü kuboidləri əmələ gəlir. Soyutma sürətini dəyişdirərək, əmələ gəlmə kinetikasını və deməli, γ ‘-faza Ni 3 A l daxilolmalarının ölçüsünü tənzimləmək mümkündür.
Yüksək möhkəmlikli metal materialların hazırlanmasında növbəti addım γ fazası olmadan təmiz Ni 3 Al istehsalı olmuşdur. Metalın incə dənəli mozaika quruluşunun bir növü. Bu material çox kövrəkdir: çip mozaika strukturunun taxıl sərhədləri boyunca baş verir. Burada digər qüsur növləri, xüsusən də səth aşkar edilir. Həqiqətən, kristalın səthində kimyəvi bağlarda bir qırılma var, yəni pozulma kristal sahəsində bir qırılmadır və bu, qüsurun meydana gəlməsinin əsas səbəbidir. Sallanan kimyəvi bağlar doymamışdır və təmasda onlar artıq deformasiyaya uğramış və buna görə də zəifləmişlər. Kristal səthində kimyəvi bağların qırılma sxemi.
Bu qüsurları aradan qaldırmaq üçün aşağıdakılar lazımdır: - ya ayrı-ayrı dənəciklər-kristalitlər olmayan monokristal material istehsal etmək; - və ya Ni 3 Al həcminə nəzərəçarpacaq miqdarda nüfuz etməyəcək, lakin səthdə yaxşı adsorbsiya ediləcək və boş yerləri dolduracaq çirklər şəklində bir "tampon" tapın. İzovalent çirklər vakansiyalar üçün ən böyük yaxınlığa malikdir, yəni atomları kristal qəfəsdən çıxarılan və boşluq meydana gətirən atomla Dövri Cədvəlin eyni qrupunda olan çirklər. Ni 3 Al və Ni 3 Al super ərintiləri bu gün 1000 ° C-ə qədər temperaturda istiliyədavamlı materiallar kimi geniş istifadə olunur. Oxşar kobalt əsaslı super ərintilər bir qədər aşağı gücə malikdir, lakin onu 1100°C temperatura qədər saxlayır. Gələcək perspektivlər Ti-nin intermetal birləşmələrinin istehsalı ilə bağlıdır. Al və T i 3 A l saf formada. Onlardan hazırlanmış hissələr nikel super ərintidən hazırlanan eyni hissələrdən 40% daha yüngüldür.
Yük altında asan deformasiyaya malik ərintilər. Belə metal materialların yaradılması üsulu çox kiçik kristalit dənələri olan bir struktur istehsal etməkdir. Ölçüləri 5 mikrondan az olan taxıllar yük altında məhv edilmədən bir-birinin üzərində sürüşür. Belə taxıllardan ibarət bir nümunə məhv edilmədən Δ l / l 0 = 10 nisbi gərginliyə tab gətirə bilər, yəni nümunənin uzunluğu orijinal uzunluğun 1000% -i artır. Bu superplastikliyin təsiridir. Taxıl təmaslarında bağların deformasiyası, yəni çox sayda səth qüsurları ilə izah olunur. Superplastik metal, demək olar ki, plastilin kimi emal oluna bilər, ona istənilən formanı verir, sonra belə materialdan hazırlanmış hissə taxılları böyütmək üçün istiliklə işlənir və tez soyudulur, bundan sonra superplastiklik effekti yox olur və hissə öz təyinatı üçün istifadə olunur. məqsəd. Superplastik metalların istehsalında əsas çətinlik incə taxıl quruluşuna nail olmaqdır.
Nikel tozunu qələviləşdirmə üsulu ilə əldə etmək rahatdır, burada Al-Ni ərintisi Na qələvi istifadə edərək əzilir. OH, təxminən 50 nm hissəcik diametri olan bir toz istehsal etmək üçün alüminiumun yuyulması, lakin bu hissəciklər o qədər kimyəvi aktivdir ki, katalizator kimi istifadə olunur. Tozun fəaliyyəti çoxlu sayda səth qüsurları ilə izah olunur - adsorbsiya edilmiş atom və molekullardan elektronları birləşdirə bilən qırılan kimyəvi bağlar. Bir sentrifuqada səpilən metal əriməsinin sürətli kristallaşma sxemi: 1 - soyuducu qaz; 2 - ərimə; 3 - ərimə jet; 4 - kiçik hissəciklər; 5 - fırlanan disk Metal tozların dinamik presləmə sxemi: 1 - mərmi, 2 - toz, 3 - qəlib, 4 - silah lüləsi
Lazer şüşələmə üsulu. Termin çini (keramika) istehsalından götürülüb. Lazer şüalanmasından istifadə edərək metal səthində nazik təbəqə əridilir və 10 7 K/s sürəti ilə sürətli soyutma tətbiq edilir. Ultra sürətli sərtləşmənin məhdudlaşdırıcı halı amorf metalların və ərintilərin - metal şüşələrin istehsalıdır.
Superkeçirici metallar və ərintilər Material Al V In Nb Sn Pb Nb 3 Sn Nb 3 Ge Т с, К 1, 19 5, 4 3, 4 9, 46 3, 72 7, 18 18 21. . . 231911-ci ildə Hollandiyada Kamerlinq Onnes maye heliumun qaynama nöqtəsində (4,2 K) civə müqavimətinin sıfıra endiyini kəşf etdi! Superkeçirici vəziyyətə keçid (ρ = 0) müəyyən bir kritik temperatur Tc-də qəfil baş verdi. 1957-ci ilə qədər superkeçiricilik fenomeninin fiziki izahı yox idi, baxmayaraq ki, dünya getdikcə daha çox yeni superkeçiricilərin axtarışı ilə məşğul idi. Beləliklə, 1987-ci ilə qədər müxtəlif Tc dəyərlərinə malik 500-ə yaxın metal və ərintilər məlum idi. Niobium birləşmələri ən yüksək Tc-yə malik idi.
Davamlı cərəyan. Elektrik cərəyanı bir metal halqada həyəcanlanırsa, normal, məsələn, otaq temperaturunda, cərəyan axını istilik itkiləri ilə müşayiət olunduğundan tez ölür. Superkeçiricidə T ≈ 0 olduqda cərəyan sönür. Təcrübələrin birində cərəyan dayandırılana qədər 2,5 il dövr etdi. Cərəyan müqavimətsiz axdığından və cərəyanın yaratdığı istilik miqdarı Q = 0,24 I 2 Rt olduğundan, R = 0 vəziyyətində sadəcə istilik itkisi yoxdur. Kvantlaşdırmaya görə superkeçirici halqada şüalanma yoxdur. Ancaq bir atomda bir elektronun impulsu və enerjisi kvantlanır (diskret qiymətlər alır), halqada isə cərəyan, yəni elektronların bütün dəsti kvantlanır. Beləliklə, bizdə kooperativ fenomen nümunəsi var - bərk cisimdə bütün elektronların hərəkəti ciddi şəkildə əlaqələndirilir!
Meysner effekti 1933-cü ildə kəşf edilmişdir. Onun mahiyyəti T-də xarici maqnit sahəsinin olmasındadır.< Т с не проникает в толщу сверхпроводника. Экспериментально это наблюдается при Т=Т с в виде выталкивания сверхпроводника из магнитного поля, как и полагается диамагнетику. Этот эффект объясняется тем, что в поверхностном слое толщиной 0, 1 мкм внешнее магнитное поле индуцирует постоянный ток, но тепловых и излучательных потерь нет и в результате вокруг этого тока возникает постоянное незатухающее магнитное поле. Оно противоположно по направлению внешнему полю (принцип Ле-Шателье) и экранирует толщу сверхпроводника от внешнего магнитного поля. При увеличении Н до некоторого значения Н с сверхпроводимость разрушается. Значения Н с лежат в интервале 10 -2 . . . 10 -1 Т для различных сверхпроводников. http: //www. youtube. com/watch? v=bo 5XTURGMTM
Meissner effekti olmasaydı, müqaviməti olmayan dirijor fərqli davranardı. Maqnit sahəsində müqavimətsiz vəziyyətə keçərkən, o, bir maqnit sahəsini qoruyacaq və hətta xarici maqnit sahəsi çıxarıldıqda belə onu saxlayacaqdır. Belə bir maqniti yalnız temperaturu artırmaqla maqnitsizləşdirmək mümkün olardı. Ancaq bu davranış eksperimental olaraq müşahidə edilməmişdir.
Birinci növ fövqəlkeçiricilər adlanan nəzərdən keçirilən superkeçiricilərlə yanaşı, ikinci növ superkeçiricilər də aşkar edilmişdir (A, V. Shubnikov, 1937; A. Abrikosov, 1957). Onlarda xarici maqnit sahəsi müəyyən H c1-ə çatdıqdan sonra nümunəyə nüfuz edir və sürətləri H-yə perpendikulyar olan elektronlar Lorentz qüvvəsinin təsiri altında dairəvi hərəkətə başlayır. Vorteks filamentləri görünür. İpin "gövdəsi" həddindən artıq keçirici olmayan bir metal olur və onun ətrafında superkeçirici elektronlar hərəkət edir. Nəticədə iki fazadan ibarət qarışıq superkeçirici əmələ gəlir - superkeçirici və normal. Yalnız Hc-nin başqa, daha yüksək dəyərinə çatdıqda, genişlənən 2 filament bir-birinə yaxınlaşır və superkeçirici vəziyyət tamamilə məhv olur. Нс2 dəyərləri 20-yə çatır. . . Nb 3 Sn və Pb kimi superkeçiricilər üçün 50 T. Mo 6 O 8 müvafiq olaraq.
Cozefson quruluş diaqramı: 1-dielektrik təbəqə; 2-superkeçiricilər Quruluş nazik dielektrik təbəqə ilə ayrılmış iki superkeçiricidən ibarətdir. Bu struktur xarici gərginlik V ilə müəyyən edilmiş müəyyən potensial fərqində yerləşir. Feynman tərəfindən hazırlanmış nəzəriyyədən strukturdan keçən I cərəyanın ifadəsi aşağıdakı kimidir: I= I 0 sin [(2e. V/h)t+ φ. 0 ], burada I 0 = 2Kρ/ h (K Josephson strukturunda hər iki superkeçiricinin qarşılıqlı təsir sabitidir; ρ superkeçirici cərəyanı daşıyan hissəciklərin sıxlığıdır). φ 0 = φ 2 - φ 1 kəmiyyəti superkeçiricilərlə təmasda olan elektronların dalğa funksiyaları arasındakı faza fərqi kimi qəbul edilir. Görünür ki, hətta xarici gərginlik (V = 0) olmadıqda, kontaktdan birbaşa cərəyan keçir. Bu stasionar Cozefson effektidir. Josephson strukturunu maqnit sahəsinə yerləşdirsək, onda F maqnit axını Δ φ-da dəyişikliyə səbəb olur və nəticədə əldə edirik: I= I 0 sinφ 0 cos (Ф / Ф 0), burada Ф 0 maqnitdir. axın kvantı. Ф 0 = h с/е qiyməti 2,07·10 -11 T sm 2-ə bərabərdir. F 0-ın belə kiçik qiyməti biocərəyanlardan zəif maqnit sahələrini aşkar edən ultrahəssas maqnit sahəsi ölçənlərin (maqnitometrlərin) istehsalına imkan verir. beyin və ürək.
I= I 0 sin [(2e. V/h)t+ φ 0 ] tənliyi göstərir ki, V ≠ 0 olduqda cərəyan f = 2 e tezliyi ilə salınacaq. V/h. Rəqəm olaraq, f mikrodalğalı diapazona düşür. Beləliklə, Josephson kontaktı daimi potensial fərqdən istifadə edərək alternativ cərəyan yaratmağa imkan verir. Bu qeyri-stasionar Cozefson effektidir. Dəyişən Cozefson cərəyanı, eynilə salınan dövrədə adi cərəyan kimi, elektromaqnit dalğaları yayacaq və bu şüalanma əslində eksperimental olaraq müşahidə olunur. Yüksək keyfiyyətli Josephson S - I - S kontaktları üçün I dielektrik təbəqəsinin qalınlığı son dərəcə kiçik olmalıdır - bir neçə nanometrdən çox olmamalıdır. Əks halda, I0 cərəyanını təyin edən birləşmə sabiti K çox azalır. Lakin nazik izolyasiya təbəqəsi atomların superkeçirici materiallardan yayılması səbəbindən zamanla pisləşir. Bundan əlavə, nazik təbəqə və onun materialının əhəmiyyətli dielektrik sabitliyi strukturun böyük elektrik tutumuna gətirib çıxarır ki, bu da onun praktik istifadəsini məhdudlaşdırır.
Superkeçiricilik hadisəsinin fizikası haqqında əsas keyfiyyət təsəvvürləri. Kuper cütlərinin əmələ gəlmə mexanizmi Kulon qarşılıqlı təsiri ilə dəf edilən e 1 və e 2 elektron cütünü nəzərdən keçirək. Ancaq başqa bir qarşılıqlı təsir də var: məsələn, elektron e 1 ionlarından birini I cəlb edir və onu tarazlıq mövqeyindən sıxışdırır. I ion elektronlara təsir edən elektrik sahəsi yaradır. Buna görə də onun yerdəyişməsi digər elektronlara təsir edəcək, məsələn, e 2. Beləliklə, e 1 və e 2 elektronlarının qarşılıqlı təsiri kristal qəfəs vasitəsilə baş verir. Elektron bir ionu çəkir, lakin Z 1 > Z 2 olduğundan, elektron ion “qabı” ilə birlikdə müsbət yükə malikdir və ikinci elektronu cəlb edir. T > T c-də istilik hərəkəti ion "qabı"nı bulandırır. İonun yerdəyişməsi qəfəs atomlarının həyəcanlanmasıdır, yəni fononun doğulmasından başqa bir şey deyil. Əks keçid zamanı fonon yayılır və başqa bir elektron tərəfindən udulur. Bu o deməkdir ki, elektronların qarşılıqlı təsiri fononların mübadiləsidir. Nəticədə bərk cisimdəki bütün elektronlar kollektivi bağlı olur. İstənilən anda bir elektron bu kollektivdəki elektronlardan birinə daha güclü bağlıdır, yəni bütün elektron kollektiv elektron cütlərindən ibarət görünür. Bir cüt daxilində elektronlar müəyyən bir enerji ilə bağlıdır. Buna görə də, yalnız bağlanma enerjisini aşan təsirlər bu cütə təsir edə bilər. Belə çıxır ki, adi toqquşmalar enerjini çox az miqdarda dəyişir və bu, elektron cütlüyünə təsir etmir. Buna görə elektron cütləri kristalda toqquşmadan, səpilmədən hərəkət edir, yəni cərəyan müqaviməti sıfırdır.
Aşağı temperaturlu superkeçiricilərin praktik tətbiqi. Superkeçirici maqnitlər, Nb 3 Sn superkeçirici lehimli teldən hazırlanmışdır. Hazırda sahəsi 20 T olan superkeçirici solenoidlər artıq qurulmuşdur.M x Mo 6 O 8 düsturuna uyğun olan materiallar, burada M metal atomları Pb, Sn, Cu, Ag və s. perspektivli hesab olunur. Pb solenoidində əldə edilən ən yüksək maqnit sahəsi (təxminən 4 0 T). Mo 6 O 8. Cozefson qovşaqlarının maqnit sahəsinə böyük həssaslığı onların cihazqayırmada, tibbi avadanlıqlarda və elektronikada istifadəsi üçün əsas olmuşdur. SQUID maqnitoensefaloqrafiya üçün istifadə olunan superkeçirici kvant müdaxilə sensorudur. Meissner effektindən istifadə edərək, müxtəlif ölkələrin bir sıra tədqiqat mərkəzləri yüksək sürətli maqnit levitasiya qatarlarını yaratmaq üçün səthin üstündə "üzən" maqnit levitasiyası üzərində işləyirlər. Süperkeçirici naqillər vasitəsilə itkisiz sönümsüz cərəyan və elektrik enerjisi ötürücü xətləri (EPL) olan dövrə şəklində induksiya enerjisinin saxlanması cihazları. Superkeçirici sarımları olan maqnitohidrodinamik (MHD) generatorları. Onların istilik enerjisini elektrik enerjisinə çevirmək səmərəliliyi 50%, digər bütün elektrik stansiyaları üçün isə 35%-dən çox deyil.
Qüsurlar kristallarda ideal kristal quruluşunun pozulmasıdır. Belə pozuntu müəyyən bir maddənin atomunun yad atomla (çirk atomu) əvəz edilməsindən (şəkil 1, a), əlavə atomun interstisial sahəyə daxil edilməsindən (şəkil 1, b) ibarət ola bilər. bir qovşaqda atom olmadıqda (şəkil 1, c). Belə qüsurlar deyilir nöqtə.Onlar qəfəsdə nizamsızlıqlara səbəb olur, bir neçə dövrə bərabər məsafələrə yayılır.
Nöqtə qüsurlarına əlavə olaraq, müəyyən xətlərin yaxınlığında cəmlənmiş qüsurlar var. Onlar çağırılır xətti qüsurlar və ya dislokasiyalar. Bu tip qüsurlar kristal müstəvilərin düzgün növbəsini pozur.
Dislokasiyaların ən sadə növləri bunlardır regional Və vida dislokasiyalar.
Kenar dislokasiyası atomların iki bitişik təbəqəsi arasına daxil edilmiş əlavə kristal yarımmüstəvisi nəticəsində yaranır (şək. 2). Vida dislokasiyası kristalda yarım müstəvi boyunca kəsilmə və sonradan kəsmənin əks tərəflərində yerləşən qəfəs hissələrinin bir dövr dəyəri ilə bir-birinə doğru yerdəyişməsi nəticəsində təmsil oluna bilər (şək. 3).
Qüsurlar kristalların fiziki xüsusiyyətlərinə, o cümlədən onların gücünə güclü təsir göstərir.
Əvvəlcə mövcud olan dislokasiya, kristalda yaranan gərginliklərin təsiri altında, kristal boyunca hərəkət edir. Dislokasiyaların hərəkəti kristalda digər qüsurların olması, məsələn, çirkli atomların olması ilə qarşısı alınır. Bir-birini keçərkən dislokasiyalar da yavaşlayır. Dislokasiya sıxlığının artması və çirklərin konsentrasiyasının artması dislokasiyaların güclü inhibə edilməsinə və onların hərəkətinin dayandırılmasına səbəb olur. Nəticədə materialın gücü artır. Məsələn, dəmirin gücünü artırmaq, tərkibindəki karbon atomlarını (polad) həll etməklə əldə edilir.
Plastik deformasiya kristal şəbəkənin məhv edilməsi və dislokasiyaların hərəkətinə mane olan çoxlu sayda qüsurların əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur. Bu, soyuq emal zamanı materialların güclənməsini izah edir.
Kristal quruluşundakı qüsurlar Struktur kimi istifadə olunan real metallar
materiallar çoxlu sayda nizamsız formalı kristallardan ibarətdir. Bunlar
kristallar
çağırdı
taxıl
və ya
kristallar,
A
strukturu
polikristal və ya dənəvər. Mövcud istehsal texnologiyaları
metallar ideal kimyəvi təmizlik əldə etməyə imkan vermir, buna görə də
real metallarda çirkli atomlar var. Çirkli atomlardır
kristal strukturunda qüsurların əsas mənbələrindən biridir. IN
Kimyəvi saflığından asılı olaraq metallar üç qrupa bölünür:
kimyəvi cəhətdən təmiz - tərkibi 99,9%;
yüksək təmizlik - məzmun 99,99%;
ultra təmiz - tərkibi 99,999%.
İstənilən çirklərin atomları ölçü və quruluş baxımından kəskin şəkildə fərqlənir
əsas komponentin atomlarından fərqlənir, buna görə də ətrafdakı qüvvə sahəsi
belə atomlar təhrif olunur. Hər hansı bir qüsurun ətrafında elastik bir zona görünür.
həcmlə balanslaşdırılmış kristal qəfəsin təhrifi
kristal quruluşundakı qüsura bitişik kristal.
bütün metallara xasdır. Bərk cisimlərin ideal quruluşunun pozulması
onların fiziki, kimyəvi,
texnoloji və əməliyyat xassələri. İstifadə etmədən
real kristallarda qüsurlar haqqında fikirlər, hadisələri öyrənmək mümkün deyil
plastik deformasiya, ərintilərin bərkidilməsi və məhv edilməsi və s. qüsurlar
kristal quruluşu həndəsi cəhətdən rahat şəkildə təsnif edilə bilər
forma və ölçü:
səthi (iki ölçülü) yalnız bir istiqamətdə kiçik və var
düz forma - bunlar taxılların, blokların və əkizlərin sərhədləri, domenlərin sərhədləridir;
nöqtə (sıfır ölçülü) hər üç ölçüdə kiçikdir, ölçüləri deyil
bir neçə atom diametrindən çox boşluqlar, interstisial atomlar,
çirkli atomlar;
xətti (bir ölçülü) iki istiqamətdə kiçik, üçüncü isə
istiqamət onlar kristalın uzunluğuna uyğundur - bunlar dislokasiyalar, zəncirlərdir
vakansiyalar və interstisial atomlar;
həcmli (üç ölçülü) nisbətən hər üç ölçüyə malikdir
böyük ölçülər böyük qeyri-homogenliklər, məsamələr, çatlar və s. deməkdir; Səth qüsurları interfeyslərdir
polikristal metalda ayrı-ayrı dənələr və ya alt dənələr arasında, to
Buraya kristallardakı “qablaşdırma” qüsurları da daxildir.
Taxıl sərhədi hər iki tərəfində olan səthdir
kristal qəfəslər məkan oriyentasiyasına görə fərqlənir. Bu
Səth əhəmiyyətli ölçülərə malik iki ölçülü qüsurdur
iki ölçü, üçüncüdə isə onun ölçüsü atomla müqayisə edilə bilər. Taxıl sərhədləri
- bunlar yüksək dislokasiya sıxlığı və uyğunsuzluq sahələridir
bitişik kristalların quruluşu. Taxıl sərhədlərindəki atomlar artmışdır
taxılların içindəki atomlarla müqayisədə enerji və nəticədə daha çox
müxtəlif qarşılıqlı təsirlərə və reaksiyalara meyllidirlər. Taxıl sərhədlərində
atomların nizamlı düzülüşü yoxdur. Metalların kristallaşması zamanı taxıl sərhədlərində onlar toplanır
müxtəlif çirklər, qüsurlar, qeyri-metal daxilolmalar əmələ gəlir,
oksid filmləri. Nəticədə taxıllar arasında metal bağ qırılır
və metalın möhkəmliyi azalır. Sərhəd quruluşunun qırılması nəticəsində
zəiflətmək və ya metal gücləndirmək, müvafiq olaraq, gətirib çıxarır
kristallararası (dənələrarası) və ya transgranular (taxıl gövdəsi boyunca)
məhv. Yüksək temperaturun təsiri altında metal azalmağa meyllidir
taxılların böyüməsi və büzülməsi səbəbindən taxıl sərhədlərinin səth enerjisi
onların sərhədlərinin uzunluğu. Kimyəvi olaraq taxıl sərhədlərinə məruz qaldıqda
daha aktiv olur və nəticədə korroziya məhv olur
taxıl sərhədlərindən başlayır (bu xüsusiyyət mikroanalizin əsasını təşkil edir
cilalanmış bölmələrin istehsalında metallar).
Kristalin səthi təhrifinin başqa bir mənbəyi var
metal konstruksiya. Metal taxılları qarşılıqlı olaraq bir neçə yerə yanlış istiqamətləndirilir
dərəcə, fraqmentlər dəqiqələrlə yanlış istiqamətləndirilir və onu təşkil edən bloklar
fraqment, yalnız bir neçə saniyə qarşılıqlı olaraq yanlış istiqamətləndirilmişdir. Əgər
taxılı yüksək böyütmə ilə yoxlayın, onun içərisində olduğu məlum olur
15"...30" bucaq altında bir-birinə nisbətən yanlış istiqamətlənmiş sahələr var.
Bu quruluş blok və ya mozaika adlanır və sahələr blok adlanır
mozaika. Metalların xassələri həm blokların, həm də taxılların ölçülərindən asılı olacaq və
və onların qarşılıqlı oriyentasiyası haqqında. Oriented bloklar daha böyük fraqmentlərə birləşdirilir
ümumi oriyentasiyası ixtiyari olaraq qalır, beləliklə, bütün taxıllar
bir-birinə nisbətən yanlış istiqamətləndirilmişdir. Temperatur yüksəldikcə
taxılların yanlış oriyentasiyası artır. Taxılın bölünməsinə səbəb olan istilik prosesi
fraqmentlərə çoxbucaqlılaşma deyilir.
Metallardakı istiqamətdən asılı olaraq xassələrdəki fərqdir
adı anizotropiyadır. Anizotropiya olan bütün maddələr üçün xarakterikdir
kristal quruluş. Taxıllar həcmdə təsadüfi olaraq yerləşir, buna görə də
Müxtəlif istiqamətlərdə təxminən eyni sayda atom var və
xassələri eyni qalır, bu fenomen kvazi-anizotropiya adlanır
(yalan - anizotropiya). Nöqtə qüsurları üç ölçülü və ölçüdə kiçikdir
nöqtəyə yaxınlaşır. Ümumi qüsurlardan biri də budur
boş yerlər, yəni atom tərəfindən tutulmayan yer (Schottky qüsuru). Vakant vəzifəni əvəz etmək üçün
qovşaq, yeni bir atom hərəkət edə bilər və onun boyunca boş yer - "çuxur" əmələ gəlir
məhəllə. Artan temperaturla vakansiyaların konsentrasiyası artır. Belə ki
atomlar kimi. səthinə yaxın yerləşir. səthə çıxa bilər
kristal. və onların yerini atomlar tutacaq. səthindən daha uzaqda yerləşir.
Şəbəkədə boş yerlərin olması atomlara hərəkətlilik verir. olanlar. onlara imkan verir
özünü diffuziya və diffuziya prosesindən keçir. və beləliklə təmin edir
qocalma, ikincili fazaların sərbəst buraxılması və s. kimi proseslərə təsiri.
Digər nöqtə qüsurları dislokasiya olunmuş atomlardır
(Frenkel qüsuru), yəni. düyündən çıxan öz metal atomları
qəfəs və internodlarda bir yerdə baş verdi. Eyni zamanda yerində
hərəkət edən atom, boşluq yaranır. Belə qüsurların konsentrasiyası
kiçik. çünki onların formalaşması əhəmiyyətli enerji xərcləri tələb edir. İstənilən metalda xarici çirkli atomlar var. IN
Çirklərin təbiətindən və metala daxil olduqları şəraitdən asılı olaraq, onlar edə bilərlər
metalda həll oluna bilər və ya ayrıca daxilolmalar şəklində mövcuddur. Aktiv
metalın xassələri ən çox xarici həll olunanlardan təsirlənir
atomları atomlar arasındakı boşluqlarda yerləşə bilən çirklər
əsas metal - interstisial atomlar və ya kristal qəfəs yerlərində
əsas metal - əvəzedici atomlar. Əgər çirklilik atomları əhəmiyyətli dərəcədədir
daha az əsas metal atomları, onda onlar interstisial məhlullar əmələ gətirir və əgər
daha çox - sonra onlar əvəzedici həllər yaradırlar. Hər iki halda qəfəs olur
qüsurlu və onun təhrifləri metalın xassələrinə təsir göstərir. Xətti qüsurlar iki ölçüdə kiçikdir, lakin üçüncüdə ola bilər
kristalın (taxıl) uzunluğuna çatır. Xətti qüsurlara zəncirlər daxildir
vakansiyalar. interstisial atomlar və dislokasiyalar. Dislokasiyalar xüsusidir
kristal qəfəsdəki qüsurların növü. Dislokasiya nəzəriyyəsi baxımından
gücü, faza və struktur çevrilmələri nəzərə alınır. Dislokasiya
kristalın daxilində zona əmələ gətirən xətti natamamlıq adlanır
yerdəyişmə Dislokasiya nəzəriyyəsi ilk dəfə otuzuncu illərin ortalarında tətbiq edilmişdir
20-ci əsrin fizikləri Orowan, Polyany və Taylor prosesi izah edəcəklər
kristal cisimlərin plastik deformasiyası. Onun istifadəsinə icazə verilir
metalların möhkəmlik və çeviklik xarakterini izah edin. Dislokasiya nəzəriyyəsi verdi
nəzəri və praktiki arasındakı böyük fərqi izah etmək bacarığı
metalların gücü.
Dislokasiyaların əsas növlərinə kənar və vida daxildir. Regional
əlavə olarsa dislokasiya meydana gəlir
atomların yarım müstəvisi, buna ekstraplan deyilir. Onun kənarı 1-1
kənar dislokasiya adlanan xətti qəfəs qüsuru yaradır.
Şərti olaraq, dislokasiya yuxarıda olarsa müsbət olduğu qəbul edilir
kristalın bir hissəsidir və dislokasiya aşağıda yerləşirsə “ ” işarəsi ilə göstərilir
hissələri - mənfi "T". Eyni işarənin dislokasiyaları bir-birini itələyir və
əksinə - cəlb edirlər. Kənar gərginliyinin təsiri altında
bir dislokasiya kristal boyunca (kəsmə müstəvisi boyunca) qədər hərəkət edə bilər
taxıl (blok) sərhədinə çatacaq. Bu, ölçüsündə bir addım yaradır
bir atomlararası məsafə. Bunun nəticəsi plastik kəsmədir
müstəvidə dislokasiyaların tədricən hərəkəti
yerdəyişmə Bir təyyarə boyunca sürüşmənin yayılması
sürüşmə ardıcıl olaraq baş verir. Hər
dislokasiyanın yerdəyişməsinin elementar aktı
bir mövqe digərinə tərəfindən həyata keçirilir
yalnız bir şaquli atomun qırılması
təyyarə. Dislokasiyaları hərəkət etdirmək üçün tələb olunur
sərtdən əhəmiyyətli dərəcədə az qüvvə
kəsmə müstəvisində kristalın bir hissəsinin digərinə nisbətən yerdəyişməsi. At
bütün kristal boyunca kəsmə istiqaməti boyunca dislokasiyanın hərəkəti
onun yuxarı və aşağı hissələrinin yalnız bir interatomik yerdəyişməsi var
məsafə. Hərəkət nəticəsində dislokasiya səthə çıxır
kristal olur və yox olur. Səthdə sürüşmə addımı qalır. Vida dislokasiyası. boyunca kristalın natamam yerdəyişməsi nəticəsində əmələ gəlir
sıxlıq Q. Kenar dislokasiyasından fərqli olaraq vida dislokasiyası
sürüşmə vektoruna paralel.
Dislokasiyalar zamanı metalların kristallaşması zamanı əmələ gəlir
bir qrup vakant yerin "yıxılması", eləcə də plastik deformasiya prosesində
və faza çevrilmələri. Dislokasiya quruluşunun vacib bir xüsusiyyəti
dislokasiya sıxlığıdır. Dislokasiya sıxlığı kimi başa düşülür
vahid həcmə görə ümumi dislokasiya uzunluğu l (sm) V
kristal (sm3). Beləliklə. dislokasiya sıxlığının ölçüsü, sm-2. U
tavlanmış metallar - 106...108 sm-2. Soyuq plastik olduqda
deformasiya, dislokasiya sıxlığı 1011...1012 sm-2 artır. Daha çox
yüksək dislokasiya sıxlığı mikro çatların görünüşünə gətirib çıxarır və
metalın məhv edilməsi.
Dislokasiya xəttinin yaxınlığında atomlar yerindən çıxarılır
onların yerləri və kristal qəfəs pozulur, hansı
gərginlik sahəsinin əmələ gəlməsinə səbəb olur (xəttdən yuxarı
dislokasiyalar, qəfəs sıxılır, aşağıda isə uzanır).
Təyyarələrin vahid yerdəyişməsinin dəyəri
Burger vektor b ilə xarakterizə olunur, hansı
yerdəyişmənin həm mütləq dəyərini, həm də onun dəyərini əks etdirir
istiqamət. Qarışıq dislokasiya. Dislokasiya içəridə bitə bilməz
başqa dislokasiyaya qoşulmadan kristal. Bu, ondan irəli gəlir
dislokasiya kəsici zonanın sərhədidir və həmişə kəsmə zonası var
qapalı xəttdir və bu xəttin bir hissəsi xarici boyunca keçə bilər
kristal səth. Buna görə dislokasiya xətti bağlanmalıdır
kristalın içərisində və ya onun səthində ucu.
Kəsmə zonasının sərhədi (dislokasiya xətti abcdf) yarandıqda
kəsmə vektoruna paralel və perpendikulyar düz hissələr və
əyri dislokasiya xəttinin daha ümumi halı gh. Bölmələrdə av, cd və
ef kənar dislokasiyadır və bütün və de bölmələrində vida dislokasiyası var. Ayrı
əyri dislokasiya xəttinin bölmələri bir kənar və ya vidaya malikdir
oriyentasiya, lakin bu əyrinin bir hissəsi nə perpendikulyar, nə də paraleldir
kəsmə vektoru və bu sahələrdə qarışıq dislokasiya var
oriyentasiya. Kristal cisimlərin plastik deformasiyası miqdarı ilə bağlıdır
dislokasiyalar, onların eni, hərəkətliliyi, qüsurlarla qarşılıqlı əlaqə dərəcəsi
qəfəslər və s.. Atomlar arasındakı əlaqənin təbiəti plastikliyə təsir göstərir
kristallar. Beləliklə, qeyri-metallarda onların sərt yönlü bağları ilə
dislokasiyalar çox dardır, onların başlaması üçün yüksək gərginliklər tələb olunur - 103-də
metallara nisbətən dəfələrlə çoxdur. Qeyri-metallarda kövrək qırılma ilə nəticələnir
yerdəyişmədən əvvəl baş verir.
Həqiqi metalların aşağı möhkəmliyinin əsas səbəbidir
materialın strukturunda dislokasiyaların və digər qüsurların olması
kristal quruluş. Dislokasiya olmayan kristalların əldə edilməsi
materialların möhkəmliyinin kəskin artmasına gətirib çıxarır.
Döngənin sol qolu yaradılışa uyğundur
mükəmməl
dislokasiyasiz
filiform
kristallar (“bığlar” adlanır), güc
nəzəriyə yaxındır. Məhdudiyyətlə
dislokasiya sıxlığı və digər təhriflər
kristal
barmaqlıqlar
proses
yerdəyişmə
dislokasiyalar nə qədər çox olarsa, daha asan baş verir
metalın əsas hissəsində yerləşir. Dislokasiyanın xüsusiyyətlərindən biri yerdəyişmə vektoru - vektordur
Burgerlər. Burger vektoru lazım olan əlavə vektordur
bağlamaq üçün dislokasiya ətrafında təsvir edilən kontura daxil edin
ideal kristalın qəfəsindəki müvafiq dövrə, açıq
dislokasiyanın olması ilə əlaqədardır. Sahənin ətrafındakı bir şəbəkə boyunca çəkilmiş kontur, içərisində
dislokasiyası olan açıq olacaq (Burger konturu). Boşluq
kontur yığılmış şəbəkənin bütün elastik yerdəyişmələrinin cəmini xarakterizə edir
dislokasiya ətrafındakı sahə Burger vektorudur.
Kenar dislokasiyası üçün Burgers vektoru perpendikulyar, vida dislokasiyası üçün isə
dislokasiya – dislokasiya xəttinə paralel. Burger vektoru bir ölçüdür
kristal qəfəsin tərkibində olması səbəbindən təhrif edilməsi
dislokasiyalar. Əgər dislokasiya kristala təmiz kəsmə yolu ilə daxil edilirsə, onda vektor
shift və Burger vektorudur. Burgerlərin konturları dəyişdirilə bilər
dislokasiya xətti boyunca, perpendikulyar istiqamətdə uzanır və ya sıxılır
dislokasiya xətləri isə Burgers vektorunun böyüklüyü və istiqaməti
sabit qalmaq. Stress artdıqca, dislokasiya mənbələrinin sayı artır
metal və onların sıxlığı artır. Paralel dislokasiyalara əlavə olaraq
dislokasiyalar müxtəlif müstəvilərdə və istiqamətlərdə yaranır. Dislokasiyalar
bir-birinə təsir etmək, bir-birinin qarışmasına mane olmaq, onların
məhv (qarşılıqlı məhv) və s.(bu, C.Qordona obrazlı şəkildə imkan verdi
plastik deformasiya prosesində onların qarşılıqlı təsirini “intim” adlandırırlar.
dislokasiyaların həyatı"). Dislokasiyaların sıxlığı artdıqca onların hərəkəti
getdikcə çətinləşir, bu da tətbiqin artırılmasını tələb edir
deformasiyaya davam etmək üçün yük. Nəticədə metal güclənir, bu da
əyrinin sağ qoluna uyğun gəlir.
Dislokasiyalar digər qüsurlarla birlikdə faza keçidlərində iştirak edirlər.
transformasiyalar, yenidən kristallaşma, yağıntı zamanı hazır mərkəzlər kimi xidmət edir
bərk məhluldan ikinci faza. Dislokasiyalarla bərabər diffuziya sürəti də olur
qüsurları olmayan bir kristal qəfəsdən çox böyük bir neçə sifariş.
Dislokasiyalar xüsusilə çirkli atomların konsentrasiyası üçün bir yer kimi xidmət edir
interstitial çirkləri, çünki bu, şəbəkənin təhrifini azaldır. Xarici qüvvələrin təsiri altında metalda dislokasiyalar yaranarsa,
sonra metalın elastik xüsusiyyətləri dəyişir və təsiri təsir etməyə başlayır
ilkin deformasiyanın əlaməti. Əgər metal zəifliyə məruz qalırsa
eyni işarənin yükü ilə plastik deformasiya, sonra işarə dəyişdikdə
yük, ilkin plastik müqavimətin azalması
deformasiyalar (Bauschinger effekti).
İlkin deformasiya zamanı yaranan dislokasiyalar səbəb olur
ilə birləşdirildikdə metalda qalıq gərginliklərin görünüşü
yükün işarəsi dəyişdikdə iş gərginlikləri azalmağa səbəb olur
gəlir gücü. Artan ilkin plastik deformasiyalarla
mexaniki xüsusiyyətlərin azalmasının miqdarı artır.
Effekt
Bauschinger
açıq-aydın
özünü büruzə verir
saat
əhəmiyyətsiz
ilkin
soyuq sərtləşmə
Qısa
məzuniyyət
pərçimlənmiş
materiallar
bütün təzahürləri aradan qaldırır
Bauschinger effekti. Effekt
tərəfindən əhəmiyyətli dərəcədə zəifləyir
çoxsaylı
tsiklik
Yüklər
material
ilə
kiçik plastikin olması
müxtəlif əlamətlərin deformasiyaları. Kristal strukturunda yuxarıda göstərilən bütün qüsurlar gətirib çıxarır
daxili stresslərin görünüşü. Həcmə görə, haradadırlar
balanslaşdırılmış, 1-ci, 2-ci və 3-cü növ gərginliklər fərqləndirilir.
Birinci növ daxili gərginliklər zonal gərginliklərdir,
ayrı-ayrı bölmə zonaları arasında və ya fərdi arasında baş verir
hissələri hissələri. Bunlara görünən termal gərginliklər daxildir
qaynaq və istilik müalicəsi zamanı sürətlənmiş istilik və soyutma ilə.
İkinci növ daxili gərginliklər - taxılın içərisində və ya arasında baş verir
qonşu taxıllar metalın dislokasiya quruluşu ilə əlaqədardır.
Üçüncü növ daxili gərginliklər - sifarişin həcmi daxilində yaranır
bir neçə elementar hüceyrə; əsas mənbə nöqtədir
qüsurlar.
Daxili qalıq gərginliklər təhlükəlidir, çünki
cari iş gərginliklərinə qədər əlavə edin və gətirib çıxara bilər
strukturun vaxtından əvvəl məhv edilməsi.
Kristalların qüsurları aşağıdakılara bölünür:
Sıfır ölçülü
Birölçülü
İki ölçülü
Nöqtə qüsurları (sıfır ölçülü) - bir-birindən təcrid olunmuş qəfəs nöqtələrində dövriliyin pozulması; hər üç ölçüdə onlar bir və ya bir neçə atomlararası məsafəni (qəfəs parametrləri) keçmirlər. Nöqtə qüsurları boşluqlar, boşluqlardakı atomlar, "yad" alt qəfəsin yerlərindəki atomlar, sahələr və ya aralıqlardakı çirk atomlarıdır.
Vakansiyalar– kristal qəfəs yerində atom və ya ionun olmaması; Həyata keçirilən və ya interstisial atomlar və ya ionlar həm daxili, həm də çirkli atomlar və ya əsas atomlardan ölçüsü və ya valentliyi ilə fərqlənən ionlar ola bilər. Əvəzedici çirklər qəfəs düyünlərində əsas maddənin hissəciklərini əvəz edin.
Xətti(bir ölçülü) qüsurlar – Əsas xətti qüsurlar dislokasiyalardır. Dislokasiyaların a priori konsepsiyası ilk dəfə 1934-cü ildə Orowan və Theiler tərəfindən kristal materialların plastik deformasiyasını öyrənərkən metalın praktiki və nəzəri möhkəmliyi arasındakı böyük fərqi izah etmək üçün istifadə edilmişdir. Dislokasiya– bunlar kristal quruluşundakı qüsurlardır, kristal üçün xarakterik olan atom müstəvilərinin düzgün düzülüşü boyunca və yaxınlığında xətlərdir.
Kristal qəfəsin səthi qüsurları. Səth şəbəkələrinin qüsurlarına yığma xətaları və taxıl sərhədləri daxildir.
Nəticə: Bütün növ qüsurlar, yaranma səbəbindən asılı olmayaraq, şəbəkənin tarazlıq vəziyyətinin pozulmasına və daxili enerjisinin artmasına səbəb olur.
