Ελαττώματα στην κρυσταλλική δομή. Ελαττώματα κρυστάλλων Πειραματικές μέθοδοι για τη μελέτη της διάχυσης
Η διάχυση είναι η διαδικασία μεταφοράς ύλης ή ενέργειας από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης. Η διάχυση είναι μια διαδικασία σε μοριακό επίπεδο και καθορίζεται από την τυχαία φύση της κίνησης μεμονωμένων μορίων. Η διάχυση στους κρυστάλλους είναι μια διαδικασία κατά την οποία τα άτομα μπορούν να μετακινηθούν από τη μια θέση στην άλλη. Η μικροσκοπία ιόντων πεδίου είναι μια μέθοδος για την άμεση παρατήρηση του κρυσταλλικού πλέγματος μετάλλων και κραμάτων με ατομική ανάλυση.
Οι διεργασίες διάχυσης στα στερεά εξαρτώνται σημαντικά από τη δομή ενός δεδομένου κρυστάλλου και από ελαττώματα στην κρυσταλλική δομή. Τα ελαττώματα που εμφανίζονται σε μια ουσία είτε διευκολύνουν τις ατομικές κινήσεις είτε τις εμποδίζουν, λειτουργώντας ως παγίδες για μεταναστευτικά άτομα.
ΔΙΑΧΥΣΗ – Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΥΧΑΙΟΥ ΠΕΡΠΑΤΗΜΑΤΟΣ Πρώτος νόμος του Fick: Συχνότητα ατομικών αλμάτων: n = n 0 e - Q / kT, όπου Q είναι η ενέργεια ενεργοποίησης της διάχυσης, k είναι η σταθερά Boltzmann, n 0 είναι μια σταθερά. Ο συντελεστής διάχυσης D εξαρτάται από τη θερμοκρασία του κρυστάλλου σύμφωνα με τον νόμο Arrhenius: D = D 0 e - Q / kT Η ενέργεια ενεργοποίησης της διάχυσης εξαρτάται τόσο από την ενέργεια σχηματισμού ενός συγκεκριμένου ελαττώματος E f όσο και από την ενέργεια ενεργοποίησης της μετανάστευσης του E m: Q = E f + E m .
ΑΤΟΜΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΔΙΑΧΥΣΗΣ Μηχανισμός ανταλλαγής ατόμων σε τόπους. μηχανισμός δακτυλίου? μηχανισμός άμεσης κίνησης ατόμων κατά μήκος ενδιάμεσων διαστημάτων. μηχανισμός για έμμεση κίνηση της διάμεσης διαμόρφωσης. μηχανισμός πλήθους? μηχανισμός κενών θέσεων? μηχανισμός εκκένωσης? μηχανισμοί διάχυσης κατά μήκος των εξαρθρώσεων. μηχανισμοί διάχυσης κατά μήκος των ορίων κόκκων σε πολυκρυστάλλους.
ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΕΝΩΝ θέσεων Η ενέργεια ενεργοποίησης για μετανάστευση από τον μηχανισμό κενού για μέταλλα όπως ο χαλκός, ο άργυρος, ο σίδηρος κ.λπ. είναι περίπου eV (η ενέργεια σχηματισμού κενής θέσης είναι της ίδιας τάξης μεγέθους). Το απλούστερο σύμπλεγμα κενών θέσεων είναι η ένωση δύο κενών θέσεων - η διπλή θέση (2V). Η ενέργεια που απαιτείται για μια τέτοια μετακίνηση είναι συχνά λιγότερη από μία κενή θέση.
ΕΝΔΕΣΜΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ Η εμφάνιση ενδιάμεσων ατόμων στους κρυστάλλους μπορεί να προκληθεί από τη μέθοδο παρασκευής ή χρήσης του υλικού. Τα ενδιάμεσα άτομα μπορούν να χωριστούν σε κρυστάλλους σε εγγενή και ακαθαρσιακά (ξένα) ενδιάμεσα άτομα. Τα ξένα άτομα (ακαθαρσίες) επίσης στις περισσότερες περιπτώσεις σχηματίζουν αλτήρες με τα δικά τους άτομα, αλλά ονομάζονται μικτά. Η αφθονία των ενδιάμεσων διαμορφώσεων οδηγεί σε μια πληθώρα μηχανισμών μετανάστευσης που χρησιμοποιούν ενδιάμεσα άτομα.
Η κενή θέση πρέπει να έλκεται στην περιοχή συμπίεσης πάνω από την εξώτατη ατομική σειρά του πλεονάζοντος ημιεπίπεδου και το διάμεσο άτομο πρέπει να έλκεται στην περιοχή διαστολής που βρίσκεται κάτω από το ημιεπίπεδο. Οι απλούστερες εξαρθρώσεις είναι ένα ελάττωμα με τη μορφή ενός ημιτελούς ατομικού ημιεπίπεδου μέσα στον κρύσταλλο.
Η διάχυση μέσω ελαττωματικών θέσεων σε κρυστάλλους έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Πρώτα απ 'όλα, εμφανίζεται πιο εύκολα από τη διάχυση μέσω μηχανισμών χωρίς ελαττώματα. Αλλά οι πηγές του δεν είναι απεριόριστες: η συγκέντρωση των ελαττωμάτων στη διαδικασία της διάχυσης σχεδόν πάντα μειώνεται λόγω της εξάλειψης των αντίθετων ελαττωμάτων και της αναχώρησης των ελαττωμάτων στις λεγόμενες καταβόθρες. Αλλά εάν η συγκέντρωση των ελαττωμάτων είναι υψηλή, ο ρόλος τους στη διάχυση αυξάνεται τόσο πολύ που οδηγεί στη λεγόμενη επιταχυνόμενη διάχυση, επιταχυνόμενους μετασχηματισμούς φάσης-δομικής στα υλικά, επιταχυνόμενο ερπυσμό υλικών υπό φορτίο κ.λπ. υπάρχοντα.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Ο κατάλογος των μηχανισμών μετανάστευσης μέσω ελαττωματικών θέσεων σε κρυστάλλους ενημερώνεται συνεχώς καθώς η μελέτη των ελαττωμάτων στην κρυσταλλική δομή της ύλης γίνεται όλο και πιο εις βάθος. Η συμπερίληψη ενός συγκεκριμένου μηχανισμού στη διαδικασία διάχυσης εξαρτάται από πολλές συνθήκες: την κινητικότητα ενός δεδομένου ελαττώματος, τη συγκέντρωσή του, τη θερμοκρασία των κρυστάλλων και άλλους παράγοντες.
- Μέγεθος: 2,2 Megabyte
- Αριθμός διαφανειών: 37
Περιγραφή της παρουσίασης Ελαττώματα παρουσίασης σε κρύσταλλα σε διαφάνειες
Ενεργειακές αλλαγές που συμβαίνουν κατά τον σχηματισμό ελαττωμάτων σε έναν τέλειο κρύσταλλο. Το κέρδος στην εντροπία που σχετίζεται με την παρουσία μιας επιλογής θέσεων ονομάζεται εντροπία διαμόρφωσης και προσδιορίζεται από τον τύπο Boltzmann S = k ln. W, όπου W είναι η πιθανότητα σχηματισμού μίας κενής θέσης, ανάλογη με τον αριθμό των κανονικών ατόμων που σχηματίζουν το πλέγμα (10 23 ανά 1 mol ουσίας).
Διάφοροι τύποι ελαττωμάτων στους κρυστάλλους: α) κενή θέση. β) διάμεσο άτομο. γ) ένα μικρό ελάττωμα αντικατάστασης. δ) μεγάλο ελάττωμα αντικατάστασης. ε) Ελάττωμα Frenkel. στ) Ελάττωμα Schottky (ζεύγος κενών θέσεων στα υποπλέγματα κατιόντων και ανιόντων)
Η ενέργεια μετατόπισης ενός ατόμου από τη θέση του στο πλέγμα. Ενεργειακό εμπόδιο. Για να μετακινήσετε ένα άτομο από τη θέση του, απαιτείται ενέργεια ενεργοποίησης. ΔE – ενέργεια σχηματισμού ελαττώματος. E * - ενέργεια ενεργοποίησης. 1 / 1 1 E k. T sn C N e , 2/ 2 2 E k. T mn C N e Ισορροπία θα επιτευχθεί εάν n 1 = n 2: υπό συνθήκες ισορροπίας, υπάρχουν κενές θέσεις και ενδιάμεσα άτομα στο μεταλλικό πλέγμα! //Εκ. T m s. N N Ce
Εξαρθρήματα. Μηχανικές ιδιότητες και αντιδραστικότητα στερεών. 1) - τα μέταλλα συνήθως αποδεικνύονται πολύ πιο όλκιμα από ό,τι μπορεί να αναμένεται με βάση τους υπολογισμούς. Η υπολογιζόμενη τιμή της διατμητικής τάσης στα μέταλλα είναι 10 5 - 10 6 N/cm 2, ενώ οι πειραματικά διαπιστωμένες τιμές για πολλά μέταλλα δεν υπερβαίνουν τα 10 - 100 N/cm 2. Αυτό δείχνει ότι υπάρχουν κάποιοι «αδύναμοι κρίκοι» η δομή των μετάλλων, χάρη στην οποία τα μέταλλα παραμορφώνονται τόσο εύκολα. 2) - στις επιφάνειες πολλών καλά κομμένων κρυστάλλων, κάτω από μικροσκόπιο ή ακόμα και με γυμνό μάτι, φαίνονται σπείρες κατά μήκος των οποίων αναπτύχθηκε ο κρύσταλλος. Τέτοιες σπείρες δεν μπορούν να σχηματιστούν σε τέλειους κρυστάλλους. 3) - χωρίς ιδέες για την ύπαρξη εξαρθρώσεων, θα ήταν δύσκολο να εξηγηθούν τέτοιες ιδιότητες των μετάλλων όπως η πλαστικότητα και η ρευστότητα. Οι πλάκες από μέταλλο μαγνησίου, για παράδειγμα, μπορούν να τεντωθούν, σχεδόν σαν καουτσούκ, σε πολλές φορές το αρχικό τους μήκος. 4) - η σκλήρυνση σε μέταλλα δεν θα μπορούσε να εξηγηθεί χωρίς την επίκληση ιδεών για εξαρθρώσεις.
Διάταξη ατόμων γύρω από μια εξάρθρωση ακμής Η εξάρθρωση ακμής είναι ένα «επιπλέον» ατομικό ημιεπίπεδο που δεν διέρχεται από ολόκληρο τον κρύσταλλο, αλλά μόνο από ένα μέρος του. Προβολή εξάρθρωσης άκρων.
Κίνηση εξάρθρωσης ακμής υπό τη δράση διατμητικής τάσης. Εάν συνδέσετε τα σημεία Α και Β, τότε αυτή θα είναι μια προβολή του επιπέδου ολίσθησης κατά μήκος του οποίου κινούνται οι εξαρθρώσεις. Οι εξαρθρώσεις χαρακτηρίζονται από το διάνυσμα Burgers β. Για να βρούμε το μέγεθος και την κατεύθυνση του b, είναι απαραίτητο να περιγράψουμε ένα περίγραμμα γύρω από την εξάρθρωση, σχεδιάζοντας το νοερά από άτομο σε άτομο (Εικ. ε). Σε μια περιοχή χωρίς ελαττώματα του κρυστάλλου, ένα τέτοιο περίγραμμα ABCD, κατασκευασμένο από μεταφράσεις σε μια διατομική απόσταση σε κάθε κατεύθυνση, είναι κλειστό: η αρχή και το τέλος του συμπίπτουν στο σημείο Α. Αντίθετα, το περίγραμμα 12345 που περιβάλλει την εξάρθρωση δεν είναι κλειστό , αφού τα σημεία 1 και 5 δεν συμπίπτουν. Το μέγεθος του διανύσματος Burgers είναι ίσο με την απόσταση 1 - 5 και η κατεύθυνση είναι ίδια με την κατεύθυνση 1 - 5 (ή 5 - 1). Το διάνυσμα Burgers μιας εξάρθρωσης ακμής είναι κάθετο στη γραμμή εξάρθρωσης και παράλληλο προς την κατεύθυνση κίνησης της γραμμής εξάρθρωσης (ή διεύθυνση διάτμησης) υπό τη δράση ασκούμενης τάσης.
Εξάρθρωση βίδας Με συνεχή τάση διάτμησης, που υποδεικνύεται από τα βέλη, η γραμμή SS και τα σημάδια ολίσθησης φτάνουν στην πίσω όψη του κρυστάλλου. Για να βρούμε το διάνυσμα Burgers μιας εξάρθρωσης βίδας, ας φανταστούμε ξανά το περίγραμμα 12345 (Εικ. α) να "κυκλώνει" γύρω του. Το διάνυσμα b καθορίζεται από το μέγεθος και την κατεύθυνση του τμήματος 1 - 5. Για μια εξάρθρωση κοχλία, είναι παράλληλη με τη γραμμή εξάρθρωσης SS ' (στην περίπτωση εξάρθρωσης ακμής, είναι κάθετη) και κάθετη προς την κατεύθυνση κίνησης της εξάρθρωσης, που συμπίπτει, όπως στην περίπτωση εξάρθρωσης ακμής, με τη φορά διάτμησης ή ολίσθησης.
Μια γραμμή εξάρθρωσης που αλλάζει τη φύση της εξάρθρωσης από βίδα σε άκρη. Προέλευση και κίνηση ενός βρόχου εξάρθρωσης Η φύση των εξαρθρώσεων είναι τέτοια που δεν μπορούν να τελειώσουν μέσα στον κρύσταλλο: εάν σε κάποιο σημείο της κρυσταλλικής επιφάνειας εισέλθει μια εξάρθρωση στον κρύσταλλο, αυτό σημαίνει ότι κάπου σε άλλο μέρος της επιφάνειας φεύγει από τον κρύσταλλο.
Σχήμα εμφάνισης βρόχου εξάρθρωσης (δακτύλιος) Σχήμα εμφάνισης κενών θέσεων (β) με εκμηδένιση δύο εξαρθρώσεων του αντίθετου σημείου (α). Στην πραγματικότητα, η άμεση εφαρμογή εξωτερικής παραμορφωτικής δύναμης δεν είναι απαραίτητη για το σχηματισμό εξαρθρώσεων. Αυτή η δύναμη μπορεί να είναι θερμικές τάσεις που προκύπτουν κατά την κρυστάλλωση ή, για παράδειγμα, παρόμοιες τάσεις στην περιοχή των ξένων εγκλεισμάτων σε ένα στερεοποιητικό μεταλλικό πλινθίο κατά την ψύξη του τήγματος, κ.λπ. του κρυστάλλου. Το επιπλέον επίπεδο, άρα και οι εξαρθρώσεις, είναι κινητές στον κρύσταλλο. Αυτό είναι το πρώτο σημαντικό χαρακτηριστικό τους. Το δεύτερο χαρακτηριστικό των εξαρθρώσεων είναι η αλληλεπίδρασή τους με το σχηματισμό νέων εξαρθρώσεων, βρόχων εξάρθρωσης παρόμοιων με αυτούς που φαίνονται στα παρακάτω σχήματα, ακόμη και ο σχηματισμός κενών θέσεων λόγω της εξάλειψης δύο εξαρθρώσεων αντίθετου πρόσημου.
Μηχανική αντοχή μετάλλων. Το μοντέλο του Frenkel. Η καταστροφική δύναμη συνήθως ονομάζεται τάση και συμβολίζεται με σ. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, η αντίσταση σ αυξάνεται πρώτα όσο αυξάνεται η μετατόπιση κατά μήκος του άξονα x και στη συνέχεια πέφτει στο μηδέν μόλις τα ατομικά επίπεδα κινηθούν κατά μία διατομική απόσταση α. Όταν x>a η τιμή του σ αυξάνεται ξανά και ξανά πέφτει στο μηδέν στο x = 2a, κ.λπ., δηλ. η σ(x) είναι μια περιοδική συνάρτηση που μπορεί να αναπαρασταθεί ως σ = A sin (2 π x/a ) , για η περιοχή του μικρού x A = G /(2π), όπου G είναι ο συντελεστής του Young. Μια πιο αυστηρή θεωρία έδωσε στη συνέχεια μια εκλεπτυσμένη έκφραση σ m ax = G /30. Διάγραμμα της μετατόπισης των ατομικών επιπέδων (α) και της εξάρτησης της τάσης από την απόσταση στον κρύσταλλο (β).
Πειραματικές και θεωρητικές τιμές της διατμητικής αντοχής ορισμένων μετάλλων. Μοντέλο κυλίνδρου μετατόπισης ατομικών επιπέδων κρυστάλλου | F 1 + F 2 |=| F 4 + F 5 | ολόκληρο το σύστημα κυλίνδρων είναι σε ισορροπία. Κάποιος πρέπει μόνο να αλλάξει ελαφρώς την ισορροπία των δυνάμεων με μια ασθενή εξωτερική επιρροή και η επάνω σειρά των κυλίνδρων θα μετακινηθεί. Επομένως, η κίνηση μιας εξάρθρωσης, δηλ. μιας συλλογής ελαττωματικών ατόμων, συμβαίνει σε χαμηλά φορτία. Η θεωρία δίνει το σ m ax, το οποίο μετατοπίζει μια εξάρθρωση, με τη μορφή σ m ax = exp ( - 2 π a / [ d (1- ν) ]), όπου ν είναι ο λόγος Poisson (εγκάρσια ελαστικότητα), d είναι η απόσταση μεταξύ των επιπέδων ολίσθησης, και - περίοδος του κρυσταλλικού πλέγματος. Υποθέτοντας a = d, ν = 0,3, λαμβάνουμε τις τιμές του σ m ax στην τελευταία στήλη του πίνακα, από την οποία φαίνεται ότι είναι πολύ πιο κοντά στις πειραματικές.
Σχέδιο κίνησης κάμπιας Σχέδια κίνησης τύπου εξάρθρωσης: α - εξάρθρωση εφελκυσμού, β - συμπιεστική εξάρθρωση, γ - κίνηση χαλιού. «Πρώτα, ας προσπαθήσουμε να σύρουμε την κάμπια κατά μήκος του εδάφους. Αποδεικνύεται ότι αυτό δεν είναι εύκολο να γίνει· απαιτεί σημαντική προσπάθεια. Οφείλονται στο γεγονός ότι προσπαθούμε να σηκώσουμε ταυτόχρονα όλα τα ζεύγη ποδιών κάμπιας από το έδαφος. Η ίδια η κάμπια κινείται με διαφορετικό τρόπο: αποκόπτει μόνο ένα ζευγάρι πόδια από την επιφάνεια, τα μεταφέρει στον αέρα, τα κατεβάζει στο έδαφος και μετά επαναλαμβάνει το ίδιο με το επόμενο ζευγάρι πόδια, κ.λπ., κ.λπ. Κάνοντας αυτό όλα τα ζεύγη ποδιών θα μεταφερθούν μέσω του αέρα, ολόκληρη η κάμπια στο σύνολό της θα μετακινήσει την απόσταση κατά την οποία κάθε ζευγάρι ποδιών μετατοπίζεται εναλλάξ. Η κάμπια δεν σέρνει κανένα ζευγάρι πόδια κατά μήκος του εδάφους. Γι' αυτό σέρνεται εύκολα».
Τρόποι ελέγχου ελαττωμάτων εξάρθρωσης. Στερέωση από ακαθαρσίες. Ένα άτομο ακαθαρσίας αλληλεπιδρά με μια εξάρθρωση και η κίνηση μιας τέτοιας εξάρθρωσης, επιβαρυμένης με άτομα ακαθαρσίας, αποδεικνύεται δύσκολη. Επομένως, η αποτελεσματικότητα του καρφώματος εξάρθρωσης από άτομα ακαθαρσίας θα καθοριστεί από την ενέργεια αλληλεπίδρασης Ε, η οποία με τη σειρά της αποτελείται από δύο συστατικά: Ε 1 και Ε 2. Το πρώτο συστατικό (Ε 1) είναι η ενέργεια της ελαστικής αλληλεπίδρασης και το δεύτερο (Ε 2) είναι η ενέργεια της ηλεκτρικής αλληλεπίδρασης. Στερέωση από ξένα σωματίδια. Τα ξένα σωματίδια είναι μικροσκοπικά εγκλείσματα μιας ουσίας διαφορετικής από το βασικό μέταλλο. Αυτά τα σωματίδια εισάγονται στο τήγμα μετάλλων και παραμένουν στο μέταλλο αφού στερεοποιηθεί όταν κρυώσει το τήγμα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτά τα σωματίδια εισέρχονται σε μια χημική αλληλεπίδραση με το βασικό μέταλλο και στη συνέχεια αυτά τα σωματίδια αντιπροσωπεύουν ήδη ένα κράμα. Ο μηχανισμός στερέωσης εξάρθρωσης από τέτοια σωματίδια βασίζεται σε διαφορετικές ταχύτητες κίνησης των εξαρθρώσεων στη μεταλλική μήτρα και στο υλικό των ξένων σωματιδίων. Στερέωση με εγκλείσματα δεύτερης φάσης. Η δεύτερη φάση νοείται ως η απελευθέρωση (κατακρήμνιση) μιας περίσσειας συγκέντρωσης μιας ακαθαρσίας από ένα διάλυμα ακαθαρσίας μετάλλου σε σύγκριση με το διάλυμα ισορροπίας. Η διαδικασία διαχωρισμού ονομάζεται αποσύνθεση στερεού διαλύματος. Διαπλοκή εξαρθρώσεων. Όταν η πυκνότητα των εξαρθρώσεων σε ένα μέταλλο είναι υψηλή, συμπλέκονται μεταξύ τους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ορισμένες εξαρθρώσεις αρχίζουν να κινούνται κατά μήκος τεμνόμενων επιπέδων ολίσθησης, εμποδίζοντας την κίνηση άλλων.
Ποιοτική άποψη της καμπύλης διαλυτότητας. Εάν ο κρύσταλλος περιείχε συγκέντρωση C m σε θερμοκρασία T m και ψύχθηκε γρήγορα, τότε θα έχει συγκέντρωση C m σε χαμηλές θερμοκρασίες, για παράδειγμα, σε T 1, αν και η συγκέντρωση ισορροπίας θα πρέπει να είναι C 1. Η περίσσεια συγκέντρωση ΔC = C m – C 1 θα πρέπει να είναι σε αρκετά μεγάλη θέρμανση θα πέσει έξω από το διάλυμα, γιατί μόνο τότε το διάλυμα θα λάβει μια σταθερή κατάσταση ισορροπίας που αντιστοιχεί στην ελάχιστη ενέργεια του συστήματος A 1- x B x.
Μέθοδοι ανίχνευσης εξαρθρώσεων α) Μικρογραφία (που λαμβάνεται σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης, TEM) κρυστάλλου Sr. Ti. O 3 που περιέχει δύο εξαρθρήματα άκρων (100) (σημειώνονται στο σχήμα). β) Σχηματική αναπαράσταση εξάρθρωσης ακμής. γ) Μικρογραφία της επιφάνειας ενός κρυστάλλου Ga. Όπως (που λαμβάνεται σε μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας). Στο σημείο Γ υπάρχει εξάρθρωση βίδας. δ) Σχέδιο εξάρθρωσης βίδας.
Οπτικοποίηση εξαρθρώσεων με χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μετάδοσης. α) Οι σκούρες γραμμές σε φωτεινό φόντο είναι γραμμές εξάρθρωσης σε αλουμίνιο μετά από τέντωμα 1%. β) Ο λόγος για την αντίθεση της περιοχής εξάρθρωσης - και η καμπυλότητα των κρυσταλλογραφικών επιπέδων οδηγεί σε περίθλαση ηλεκτρονίων, η οποία αποδυναμώνει τη μεταδιδόμενη δέσμη ηλεκτρονίων
α) λάκκους χάραξης στην επιφάνεια (111) από λυγισμένο χαλκό. β) στην επιφάνεια (100) γ) (110) ανακρυσταλλωμένο Al -0,5% Mn. Οι εξαρθρώσεις μπορούν επίσης να γίνουν ορατές σε ένα συμβατικό οπτικό μικροσκόπιο. Δεδομένου ότι οι περιοχές γύρω από το σημείο όπου οι εξαρθρώσεις φτάνουν στην επιφάνεια είναι πιο ευαίσθητες στη χημική χάραξη, στην επιφάνεια σχηματίζονται τα λεγόμενα etch pits, τα οποία είναι καθαρά ορατά σε ένα οπτικό μικροσκόπιο. Το σχήμα τους εξαρτάται από τους δείκτες Miller της επιφάνειας.
Για να αποκτήσετε ένα μεταλλικό υλικό με αυξημένη αντοχή, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένας μεγάλος αριθμός κέντρων στερέωσης εξάρθρωσης και τέτοια κέντρα πρέπει να είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα. Αυτές οι απαιτήσεις οδήγησαν στη δημιουργία υπερκραμάτων. Νέα μεταλλικά λειτουργικά υλικά. «Σχεδιασμός» της δομής των κραμάτων Ένα υπερκράμα είναι τουλάχιστον ένα σύστημα δύο φάσεων στο οποίο και οι δύο φάσεις διαφέρουν κυρίως ως προς τον βαθμό τάξης στην ατομική δομή. Το υπερκράμα υπάρχει στο σύστημα Ni - Al. Σε αυτό το σύστημα, μπορεί να σχηματιστεί ένα συνηθισμένο μείγμα, δηλαδή ένα κράμα με χαοτική κατανομή ατόμων Ni και Al. Αυτό το κράμα έχει κυβική δομή, αλλά οι κόμβοι του κύβου αντικαθίστανται τυχαία από άτομα Ni ή Al. Αυτό το διαταραγμένο κράμα ονομάζεται γ φάση.
Μαζί με τη φάση γ στο σύστημα Ni - А l, μπορεί επίσης να σχηματιστεί μια διαμεταλλική ένωση Ni 3 А l, επίσης με κυβική δομή, αλλά διατεταγμένη. Τα κυβοειδή Ni 3 А l ονομάζονται γ ‘ -φάση. Στη γ'-φάση, τα άτομα Ni και A l καταλαμβάνουν τις θέσεις του κυβικού πλέγματος σύμφωνα με έναν αυστηρό νόμο: για ένα άτομο αλουμινίου υπάρχουν τρία άτομα νικελίου. Σχέδιο κίνησης εξάρθρωσης σε διατεταγμένο κρύσταλλο
Γ διάγραμμα καρφιτσώματος εξάρθρωσης με εγκλείσματα άλλης φάσης. DD – κινούμενη εξάρθρωση. Για να δημιουργηθεί ένα υπερκράμα, το νικέλιο τήκεται και αναμιγνύεται με αλουμίνιο. Όταν το λιωμένο μείγμα ψύχεται, η διαταραγμένη γ φάση πρώτα στερεοποιείται (η θερμοκρασία κρυστάλλωσής της είναι υψηλή) και στη συνέχεια σχηματίζονται κυβοειδή μικρού μεγέθους της γ' φάσης καθώς η θερμοκρασία μειώνεται. Μεταβάλλοντας τον ρυθμό ψύξης, είναι δυνατό να ρυθμιστεί η κινητική του σχηματισμού, και ως εκ τούτου το μέγεθος των εγκλεισμάτων της γ'-φάσης Ni 3 А l.
Το επόμενο βήμα στην ανάπτυξη μεταλλικών υλικών υψηλής αντοχής ήταν η παραγωγή καθαρού Ni 3 Al χωρίς τη φάση γ. Ένα είδος λεπτόκοκκου μωσαϊκού κατασκευής από μέταλλο. Αυτό το υλικό είναι πολύ εύθραυστο: τεμαχίζεται κατά μήκος των ορίων των κόκκων της δομής του μωσαϊκού. Εδώ αποκαλύπτονται άλλοι τύποι ελαττωμάτων, ιδιαίτερα η επιφάνεια. Πράγματι, στην επιφάνεια του κρυστάλλου υπάρχει σπάσιμο των χημικών δεσμών, δηλαδή παραβίαση είναι μια θραύση στο πεδίο του κρυστάλλου και αυτός είναι ο κύριος λόγος για τον σχηματισμό ελαττώματος. Οι κρέμονται χημικοί δεσμοί είναι ακόρεστοι και σε επαφή είναι ήδη παραμορφωμένοι και επομένως εξασθενημένοι. Σχέδιο θραύσης χημικών δεσμών στην κρυσταλλική επιφάνεια.
Για την εξάλειψη αυτών των ελαττωμάτων είναι απαραίτητο: - είτε να παραχθεί ένα μονοκρυσταλλικό υλικό που δεν περιέχει μεμονωμένους κόκκους-κρυσταλλίτες. - ή βρείτε ένα «ρυθμιστικό διάλυμα» με τη μορφή ακαθαρσιών που δεν θα διεισδύουν σε αξιοσημείωτες ποσότητες στον όγκο του Ni 3 Al, αλλά θα απορροφώνται καλά στην επιφάνεια και θα καλύπτουν κενές θέσεις. Οι ισοσθενείς ακαθαρσίες έχουν τη μεγαλύτερη συγγένεια για τις κενές θέσεις, δηλαδή ακαθαρσίες των οποίων τα άτομα βρίσκονται στην ίδια ομάδα του Περιοδικού Πίνακα με το άτομο που αφαιρέθηκε από το κρυσταλλικό πλέγμα και σχηματίζει το κενό. Τα υπερκράματα Ni 3 Al και Ni 3 Al χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα ως υλικά ανθεκτικά στη θερμότητα σε θερμοκρασίες έως 1000°C. Παρόμοια υπερκράματα με βάση το κοβάλτιο έχουν ελαφρώς χαμηλότερη αντοχή, αλλά τη διατηρούν μέχρι τη θερμοκρασία των 1100°C. Περαιτέρω προοπτικές συνδέονται με την παραγωγή διαμεταλλικών ενώσεων του Ti. Al και T i 3 A l στην καθαρή τους μορφή. Τα μέρη που κατασκευάζονται από αυτά είναι 40% ελαφρύτερα από τα ίδια μέρη που κατασκευάζονται από υπερκράμα νικελίου.
Κράματα με εύκολη παραμόρφωση κάτω από το φορτίο. Η μέθοδος για τη δημιουργία τέτοιων μεταλλικών υλικών είναι η παραγωγή μιας δομής με πολύ μικρούς κόκκους κρυσταλλίτη. Κόκκοι με διαστάσεις μικρότερες από 5 μικρά γλιστρούν ο ένας πάνω στον άλλο υπό φορτίο χωρίς να καταστρέφονται. Ένα δείγμα που αποτελείται από τέτοιους κόκκους μπορεί να αντέξει μια σχετική τάση Δ l / l 0 = 10 χωρίς καταστροφή, δηλ. το μήκος του δείγματος αυξάνεται κατά 1000% του αρχικού μήκους. Αυτό είναι το αποτέλεσμα της υπερπλαστικότητας. Εξηγείται από την παραμόρφωση των δεσμών στις επαφές των κόκκων, δηλαδή από έναν μεγάλο αριθμό επιφανειακών ελαττωμάτων. Το υπερπλαστικό μέταλλο μπορεί να υποστεί επεξεργασία σχεδόν όπως η πλαστελίνη, δίνοντάς του το επιθυμητό σχήμα, και στη συνέχεια ένα μέρος από τέτοιο υλικό υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία για να μεγεθύνει τους κόκκους και ψύχεται γρήγορα, μετά την οποία η επίδραση της υπερπλαστικότητας εξαφανίζεται και το εξάρτημα χρησιμοποιείται για το σκοπό του σκοπός. Η κύρια δυσκολία στην παραγωγή υπερπλαστικών μετάλλων είναι η επίτευξη μιας δομής λεπτού κόκκου.
Είναι βολικό να λαμβάνεται σκόνη νικελίου με τη μέθοδο έκπλυσης, κατά την οποία το κράμα Al-Ni συνθλίβεται χρησιμοποιώντας αλκάλιο Na. Το OH εκπλένει το αλουμίνιο για να παράγει μια σκόνη με διάμετρο σωματιδίων περίπου 50 nm, αλλά αυτά τα σωματίδια είναι τόσο χημικά ενεργά που χρησιμοποιούνται ως καταλύτης. Η δραστηριότητα της σκόνης εξηγείται από έναν μεγάλο αριθμό επιφανειακών ελαττωμάτων - σπασμένους χημικούς δεσμούς που μπορούν να προσκολλήσουν ηλεκτρόνια από προσροφημένα άτομα και μόρια. Σχέδιο ταχείας κρυστάλλωσης ενός τήγματος μετάλλου που ψεκάζεται σε φυγόκεντρο: 1 - αέριο ψύξης. 2 - λιώσει? 3 - πίδακας τήξης. 4 - μικρά σωματίδια. 5 - περιστρεφόμενος δίσκος Σχέδιο δυναμικής συμπίεσης μεταλλικών σκονών: 1 - βλήμα, 2 - σκόνη, 3 - καλούπι, 4 - κάννη πιστολιού
Μέθοδος υαλοπίνακα με λέιζερ. Ο όρος δανείζεται από την παραγωγή πορσελάνης (κεραμική). Χρησιμοποιώντας ακτινοβολία λέιζερ, ένα λεπτό στρώμα στη μεταλλική επιφάνεια τήκεται και εφαρμόζεται ταχεία ψύξη με ρυθμούς της τάξης των 10 7 K/s. Η περιοριστική περίπτωση της εξαιρετικά γρήγορης σκλήρυνσης είναι η παραγωγή άμορφων μετάλλων και κραμάτων - μεταλλικών γυαλιών.
Υπεραγώγιμα μέταλλα και κράματα Υλικό 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. . . 23Το 1911 στην Ολλανδία, ο Kamerlingh Onnes ανακάλυψε μια μείωση της ειδικής αντίστασης του υδραργύρου στο σημείο βρασμού του υγρού ηλίου (4,2 K) στο μηδέν! Η μετάβαση στην υπεραγώγιμη κατάσταση (ρ = 0) συνέβη απότομα σε μια ορισμένη κρίσιμη θερμοκρασία Tc. Μέχρι το 1957, το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας δεν είχε καμία φυσική εξήγηση, αν και ο κόσμος ήταν απασχολημένος με την αναζήτηση ολοένα και περισσότερων νέων υπεραγωγών. Έτσι, μέχρι το 1987, ήταν γνωστά περίπου 500 μέταλλα και κράματα με διαφορετικές τιμές Tc. Οι ενώσεις νιοβίου είχαν την υψηλότερη Tc.
Συνεχές ρεύμα. Εάν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διεγείρεται σε έναν μεταλλικό δακτύλιο, τότε σε κανονική, για παράδειγμα, θερμοκρασία δωματίου, εξαφανίζεται γρήγορα, καθώς η ροή του ρεύματος συνοδεύεται από απώλειες θερμότητας. Στο T ≈ 0 σε έναν υπεραγωγό, το ρεύμα γίνεται χωρίς απόσβεση. Σε ένα από τα πειράματα, το ρεύμα κυκλοφορούσε για 2,5 χρόνια μέχρι να σταματήσει. Εφόσον το ρεύμα ρέει χωρίς αντίσταση και η ποσότητα θερμότητας που παράγεται από το ρεύμα είναι Q = 0,24 I 2 Rt, τότε στην περίπτωση του R = 0 δεν υπάρχουν απώλειες θερμότητας. Δεν υπάρχει ακτινοβολία στον υπεραγώγιμο δακτύλιο λόγω κβαντισμού. Αλλά σε ένα άτομο η ορμή και η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου κβαντίζονται (παίρνουν διακριτές τιμές), και σε έναν δακτύλιο το ρεύμα, δηλαδή ολόκληρο το σύνολο των ηλεκτρονίων, κβαντίζεται. Έτσι, έχουμε ένα παράδειγμα συνεταιριστικού φαινομένου - η κίνηση όλων των ηλεκτρονίων σε ένα στερεό είναι αυστηρά συντονισμένη!
Φαινόμενο Meissner Ανακαλύφθηκε το 1933. Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο στο T< 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
Αν δεν υπήρχε το φαινόμενο Meissner, ο αγωγός χωρίς αντίσταση θα συμπεριφερόταν διαφορετικά. Κατά τη μετάβαση σε μια κατάσταση χωρίς αντίσταση σε ένα μαγνητικό πεδίο, θα διατηρήσει ένα μαγνητικό πεδίο και θα το διατηρούσε ακόμη και όταν αφαιρεθεί το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Θα ήταν δυνατό να απομαγνητιστεί ένας τέτοιος μαγνήτης μόνο αυξάνοντας τη θερμοκρασία. Αυτή η συμπεριφορά, ωστόσο, δεν έχει παρατηρηθεί πειραματικά.
Εκτός από τους εξεταζόμενους υπεραγωγούς, οι οποίοι ονομάζονταν υπεραγωγοί του πρώτου είδους, ανακαλύφθηκαν υπεραγωγοί του δεύτερου είδους (A, V. Shubnikov, 1937· A. Abrikosov, 1957). Σε αυτά, ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, όταν φτάσει σε ένα ορισμένο H c1, διεισδύει στο δείγμα και τα ηλεκτρόνια, των οποίων οι ταχύτητες κατευθύνονται κάθετα στο H, αρχίζουν να κινούνται σε κύκλο υπό την επίδραση της δύναμης Lorentz. Εμφανίζονται νήματα Vortex. Ο «κορμός» του νήματος αποδεικνύεται ότι είναι ένα μη υπεραγώγιμο μέταλλο και υπεραγώγιμα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω του. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένας μεικτός υπεραγωγός, που αποτελείται από δύο φάσεις - υπεραγώγιμη και κανονική. Μόνο όταν επιτευχθεί μια άλλη, υψηλότερη τιμή Hc, τα 2 νήματα, που διαστέλλονται, έρχονται πιο κοντά μεταξύ τους και η υπεραγώγιμη κατάσταση καταστρέφεται εντελώς. Οι τιμές του Нс2 φτάνουν το 20. . . 50 T για υπεραγωγούς όπως Nb 3 Sn και Pb. Μο 6 Ο 8 αντίστοιχα.
Διάγραμμα δομής Josephson: 1-διηλεκτρικό στρώμα. 2-υπεραγωγοί Η δομή αποτελείται από δύο υπεραγωγούς που χωρίζονται από ένα λεπτό διηλεκτρικό στρώμα. Αυτή η δομή βρίσκεται σε μια ορισμένη διαφορά δυναμικού που καθορίζεται από την εξωτερική τάση V. Από τη θεωρία που ανέπτυξε ο Feynman, η έκφραση για το ρεύμα I που διαρρέει τη δομή ακολουθεί: I= I 0 sin [(2e. V/h)t+ φ 0 ], όπου I 0 = 2Kρ/ h (K είναι η σταθερά αλληλεπίδρασης και των δύο υπεραγωγών στη δομή Josephson· ρ είναι η πυκνότητα των σωματιδίων που φέρουν το υπεραγώγιμο ρεύμα). Η ποσότητα φ 0 = φ 2 - φ 1 θεωρείται ως η διαφορά φάσης μεταξύ των κυματοσυναρτήσεων των ηλεκτρονίων σε επαφή με υπεραγωγούς. Μπορεί να φανεί ότι ακόμη και απουσία εξωτερικής τάσης (V = 0), ένα συνεχές ρεύμα ρέει μέσω της επαφής. Αυτό είναι το στατικό φαινόμενο Josephson. Αν τοποθετήσουμε μια δομή Josephson σε μαγνητικό πεδίο, τότε η μαγνητική ροή Φ προκαλεί αλλαγή στο Δ φ, και ως αποτέλεσμα παίρνουμε: I= I 0 sinφ 0 cos (Ф / Ф 0), όπου Φ 0 είναι το μαγνητικό κβαντικό ροής. Η τιμή του Φ 0 = h σ/ε είναι ίση με 2,07·10 -11 T cm 2. Μια τόσο μικρή τιμή Φ 0 επιτρέπει την παραγωγή υπερευαίσθητων μετρητών μαγνητικού πεδίου (μαγνητόμετρα) που ανιχνεύουν ασθενή μαγνητικά πεδία από τα βιορεύματα του εγκεφάλου και της καρδιάς.
Η εξίσωση I= I 0 sin [(2e. V/h)t+ φ 0 ] δείχνει ότι στην περίπτωση του V ≠ 0 το ρεύμα θα ταλαντώνεται με συχνότητα f = 2 e. V/h. Αριθμητικά, η f εμπίπτει στην περιοχή των μικροκυμάτων. Έτσι, η επαφή Josephson σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιώντας μια σταθερή διαφορά δυναμικού. Αυτό είναι το μη ακίνητο φαινόμενο Josephson. Ένα εναλλασσόμενο ρεύμα Josephson, ακριβώς όπως ένα συνηθισμένο ρεύμα σε ένα ταλαντευόμενο κύκλωμα, θα εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα, και αυτή η ακτινοβολία παρατηρείται στην πραγματικότητα πειραματικά. Για υψηλής ποιότητας επαφές Josephson S - I - S, το πάχος του διηλεκτρικού στρώματος I πρέπει να είναι εξαιρετικά μικρό - όχι περισσότερο από μερικά νανόμετρα. Διαφορετικά, η σταθερά σύζευξης K, που καθορίζει το ρεύμα I0, μειώνεται πολύ. Αλλά το λεπτό μονωτικό στρώμα υποβαθμίζεται με την πάροδο του χρόνου λόγω της διάχυσης των ατόμων από υπεραγώγιμα υλικά. Επιπλέον, το λεπτό στρώμα και η σημαντική διηλεκτρική σταθερά του υλικού του οδηγούν σε μεγάλη ηλεκτρική χωρητικότητα της κατασκευής, η οποία περιορίζει την πρακτική χρήση της.
Βασικές ποιοτικές ιδέες για τη φυσική του φαινομένου της υπεραγωγιμότητας. Μηχανισμός σχηματισμού ζευγών Cooper Ας εξετάσουμε ένα ζεύγος ηλεκτρονίων e 1 και e 2, τα οποία απωθούνται από την αλληλεπίδραση Coulomb. Υπάρχει όμως και μια άλλη αλληλεπίδραση: για παράδειγμα, το ηλεκτρόνιο e 1 έλκει ένα από τα ιόντα I και το εκτοπίζει από τη θέση ισορροπίας. Το ιόν Ι δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο που δρα στα ηλεκτρόνια. Επομένως, η μετατόπισή του θα επηρεάσει άλλα ηλεκτρόνια, για παράδειγμα, e 2. Έτσι, η αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων e 1 και e 2 λαμβάνει χώρα μέσω του κρυσταλλικού πλέγματος. Ένα ηλεκτρόνιο έλκει ένα ιόν, αλλά αφού Z 1 > Z 2, το ηλεκτρόνιο, μαζί με το ιόν «καλύμμα», έχει θετικό φορτίο και έλκει ένα δεύτερο ηλεκτρόνιο. Στο T > T c, η θερμική κίνηση θολώνει την «επικάλυψη» των ιόντων. Η μετατόπιση ενός ιόντος είναι η διέγερση των ατόμων του πλέγματος, δηλαδή, τίποτα περισσότερο από τη γέννηση ενός φωνονίου. Κατά την αντίστροφη μετάβαση, ένα φωνόνιο εκπέμπεται και απορροφάται από ένα άλλο ηλεκτρόνιο. Αυτό σημαίνει ότι η αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων είναι η ανταλλαγή φωνονίων. Ως αποτέλεσμα, ολόκληρο το σύνολο των ηλεκτρονίων στο στερεό σώμα αποδεικνύεται δεσμευμένο. Σε κάθε δεδομένη στιγμή, ένα ηλεκτρόνιο συνδέεται πιο ισχυρά με ένα από τα ηλεκτρόνια αυτής της συλλογικότητας, δηλ. ολόκληρο το ηλεκτρονικό συλλογικό φαίνεται να αποτελείται από ζεύγη ηλεκτρονίων. Μέσα σε ένα ζεύγος, τα ηλεκτρόνια δεσμεύονται από μια συγκεκριμένη ενέργεια. Επομένως, μόνο εκείνες οι επιρροές που ξεπερνούν την ενέργεια δέσμευσης μπορούν να επηρεάσουν αυτό το ζεύγος. Αποδεικνύεται ότι οι συνηθισμένες συγκρούσεις αλλάζουν την ενέργεια κατά πολύ μικρό ποσό και δεν επηρεάζει το ζεύγος ηλεκτρονίων. Επομένως, ζεύγη ηλεκτρονίων κινούνται στον κρύσταλλο χωρίς συγκρούσεις, χωρίς σκέδαση, δηλαδή η αντίσταση ρεύματος είναι μηδέν.
Πρακτική εφαρμογή υπεραγωγών χαμηλής θερμοκρασίας. Υπεραγώγιμοι μαγνήτες, κατασκευασμένοι από σύρμα υπεραγώγιμου κράματος Nb 3 Sn. Προς το παρόν έχουν ήδη κατασκευαστεί υπεραγώγιμα σωληνοειδείς με πεδίο 20 Τ. Τα υλικά που αντιστοιχούν στον τύπο M x Mo 6 O 8, όπου τα άτομα μετάλλου M είναι Pb, Sn, Cu, Ag κ.λπ., θεωρούνται πολλά υποσχόμενα. υψηλότερο μαγνητικό πεδίο (περίπου 4 0 Τ) που λαμβάνεται σε ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα Pb. Mo 6 O 8. Η κολοσσιαία ευαισθησία των κόμβων Josephson σε ένα μαγνητικό πεδίο χρησίμευσε ως βάση για τη χρήση τους στην κατασκευή οργάνων, ιατρικό εξοπλισμό και ηλεκτρονικά. Το SQUID είναι ένας υπεραγώγιμος αισθητήρας κβαντικής παρεμβολής που χρησιμοποιείται για μαγνητοεγκεφαλογραφία. Χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Meissner, μια σειρά από ερευνητικά κέντρα σε διάφορες χώρες εκτελούν εργασίες για τη μαγνητική αιώρηση - «επιπλέουν» πάνω από την επιφάνεια για να δημιουργήσουν τρένα μαγνητικής αιώρησης υψηλής ταχύτητας. Συσκευές αποθήκευσης ενέργειας επαγωγής σε μορφή κυκλώματος με γραμμές μεταφοράς ρεύματος χωρίς απόσβεση και ηλεκτρικής ενέργειας (EPL) χωρίς απώλειες μέσω υπεραγώγιμων καλωδίων. Μαγνητοϋδροδυναμικές (MHD) γεννήτριες με υπεραγώγιμες περιελίξεις. Έχουν απόδοση μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια 50%, ενώ για όλους τους υπόλοιπους σταθμούς δεν ξεπερνά το 35%.
Ελαττώματαστους κρυστάλλους είναι παραβιάσεις της ιδανικής κρυσταλλικής δομής. Μια τέτοια παραβίαση μπορεί να συνίσταται στην αντικατάσταση ενός ατόμου μιας δεδομένης ουσίας με ένα ξένο άτομο (άτομο ακαθαρσίας) (Εικ. 1, α), στην εισαγωγή ενός επιπλέον ατόμου σε μια ενδιάμεση θέση (Εικ. 1, β), απουσία ατόμου σε έναν κόμβο (Εικ. 1, γ). Τέτοια ελαττώματα ονομάζονται σημείο.Προκαλούν ανωμαλίες στο πλέγμα, που εκτείνονται σε αποστάσεις της τάξης πολλών περιόδων.
Εκτός από τα ελαττώματα σημείου, υπάρχουν ελαττώματα που συγκεντρώνονται κοντά σε ορισμένες γραμμές. Καλούνται γραμμικά ελαττώματαή εξαρθρώσεις. Τα ελαττώματα αυτού του τύπου διαταράσσουν τη σωστή εναλλαγή των κρυσταλλικών επιπέδων.
Οι απλούστεροι τύποι εξαρθρώσεων είναι περιφερειακόΚαι βίδαεξαρθρώσεις.
Μια εξάρθρωση ακμής προκαλείται από ένα επιπλέον κρυσταλλικό ημιεπίπεδο που παρεμβάλλεται μεταξύ δύο γειτονικών στρωμάτων ατόμων (Εικ. 2). Μια εξάρθρωση βίδας μπορεί να αναπαρασταθεί ως το αποτέλεσμα μιας κοπής σε έναν κρύσταλλο κατά μήκος ενός ημιεπίπεδου και της επακόλουθης μετατόπισης των τμημάτων του πλέγματος που βρίσκονται στις απέναντι πλευρές της κοπής το ένα προς το άλλο με την τιμή μιας περιόδου (Εικ. 3).
Τα ελαττώματα έχουν ισχυρό αντίκτυπο στις φυσικές ιδιότητες των κρυστάλλων, συμπεριλαμβανομένης της αντοχής τους.
Η αρχικά υπάρχουσα εξάρθρωση, υπό την επίδραση των τάσεων που δημιουργούνται στον κρύσταλλο, κινείται κατά μήκος του κρυστάλλου. Η κίνηση των εξαρθρώσεων εμποδίζεται από την παρουσία άλλων ελαττωμάτων στον κρύσταλλο, για παράδειγμα, την παρουσία ατόμων ακαθαρσίας. Οι εξαρθρώσεις επιβραδύνονται επίσης όταν διασταυρώνονται μεταξύ τους. Η αύξηση της πυκνότητας της εξάρθρωσης και η αύξηση της συγκέντρωσης των ακαθαρσιών οδηγεί σε ισχυρή αναστολή των εξαρθρώσεων και παύση της κίνησής τους. Ως αποτέλεσμα, η αντοχή του υλικού αυξάνεται. Για παράδειγμα, η αύξηση της αντοχής του σιδήρου επιτυγχάνεται με τη διάλυση ατόμων άνθρακα σε αυτόν (χάλυβας).
Η πλαστική παραμόρφωση συνοδεύεται από καταστροφή του κρυσταλλικού πλέγματος και σχηματισμό μεγάλου αριθμού ελαττωμάτων που εμποδίζουν την κίνηση των εξαρθρώσεων. Αυτό εξηγεί την ενίσχυση των υλικών κατά την ψυχρή επεξεργασία.
Βλάβες στην κρυσταλλική δομή Πραγματικά μέταλλα που χρησιμοποιούνται ως δομικά
τα υλικά αποτελούνται από μεγάλο αριθμό κρυστάλλων ακανόνιστου σχήματος. Αυτά τα
κρυστάλλους
που ονομάζεται
δημητριακά
ή
κρύσταλλα,
ΕΝΑ
δομή
πολυκρυσταλλικό ή κοκκώδες. Υπάρχουσες τεχνολογίες παραγωγής
Ως εκ τούτου, τα μέταλλα δεν επιτρέπουν την απόκτησή τους ιδανικής χημικής καθαρότητας
Τα πραγματικά μέταλλα περιέχουν άτομα ακαθαρσιών. Τα άτομα ακαθαρσίας είναι
μία από τις κύριες πηγές ελαττωμάτων στην κρυσταλλική δομή. ΣΕ
Ανάλογα με τη χημική τους καθαρότητα, τα μέταλλα χωρίζονται σε τρεις ομάδες:
Χημικά καθαρή - περιεχόμενο 99,9%.
Υψηλή καθαρότητα - Περιεχόμενο 99,99%.
Ultrapure - Περιεχόμενο 99,999%.
Τα άτομα οποιωνδήποτε ακαθαρσιών διαφέρουν σημαντικά σε μέγεθος και δομή
διαφέρουν από τα άτομα του κύριου συστατικού, άρα το πεδίο δύναμης γύρω
Τέτοια άτομα παραμορφώνονται. Μια ελαστική ζώνη εμφανίζεται γύρω από τυχόν ελαττώματα.
παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος, το οποίο εξισορροπείται κατά όγκο
κρύσταλλο δίπλα σε ένα ελάττωμα στην κρυσταλλική δομή.
εγγενές σε όλα τα μέταλλα. Αυτές οι παραβιάσεις της ιδανικής δομής των στερεών
έχουν σημαντικό αντίκτυπο στα φυσικά, χημικά τους,
Τεχνολογικές και λειτουργικές ιδιότητες. Χωρίς χρήση
ιδέες για ελαττώματα σε πραγματικούς κρυστάλλους, είναι αδύνατο να μελετηθούν τα φαινόμενα
πλαστική παραμόρφωση, σκλήρυνση και καταστροφή κραμάτων κ.λπ. Ελαττώματα
Η κρυσταλλική δομή μπορεί εύκολα να ταξινομηθεί σύμφωνα με τα γεωμετρικά τους στοιχεία
σχήμα και μέγεθος:
επιφάνεια (δισδιάστατη) είναι μικρές μόνο προς μία κατεύθυνση και έχουν
επίπεδο σχήμα - αυτά είναι τα όρια των κόκκων, των μπλοκ και των διδύμων, τα όρια των τομέων.
σημείο (μηδενικών διαστάσεων) είναι μικρά και στις τρεις διαστάσεις, τα μεγέθη τους όχι
περισσότερες από πολλές ατομικές διαμέτρους είναι κενές, ενδιάμεσα άτομα,
άτομα ακαθαρσίας?
γραμμικά (μονοδιάστατα) είναι μικρά σε δύο κατευθύνσεις, και στην τρίτη
κατεύθυνση είναι ανάλογη με το μήκος του κρυστάλλου - πρόκειται για εξαρθρήματα, αλυσίδες
κενά και ενδιάμεσα άτομα.
Οι ογκομετρικές (τρισδιάστατες) έχουν σχετικά και στις τρεις διαστάσεις σχετικά
μεγάλα μεγέθη σημαίνουν μεγάλες ανομοιογένειες, πόρους, ρωγμές κ.λπ. Τα επιφανειακά ελαττώματα είναι διεπαφές
μεταξύ μεμονωμένων κόκκων ή υποκόκκων σε πολυκρυσταλλικό μέταλλο, να
Αυτό περιλαμβάνει επίσης ελαττώματα «συσκευασίας» στους κρυστάλλους.
Ένα όριο κόκκου είναι μια επιφάνεια και στις δύο πλευρές της οποίας
Τα κρυσταλλικά πλέγματα διαφέρουν ως προς τον χωρικό προσανατολισμό. Αυτό
η επιφάνεια είναι ένα δισδιάστατο ελάττωμα που έχει σημαντικές διαστάσεις
Δύο διαστάσεις, και στο τρίτο - το μέγεθός του είναι συγκρίσιμο με το ατομικό. Όρια κόκκων
- Πρόκειται για περιοχές υψηλής πυκνότητας και ασυνέπειας και ασυνέπειας
δομή γειτονικών κρυστάλλων. Τα άτομα στα όρια των κόκκων έχουν αυξηθεί
ενέργεια σε σύγκριση με τα άτομα μέσα στους κόκκους και, ως εκ τούτου, περισσότερο
τείνουν να συμμετέχουν σε διάφορες αλληλεπιδράσεις και αντιδράσεις. Στα όρια των κόκκων
δεν υπάρχει διατεταγμένη διάταξη ατόμων. Στα όρια των κόκκων κατά τη διάρκεια της κρυστάλλωσης μετάλλων, συσσωρεύονται
Διαμορφώνονται διάφορες ακαθαρσίες, ελαττώματα, μη μεταλλικά εγκλείσματα,
μεμβράνες οξειδίου. Ως αποτέλεσμα, ο μεταλλικός δεσμός μεταξύ των κόκκων έχει σπάσει
και η αντοχή του μετάλλου μειώνεται. Ως αποτέλεσμα της σπασμένης δομής των συνόρων
αποδυναμώστε ή ενισχύστε το μέταλλο, το οποίο οδηγεί, αντίστοιχα,
Intercrystalline (Intergranular) ή Transgranular (κατά μήκος του σώματος των κόκκων)
καταστροφή. Υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών, το μέταλλο τείνει να μειώσει
επιφανειακή ενέργεια των ορίων των κόκκων λόγω ανάπτυξης και συστολής κόκκων
το μήκος των συνόρων τους. Όταν εκτίθεται χημικά στα όρια των κόκκων
αποδεικνύεται πιο ενεργό και, ως αποτέλεσμα, καταστροφή από τη διάβρωση
Ξεκινά στα όρια των κόκκων (αυτό το χαρακτηριστικό βασίζεται στη μικροανάλυση
μέταλλα στην κατασκευή στιλβωμένων τμημάτων).
Υπάρχει μια άλλη πηγή επιφανειακής παραμόρφωσης του κρυσταλλικού
μεταλλική κατασκευή. Οι μεταλλικοί κόκκοι είναι αμοιβαία εσφαλμένοι προσανατολισμένοι σε πολλούς
μοίρες, τα θραύσματα είναι εσφαλμένα προσανατολισμένα κατά λεπτά και τα μπλοκ που αποτελούν
θραύσμα, αμοιβαία εσφαλμένο προσανατολισμό για λίγα μόνο δευτερόλεπτα. Αν
εξετάστε τον κόκκο σε υψηλή μεγέθυνση, αποδεικνύεται ότι μέσα του
Υπάρχουν περιοχές με λάθος προσανατολισμό μεταξύ τους σε γωνία 15"...30".
Αυτή η δομή ονομάζεται μπλοκ ή μωσαϊκό και οι περιοχές ονομάζονται μπλοκ
μωσαϊκά. Οι ιδιότητες των μετάλλων θα εξαρτηθούν τόσο από τα μεγέθη των μπλοκ και των κόκκων, και
και στον αμοιβαίο προσανατολισμό τους. Τα προσανατολισμένα μπλοκ συνδυάζονται σε μεγαλύτερα τμήματα
του οποίου ο γενικός προσανατολισμός παραμένει αυθαίρετος, άρα όλοι οι κόκκοι
εσφαλμένα προσανατολισμένα σε σχέση με το άλλο. Καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει
Η εσφαλμένη προσανατολισμός των κόκκων αυξάνεται. Θερμική διαδικασία που προκαλεί διαίρεση σιτηρών
σε θραύσματα ονομάζεται πολυγονοποίηση.
Η διαφορά στις ιδιότητες ανάλογα με την κατεύθυνση στα μέταλλα είναι
το όνομα είναι ανισοτροπία. Η ανισοτροπία είναι χαρακτηριστική για όλες τις ουσίες με
κρυσταλλική δομή. Οι κόκκοι βρίσκονται τυχαία στον όγκο, επομένως
Υπάρχουν περίπου ο ίδιος αριθμός ατόμων σε διαφορετικές κατευθύνσεις και
Οι ιδιότητες παραμένουν οι ίδιες, αυτό το φαινόμενο ονομάζεται οιονεί ανισοτροπία
(ψευδές – ανισοτροπία). Τα ελαττώματα σημείων είναι μικρά σε τρεις διαστάσεις και μεγέθη
πλησιάζοντας το σημείο. Ένα από τα κοινά ελαττώματα είναι
κενές θέσεις, δηλαδή ένα μέρος που δεν καταλαμβάνεται από ένα άτομο (ελάττωμα Schottky). Για να αντικαταστήσετε μια κενή θέση
Ο κόμβος, ένα νέο άτομο μπορεί να κινηθεί, και ένα κενό μέρος - μια "τρύπα" - σχηματίζεται μαζί
γειτονιά. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η συγκέντρωση των κενών θέσεων αυξάνεται. Έτσι
όπως τα άτομα. βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια. μπορεί να βγει στην επιφάνεια
κρύσταλλο. και τα άτομα θα πάρουν τη θέση τους. βρίσκεται πιο μακριά από την επιφάνεια.
Η παρουσία κενών θέσεων στο πλέγμα μεταδίδει την κινητικότητα στα άτομα. εκείνοι. τους επιτρέπει
Μετακινήστε τη διαδικασία της αυτοδιάκλασης και της διάχυσης. και έτσι παρέχει
Επίδραση σε διαδικασίες όπως η γήρανση, η απελευθέρωση δευτερογενών φάσεων κ.λπ.
Άλλα σημειακά ελαττώματα είναι τα εκτοπισμένα άτομα
(ελάττωμα Frenkel), δηλ. άτομα του δικού του μετάλλου που φεύγουν από τον κόμβο
Πλέγμα και έλαβε χώρα κάπου στα internodes. Ταυτόχρονα στον τόπο
κινούμενο άτομο, σχηματίζεται ένα κενό. Η συγκέντρωση τέτοιων ελαττωμάτων
μικρό. επειδή Ο σχηματισμός τους απαιτεί σημαντική δαπάνη ενέργειας. Οποιοδήποτε μέταλλο περιέχει ξένα άτομα ακαθαρσίας. ΣΕ
Ανάλογα με τη φύση των ακαθαρσιών και τις συνθήκες υπό τις οποίες εισέρχονται στο μέταλλο, μπορούν
να διαλύονται στο μέταλλο ή να υπάρχουν με τη μορφή ξεχωριστών εγκλεισμάτων. Επί
Οι ιδιότητες του μετάλλου επηρεάζονται περισσότερο από το ξένο διαλυμένο
Οι ακαθαρσίες των οποίων τα άτομα μπορούν να εντοπιστούν στα κενά μεταξύ των ατόμων
βασικό μέταλλο - ενδιάμεσα άτομα ή σε θέσεις κρυσταλλικού πλέγματος
βασικό μέταλλο - άτομα υποκατάστασης. Αν τα άτομα ακαθαρσίας είναι σημαντικά
λιγότερα άτομα βασικού μετάλλου, τότε σχηματίζουν ενδιάμεσα διαλύματα, και αν
περισσότερα - τότε σχηματίζουν λύσεις υποκατάστασης. Και στις δύο περιπτώσεις το πλέγμα γίνεται
ελαττωματικό και οι παραμορφώσεις του επηρεάζουν τις ιδιότητες του μετάλλου. Τα γραμμικά ελαττώματα είναι μικρά σε δύο διαστάσεις, αλλά στην τρίτη μπορούν
φτάνουν στο μήκος του κρυστάλλου (κόκκος). Τα γραμμικά ελαττώματα περιλαμβάνουν αλυσίδες
κενές θέσεις. ενδιάμεσα άτομα και εξαρθρήματα. Τα εξαρθρήματα είναι ιδιαίτερα
τύπος ατελειών στο κρυσταλλικό πλέγμα. Από τη σκοπιά της θεωρίας της εξάρθρωσης
λαμβάνονται υπόψη οι μετασχηματισμοί αντοχής, φάσης και δομής. Εξάρθρωση
ονομάζεται γραμμική ατέλεια που σχηματίζει μια ζώνη μέσα στον κρύσταλλο
βάρδια Η θεωρία της εξάρθρωσης εφαρμόστηκε για πρώτη φορά στα μέσα της δεκαετίας του '30
Οι φυσικοί του 20ου αιώνα Orowan, Polyany και Taylor για να περιγράψουν τη διαδικασία
πλαστική παραμόρφωση κρυσταλλικών σωμάτων. Επιτρέπεται η χρήση του
εξηγήστε τη φύση της αντοχής και της ολκιμότητας των μετάλλων. Η θεωρία της εξάρθρωσης έδωσε
την ικανότητα να εξηγήσει την τεράστια διαφορά μεταξύ θεωρητικού και πρακτικού
αντοχή των μετάλλων.
Οι κύριοι τύποι εξαρθρώσεων περιλαμβάνουν την άκρη και τη βίδα. Περιφερειακό
σχηματίζεται εξάρθρωση εάν ένα επιπλέον
μισό επίπεδο ατόμων, το οποίο ονομάζεται εξωεπίπεδο. Η διαφορά της είναι 1-1
δημιουργεί ένα γραμμικό ελάττωμα πλέγματος που ονομάζεται εξάρθρωση ακμής.
Είναι συμβατικά αποδεκτό ότι μια εξάρθρωση είναι θετική εάν είναι στο πάνω μέρος
μέρος του κρυστάλλου και υποδεικνύεται με το σύμβολο " " εάν η εξάρθρωση βρίσκεται στο κάτω μέρος
εξαρτήματα - αρνητικό "T". Εξαρθρήματα του ίδιου σημείου απωθούνται μεταξύ τους και
το αντίθετο - προσελκύουν. Υπό την επίδραση της τάσης των άκρων
μια εξάρθρωση μπορεί να κινηθεί κατά μήκος του κρυστάλλου (κατά μήκος του επιπέδου διάτμησης) μέχρι
θα φτάσει στο όριο των κόκκων (μπλοκ). Αυτό δημιουργεί ένα βήμα στο μέγεθος
μία διατομική απόσταση. Η πλαστική διάτμηση είναι συνέπεια
σταδιακή κίνηση των εξαρθρώσεων στο επίπεδο
βάρδια Διάδοση της ολίσθησης κατά μήκος ενός επιπέδου
η ολίσθηση γίνεται διαδοχικά. Κάθε
η στοιχειώδης πράξη της μετακίνησης μιας εξάρθρωσης από
η μια θέση στην άλλη επιτυγχάνεται από
ρήξη μόνο ενός κάθετου ατομικού
επίπεδο. Για να μετακινήσετε τα εξαρθρήματα απαιτείται
σημαντικά λιγότερη δύναμη από ότι για σκληρό
μετατόπιση ενός μέρους του κρυστάλλου σε σχέση με ένα άλλο στο επίπεδο διάτμησης. Στο
κίνηση μιας εξάρθρωσης κατά μήκος της διεύθυνσης διάτμησης σε ολόκληρο τον κρύσταλλο
υπάρχει μετατόπιση των άνω και κάτω τμημάτων του κατά ένα μόνο διατομικό
απόσταση. Ως αποτέλεσμα της κίνησης, το εξάρθρημα βγαίνει στην επιφάνεια
κρύσταλλο και εξαφανίζεται. Ένα συρόμενο βήμα παραμένει στην επιφάνεια. Εξάρθρωση βίδας. Σχηματίζεται από ατελή μετατόπιση του κρυστάλλου κατά μήκος
πυκνότητα Q. Σε αντίθεση με μια εξάρθρωση ακμών, μια εξάρθρωση βίδας
παράλληλα με το διάνυσμα μετατόπισης.
Σχηματίζονται εξαρθρήματα κατά την κρυστάλλωση των μετάλλων κατά την
«κατάρρευση» μιας ομάδας κενών θέσεων, καθώς και κατά την πλαστική παραμόρφωση
και μετασχηματισμοί φάσης. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της δομής εξάρθρωσης
είναι η πυκνότητα εξάρθρωσης. Η πυκνότητα εξάρθρωσης νοείται ως
συνολικό μήκος εξάρθρωσης l (cm) ανά μονάδα όγκου V
κρύσταλλο (cm3). Ετσι. διάσταση πυκνότητας εξάρθρωσης, cm-2. U
ανοπτημένα μέταλλα - 106...108 cm-2. Όταν είναι κρύο πλαστικό
παραμόρφωση, η πυκνότητα εξάρθρωσης αυξάνεται στα 1011...1012 cm-2. Περισσότερο
υψηλή πυκνότητα εξάρθρωσης οδηγεί στην εμφάνιση μικρορωγμών και
καταστροφή μετάλλων.
Κοντά στη γραμμή εξάρθρωσης, τα άτομα μετατοπίζονται από
τις θέσεις τους και παραμορφώνεται το κρυσταλλικό πλέγμα, το οποίο
προκαλεί το σχηματισμό ενός πεδίου τάσης (πάνω από τη γραμμή
εξαρθρώσεις, το πλέγμα συμπιέζεται και κάτω από αυτό τεντώνεται).
Η τιμή μιας μονάδας μετατόπισης των επιπέδων
χαρακτηρίζεται από το διάνυσμα Burger b, το οποίο
αντανακλά τόσο την απόλυτη τιμή της μετατόπισης όσο και της
κατεύθυνση. Μικτή εξάρθρωση. Η εξάρθρωση δεν μπορεί να τελειώσει μέσα
κρύσταλλο χωρίς σύνδεση σε άλλη εξάρθρωση. Αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι
μια εξάρθρωση είναι το όριο μιας ζώνης διάτμησης και υπάρχει πάντα μια ζώνη διάτμησης
μια κλειστή γραμμή, και μέρος αυτής της γραμμής μπορεί να περάσει κατά μήκος της εξωτερικής
κρυσταλλική επιφάνεια. Επομένως, η γραμμή εξάρθρωσης πρέπει να κλείσει
μέσα στον κρύσταλλο ή απόληξη στην επιφάνειά του.
Όταν σχηματίζεται το όριο της ζώνης διάτμησης (γραμμή εξάρθρωσης abcdf).
ευθείες τομές παράλληλες και κάθετες στο διάνυσμα διάτμησης, και
μια γενικότερη περίπτωση καμπύλης γραμμής εξάρθρωσης gh. Στις ενότητες av, cd και
Το ef είναι εξάρθρωση ακμής, και στα τμήματα all and de υπάρχει εξάρθρωση βίδας. Ξεχωριστός
τμήματα μιας καμπύλης γραμμής εξάρθρωσης έχουν μια άκρη ή μια βίδα
προσανατολισμό, αλλά μέρος αυτής της καμπύλης δεν είναι ούτε κάθετο ούτε παράλληλο
διάνυσμα διάτμησης, και σε αυτές τις περιοχές υπάρχει μικτή εξάρθρωση
προσανατολισμός. Η πλαστική παραμόρφωση των κρυσταλλικών σωμάτων σχετίζεται με την ποσότητα
εξαρθρώσεις, το πλάτος τους, την κινητικότητά τους, τον βαθμό αλληλεπίδρασης με ελαττώματα
πλέγματα, κλπ. Η φύση του δεσμού μεταξύ των ατόμων επηρεάζει την πλαστικότητα
κρυστάλλους. Έτσι, στα αμέταλλα με τους άκαμπτους κατευθυντικούς δεσμούς τους
Οι εξαρθρώσεις είναι πολύ στενές, απαιτούν υψηλές τάσεις για να ξεκινήσουν - σε 103
φορές μεγαλύτερη από ό,τι για τα μέταλλα. Με αποτέλεσμα εύθραυστο κάταγμα σε αμέταλλα
συμβαίνει νωρίτερα από τη βάρδια.
Ο κύριος λόγος για τη χαμηλή αντοχή των πραγματικών μετάλλων είναι
η παρουσία εξαρθρώσεων και άλλων ατελειών στη δομή του υλικού
κρυσταλλική δομή. Απόκτηση κρυστάλλων χωρίς εξάρθρωση
οδηγεί σε απότομη αύξηση της αντοχής των υλικών.
Ο αριστερός κλάδος της καμπύλης αντιστοιχεί στη δημιουργία
τέλειος
χωρίς εξάρθρωση
νηματώδης
κρύσταλλα (τα λεγόμενα "μουστάκια"), δύναμη
που είναι κοντά στο θεωρητικό. Με περιορισμένο
πυκνότητα εξάρθρωσης και άλλες παραμορφώσεις
κρυστάλλινος
σχάρες
επεξεργάζομαι, διαδικασία
βάρδια
συμβαίνει πιο εύκολα όσο περισσότερα εξαρθρήματα υπάρχουν
που βρίσκεται στο μεγαλύτερο μέρος του μετάλλου. Ένα από τα χαρακτηριστικά μιας εξάρθρωσης είναι το διάνυσμα μετατόπισης - διάνυσμα
Μπέργκερ. Το διάνυσμα Burgers είναι ένα πρόσθετο διάνυσμα που χρειάζεται
εισάγετε στο περίγραμμα που περιγράφεται γύρω από την εξάρθρωση για να κλείσετε
το αντίστοιχο κύκλωμα στο πλέγμα ενός ιδανικού κρυστάλλου, ανοιχτό
λόγω της παρουσίας εξάρθρωσης. Ένα περίγραμμα σχεδιασμένο κατά μήκος ενός πλέγματος γύρω από την περιοχή, μέσα
που έχει εξάρθρημα θα αποδειχθεί ανοιχτό (περίγραμμα Burgers). Χάσμα
το περίγραμμα χαρακτηρίζει το άθροισμα όλων των ελαστικών μετατοπίσεων του πλέγματος που συσσωρεύονται σε
η περιοχή γύρω από την εξάρθρωση είναι το διάνυσμα Burgers.
Για μια εξάρθρωση άκρων το διάνυσμα Burgers είναι κάθετο και για μια εξάρθρωση βίδας
εξάρθρωση – παράλληλα με τη γραμμή εξάρθρωσης. Το διάνυσμα Burgers είναι ένα μέτρο
παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος λόγω της παρουσίας σε αυτό
εξαρθρώσεις. Εάν μια εξάρθρωση εισάγεται στον κρύσταλλο με καθαρή διάτμηση, τότε το διάνυσμα
shift και είναι το διάνυσμα Burgers. Το περίγραμμα των μπέργκερ μπορεί να μετατοπιστεί
κατά μήκος της γραμμής εξάρθρωσης, τεντωμένο ή συμπιεσμένο σε κατεύθυνση κάθετη προς
γραμμές εξάρθρωσης, ενώ το μέγεθος και η κατεύθυνση του διανύσματος Burgers
παραμένει σταθερό. Καθώς το άγχος αυξάνεται, ο αριθμός των πηγών εξάρθρωσης στο
μέταλλο και η πυκνότητά τους αυξάνεται. Εκτός από τα παράλληλα εξαρθρήματα
οι εξαρθρώσεις εμφανίζονται σε διαφορετικά επίπεδα και κατευθύνσεις. Εξαρθρήματα
επηρεάζουν ο ένας τον άλλον, εμποδίζουν ο ένας τον άλλον από την ανάμειξη, τους
αφανισμός (αμοιβαία καταστροφή) κ.λπ. (που επέτρεψε στον J. Gordon μεταφορικά
αποκαλούν την αλληλεπίδρασή τους στη διαδικασία της πλαστικής παραμόρφωσης "οικεία"
ζωή των εξαρθρώσεων»). Καθώς αυξάνεται η πυκνότητα των εξαρθρώσεων, η κίνησή τους
γίνεται ολοένα και πιο δύσκολο, γεγονός που απαιτεί αύξηση του εφαρμοζόμενου
φορτίο για να συνεχιστεί η παραμόρφωση. Ως αποτέλεσμα, το μέταλλο ενισχύεται, το οποίο
αντιστοιχεί στον δεξιό κλάδο της καμπύλης.
Τα εξαρθρήματα, μαζί με άλλα ελαττώματα, συμμετέχουν στις μεταβάσεις φάσεων.
μετασχηματισμοί, ανακρυστάλλωση, χρησιμεύουν ως έτοιμα κέντρα κατά τη διάρκεια της βροχόπτωσης
η δεύτερη φάση από στερεό διάλυμα. Κατά μήκος των εξαρθρώσεων, ο ρυθμός διάχυσης είναι
αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερο από ό,τι μέσα από ένα κρυσταλλικό πλέγμα χωρίς ελαττώματα.
Οι εξαρθρώσεις χρησιμεύουν ως χώρος συγκέντρωσης των ατόμων ακαθαρσίας, ειδικά
διάμεσες ακαθαρσίες, καθώς αυτό μειώνει την παραμόρφωση του πλέγματος. Εάν, υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων, προκύψουν εξαρθρήματα στο μέταλλο,
τότε οι ελαστικές ιδιότητες του μετάλλου αλλάζουν και η επιρροή αρχίζει να επηρεάζει
σημάδι αρχικής παραμόρφωσης. Εάν το μέταλλο υποβληθεί σε αδύναμο
πλαστική παραμόρφωση από φορτίο της ίδιας πινακίδας, τότε όταν αλλάζει η πινακίδα
Φορτώστε, μείωση της αντίστασης στο αρχικό πλαστικό
παραμορφώσεις (φαινόμενο Bauschinger).
Εξαρθρήματα που προκύπτουν κατά την πρωτογενή παραμόρφωση προκαλούν
την εμφάνιση υπολειμματικών τάσεων στο μέταλλο, το οποίο, όταν συνδυάζεται με
τάσεις λειτουργίας Όταν αλλάζει το σύμβολο του φορτίου, προκαλεί μείωση
αντοχή διαρροής. Με αυξανόμενες αρχικές πλαστικές παραμορφώσεις
Η ποσότητα της μείωσης των μηχανικών χαρακτηριστικών αυξάνεται.
Αποτέλεσμα
Bauschinger
προφανώς
εκδηλώνεται
στο
ασήμαντος
αρχικός
ψυχρή σκλήρυνση
Μικρός
διακοπές
καθηλωμένο
υλικά
εξαλείφει όλες τις εκδηλώσεις
Εφέ Bauschinger. Αποτέλεσμα
αποδυναμώνεται σημαντικά από
πολλαπλούς
κυκλικός
φορτία
υλικό
Με
παρουσία μικρού πλαστικού
παραμορφώσεις διαφορετικών σημείων. Όλα τα παραπάνω ελαττώματα στην κρυσταλλική δομή οδηγούν
την εμφάνιση εσωτερικών πιέσεων. Κατά όγκο, όπου βρίσκονται
είναι ισορροπημένες, οι πιέσεις του 1ου, 2ου και 3ου είδους διακρίνονται.
Οι εσωτερικές πιέσεις του πρώτου είδους είναι ζωνικές πιέσεις,
που συμβαίνει μεταξύ μεμονωμένων ζωνών τμήματος ή μεταξύ ατόμου
ανταλλακτικά. Αυτές περιλαμβάνουν θερμικές τάσεις που εμφανίζονται
με επιταχυνόμενη θέρμανση και ψύξη κατά τη συγκόλληση και τη θερμική επεξεργασία.
Εσωτερικές καταπονήσεις του δεύτερου είδους - εμφανίζονται μέσα στο κόκκο ή μεταξύ
Οι γειτονικοί κόκκοι οφείλονται στη δομή εξάρθρωσης του μετάλλου.
Εσωτερικές καταπονήσεις του τρίτου είδους - προκύπτουν μέσα σε όγκο της παραγγελίας
πολλά στοιχειώδη κύτταρα. η κύρια πηγή είναι το σημείο
ελαττώματα.
Οι εσωτερικές παραμένουσες τάσεις είναι επικίνδυνες γιατί
προσθέστε τις τρέχουσες τάσεις λειτουργίας και μπορεί να οδηγήσει σε
πρόωρη καταστροφή της κατασκευής.
Τα ελαττώματα των κρυστάλλων χωρίζονται σε:
Μηδενικές διαστάσεις
μονοδιάστατη
Δισδιάστατη
Σημειακά ελαττώματα (μηδενικών διαστάσεων) - Παραβίαση της περιοδικότητας σε σημεία πλέγματος που απομονώνονται μεταξύ τους. Και στις τρεις διαστάσεις δεν υπερβαίνουν μία ή περισσότερες ενδοατομικές αποστάσεις (παραμέτρους πλέγματος). Τα ελαττώματα σημείων είναι κενές θέσεις, άτομα σε διάκενα, άτομα σε τοποθεσίες ενός "ξένου" υπογλυκαιμίας, ατόμων ακαθαρσίας σε χώρους ή διάκενο.
Κενές θέσεις– απουσία ατόμου ή ιόντος σε θέση κρυσταλλικού πλέγματος. Εφαρμόστηκεή διάμεσοςτα άτομα ή τα ιόντα μπορεί να είναι τόσο εγγενή όσο και άτομα ακαθαρσίας ή ιόντα που διαφέρουν από τα κύρια άτομα σε μέγεθος ή σθένος. Ακαθαρσίες υποκατάστασηςαντικαταστήστε τα σωματίδια της κύριας ουσίας στους κόμβους του πλέγματος.
Γραμμικός(μονοδιάστατα) ελαττώματα – Τα κύρια γραμμικά ελαττώματα είναι οι εξαρθρώσεις. Η a priori έννοια των εξαρθρώσεων χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1934 από τους Orowan και Theiler στη μελέτη τους για την πλαστική παραμόρφωση κρυσταλλικών υλικών, για να εξηγήσουν τη μεγάλη διαφορά μεταξύ της πρακτικής και της θεωρητικής αντοχής ενός μετάλλου. Εξάρθρωση– πρόκειται για ελαττώματα στην κρυσταλλική δομή, οι οποίες είναι γραμμές κατά μήκος και κοντά στις οποίες διαταράσσεται η σωστή διάταξη των χαρακτηριστικών ατομικών επιπέδων του κρυστάλλου.
Επιφανειακά ελαττώματα του κρυσταλλικού πλέγματος.Τα ελαττώματα του επιφανειακού πλέγματος περιλαμβάνουν σφάλματα στοίβαξης και όρια κόκκων.
Συμπέρασμα: Όλα τα είδη ελαττωμάτων, ανεξάρτητα από την αιτία της εμφάνισής τους, οδηγούν σε παραβίαση της κατάστασης ισορροπίας του πλέγματος και αυξάνουν την εσωτερική του ενέργεια.
