Klasyfikacja defektów struktury krystalicznej - omówienie

Podstawy Nauki o
Materiałach II
Wydział Inżynierii Materiałowej
Politechniki Warszawskiej
Zbigniew Pakieła
Klasyfikacja defektów struktury
krystalicznej wg wymiarów elementów
• 0 - wymiarowe (defekty punktowe)
– wakanse
– atomy obce
• 1 - wymiarowe (defekty liniowe)
– dyslokacje
– krawędzie potrójne (punkty potrójne)
• 2 - wymiarowe (defekty powierzchniowe)
– błędy ułożenia
– granice ziarn
– granice międzyfazowe
• 3 - wymiarowe (defekty objętościowe)
–
–
–
–
pory
cząstki
wtrącenia
pęknięcia
Zaznaczone na niebiesko elementy nie są defektami
struktury krystalicznej, lecz elementami mikro- i
makrostruktury, będącymi zaburzeniami w budowie
materiału. Wymienione są razem z defektami sieci,
gdyż wpływają na właściwości materiału.
Model wakansu
Brakujące ziarno w kolbie kukurydzy można
potraktować jako model wakansu w sieci
krystalicznej
Wakanse
•
•
•
Występują we wszystkich kryształach
Ich liczba rośnie ze wzrostem temperatury
Liczbę wakansów można wyznaczyć
Nv = N exp(-Q/RT)
Wakanse są odpowiedzialne za dyfuzję w
ciałach stałych, gdyż podstawowy mechanizm
dyfuzji to mechanizm wakansowy.
Szybkość dyfuzji
• Wysoka wartość energii aktywacji
skutkuje niską szybkością dyfuzji
•
• D = D0*exp(-Q/RT)
•
–
–
–
–
–
D - dyfuzyjność,
Do - stała
Q - energia aktywacji
R - stała gazowa
T – temperatura (K)
Dyfuzja wymaga istnienia wakansów
Atom obcy
Atom
rodzimy
Wakans
Atom obcy
Wpływ wakansów na właściwości
Dzięki obecności wakansów zachodzą
następujące procesy:
•
•
przemiany dyfuzyjne (np. wydzielanie,
koagulacja, ujednorodnienie składu,
segregacja)
odkształcenie (pełzanie dyfuzyjne i
dyslokacyjne)
Schemat zniekształceń sieci
spowodowanych przez atomy domieszek w
roztworze różnowęzłowym
a) atomy większe od atomów osnowy,
b) atomy mniejsze od atomów osnowy
Atomy domieszek, rozpuszczone domieszki mogą silnie
wpływać na właściwości materiałów. osnowie
powodują zniekształcenie sieci. Na rysunku
przedstawiono to przesadnie, by pokazać, że domieszki
mogą silnie wpływać na właściwości materiałów
Wpływ atomów obcych na strukturę i
właściwości
•
•
•
•
Umocnienie roztworowe
Segregacja
Starzenie odkształceniowe
Powstawanie nowych faz
Dyslokacje
Dyslokacje są defektami struktury
krystalicznej, dzięki którym łatwo
zachodzi odkształcenie plastyczne .
Model dyslokacji krawędziowej
Model, który uwidacznia pole
przemieszczeń związane z obecnością
dyslokacji w strukturze
Schemat tworzenia dyslokacji
krawędziowej przez wprowadzenie
ekstrapłaszczyzny
m-n
a
c
m-n
Schemat powstawania dyslokacji śrubowej
(linia c-d) przez częściowe ścięcie kryształu w
płaszczyźnie abcd o b, równolegle do osi y
Linia dyslokacji śrubowej
z
c
b
b
d
a
y
x
Obszar ścięty
Sposoby określania wektorów Burgersa:
a)
b)
B
b
A
Śrubowe zniekształcenie płaszczyzn
atomowych prostopadłych do linii
dyslokacji śrubowej
b
Linia dyslokacji
śrubowej
Dyslokacja mieszana
O charakterze dyslokacji decyduje to, jak względem linii
dyslokacji jest zorientowany jej ... zobacz całą notatkę