Рис.12. Пластическая деформация металла: а) - образец до деформации, б) - образец после деформации
Линейные дефекты кристаллической решетки. - раздел Химия, Физико-химические основы электрорадио-материаловедения
|
Рис.12. Пластическая деформация металла: а) - образец до деформации, б) - образец после деформации
|
Многочисленные исследования изменения структуры поверхности твердых тел при пластической деформации свидетельствуют о том, что пластическая деформация происходит путем послойного смещения одной части кристалла относительно другой. Аналогичным образом деформируется колода карт при сдвиге (рис.12). Несколько позже было установлено, что сдвиг осуществляется по плотноупакованным плоскостям и в плотноупакованных направлениях.
Эти данные позволили Я.И. Френкелю оценить теоретическую прочность кристаллов исходя из предположения, что под действием механических напряжений атомы в узлах кристаллической решетки одновременно смещаются вдоль плотноупакованных плоскостей в плотноупакованных направлениях. Проведенные расчеты показали, что теоретическая прочность существенно превышает реальную прочность. Это обстоятельство позволило Френкелю предположить, что в металлах имеются легко подвижные дефекты - дислокации. На основании предположения Френкеля Тейлором, Орованом и Поляни была предложена геометрическая модель такого дефекта и начата разработка теории дислокаций. Модель дислокации, предложенная Тейлором, Орованом и Поляни, позднее названная краевой дислокацией, показана на рисунке 13.
Рис. 13. Модель краевой дислокации.
|
Согласно этой модели, в кристалле имеется оборванная плоскость - экстраплоскость. Вблизи обрыва экстраплоскости остальные плоскости кристаллической решетки изгибаются. Таким образом, вблизи края экстраплоскости кристаллическая решетка искажена. Величина искажений кристаллической решетки быстро снижаются при удалении от края экстраплоскости, но сохраняется при движении вдоль линии обрыва. Поэтому такую дислокацию называют краевой. Таким образом, дислокации представляют собой линейные дефекты кристаллической решетки.
Для оценки величины искажений кристаллической решетки вблизи дислокации Бюргерс предложил построить замкнутый контур вокруг участка кристалла, содержащего дислокацию, а затем построить такой же контур на участке кристалла с правильной решеткой.
Рис. 14. Построение контура Бюргерса. а) участок кристалла содержащего дислокацию; б) участок совершенного кристалла.
|
Как видно из приведенного рисунка (рис. 14), для построения замкнутого контура вокруг участка, содержащего дислокацию, потребовалось 23 шага. При построении аналогичного контура в области совершенного кристалла аналогичный контур не замыкается и для замыкания контура требуется еще один вектор (b), в настоящее время называемый вектором Бюргерса. Построение контура Бюргерса в участке кристалла содержащего дислокацию можно начинать из произвольной точки и в любом направлении. Однако в любом случае вектор Бюргерса оказывается перпендикулярным линии краевой дислокации.
Рис. 15. Построение контура Бюргерса в участке кристалла содержащего винтовую дислокацию а) и в совершенном кристалле б).
|
В связи с этим у Бюргерса возник вопрос: нельзя ли представить дислокацию, вектор смещения которой параллелен линии дислокации? В 1939 году он предложил геометрический образ такой дислокации и назвал ее винтовой дислокацией. Как видно из рис. 15а), при круговом движении по плоскости перпендикулярной винтовой дислокации происходит нисходящее или восходящее смещение на следующую плоскость аналогичное движение по винтовой лестнице. Поэтому такой дефект называют винтовой дислокацией
У вектора Бюргерса есть ряд особенностей:
1) вектор Бюргерса нонвариантен, то есть неизменен. Следовательно, дислокация не может оборваться в кристалле;
2) энергия упругих искажений решетки пропорциональна квадрату модуля вектора Бюргерса;
3) при движении решеточной дислокации с вектором Бюргерса, равным периоду трансляции решетки, кристаллическая решетка не изменяется.
При приложении внешних напряжений дислокации смещаются и выходят на поверхность кристалла, и таким образом осуществляется пластическая деформация. Очевидно, что перемещение дислокаций вдоль плотноупакованных направлений и в плотноупакованных плоскостях осуществляется легче, чем в неплотноупакованных направлениях, вдоль которых расстояния между атомами больше. Следовательно, материалы с плотноупакованными кристаллическими решетками - металлы - обладают высокой пластичностью.
Присутствие в кристаллической решетке дислокаций оказывает существенное влияние на механические и электрические свойства материалов. При полном отсутствии дислокаций прочность кристаллов была бы равна теоретической. Подтверждением этого положения является создание кристаллов малого диаметра, так называемых "усов". Усы практически свободны от дислокаций, и их прочность приближается к теоретической. В обычных материалах дислокации всегда присутствуют, поэтому их прочность существенно ниже теоретической. Важно отметить, что при повышении плотности дислокаций в обычных материалах их прочность возрастает. Это связано с тем, что в ядре дислокации кристаллическая решетка искажена, а следовательно, дислокации окружены полями упругих напряжений. При увеличении плотности дислокаций поля упругих напряжений перекрываются, дислокации взаимодействуют друг с другом, и перемещение дислокаций затрудняется. Хотя прочность материалов с повышенной плотностью дислокаций всего лишь в два - три раза выше прочности материалов с обычной плотностью дислокаций, повышение прочности за счет повышения плотности дислокаций имеет большой практический интерес. Дело в том, что повышение плотности дислокаций легко провести путем холодной пластической деформации. Испокон веков прежде чем точить косу, крестьяне отбивали ее, то есть ударяли по режущей часть лезвия косы молотком. При этом режущая часть упрочнялась и меньше тупилась при работе.
Повышение прочности металлов в ходе холодной пластической деформации называют наклепом, или нагартовкой. Зависимость прочности металлических материалов от плотности дислокаций показана на рис. 16.
Наличие в материале дислокаций резко повышает скорость диффузии. Это связано с тем, что дислокации могут являться источниками и стоками вакансий. При испускании вакансий дислокации переползают на плоскость лежащую выше, а при поглощении вакансий дислокации переползают на плоскость, лежащую ниже исходной плоскости. Таким образом, наличие дислокаций повышает локальную концентрацию вакансий, а следовательно, ускоряет диффузию. Опытные мастера, прежде чем затачивать жало паяльника, отбивают его. Тогда при облуживании жала припоем, олово, входящее в состав припоя, диффундирует в медное жало, и на поверхности жала образуется тонкий слой сплава меди с оловом – бронзы. Коррозионная стойкость материала повышается, и жало паяльника служит дольше.
Рис.16. Зависимость прочности металлов от плотности дислокаций
|
Важно отметить, что решеточные дислокации взаимодействуют с атомами растворенных примесей или легирующих элементов. Как отмечалось выше, вблизи чужеродного атома кристаллическая решетка искажена - растянута или сжата. В ядре дислокации кристаллическая решетка также искажена: под экстраплоскостью кристаллическая решетка растянута, а над экстраплоскостью сжата. Поэтому чужеродные атомы притягиваются к дислокациям, образуя атмосферы Котрелла. При движении дислокаций вместе с ними перемещаются и атмосферы Котрелла, что приводит к затруднению движения дислокаций или к повышению прочности металлических материалов. Поэтому сплавы прочнее чистых металлов.
Искажение кристаллической решетки за счет присутствия дислокаций повышает удельное электрическое сопротивление металлических материалов и снижает удельное электрическое сопротивление неметаллических материалов. Природа влияния дислокаций на электрические свойства материалов аналогична природе влияния точечных дефектов.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Российской Федерации... УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Линейные дефекты кристаллической решетки.
Межатомное взаимодействие. Любой материал представляет собой продукт взаимодействия огромного количества атомов, и свойства материа
Типы химических связей. Для облегчения понимания межатомного взаимодействия мы будем рассматривать типы химической связи в неско
Кристаллическая структура твердых тел. При невысокой энергии системы ионы находятся в потенциальных ямах (см. рис.1б), и расположение ионов станови
Дефекты кристаллических решеток. Из термодинамики известно, что всякая система стремится к минимуму свободной энергии (F), где F является разн
Точечные дефекты решетки К ним относятся атомы инородных элементов (легирующих элементом или примесей), межузельные атомы (атомы осн
Поверхностные дефекты кристаллической решетки. К поверхностным дефектам решетки относятся дефекты упаковки и границы зерен. Для понимания природ
Энергетические дефекты кристаллической решетки. Как отмечалось выше, один или несколько атомов в кристаллической решетке могут обладать повышенной энерги
Основы теории сплавов Сплавы - это вещества, состоящие из нескольких элементов, взятых в произвольных соотношениях. Сплавы получа
Диаграммы состояния сплавов и закономерности Курнакова. Если отрезок оси абсцисс разделить на сто частей, то точки этого отрезка будут соответствовать процентному
Элементы зонной теории твердых тел Зонная теория твердого тела – это теория валентных электронов движущихся в периодическом поле кристаллич
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Диэлектрическими принято называть материалы, имеющие низкую плотность подвижных носителей заряд
Влияние температуры на электропроводность диэлектриков При повышении температуры энергия системы повышается на величину kT и вероятность выхода иона из потенциал
Влияние напряженности поля на электропроводность диэлектриков При сравнительно небольших значениях напряженности поля электропроводность диэлектриков следует закону
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ Поляризацией называется такое состояние диэлектрика, когда суммарный электрический момент отлич
Упругая поляризация Упругая поляризация не связана с тепловым движением молекул. К ней относятся следующие виды поляризации:
Виды поляризации релаксационного типа. В ряде диэлектриков электроны ионы и дипольные молекулы могут скачком переходить из одного положения в дру
Особенности поляризации в активных диэлектриках Под активными диэлектриками принято понимать диэлектрики, поляризация которых происходит не только под де
Диэлектрические потери Под действием электрического поля в диэлектрике развиваются два основных процесса: поляризация и сквозная
Влияние температуры на тангенс угла потерь неполярных диэлектриков С увеличением температуры концентрация носителей заряда в диэлектрике повышается. Поэтому вероятность ст
Влияние частоты электрического поля на тангенс угла потерь неполярных диэлектриков. Рис. 35. Зависимость тангенса угла потерь
Диэлектриках В полярных диэлектриках, помимо потерь на сквозную электропроводность, появляются потери на поляризацию, т
Влияние частоты электрического поля на тангенс угла диэлектрических потерь для полярных диэлектриков Как отмечалось выше, при нахождении диэлектрика в электрическом поле в нем развиваются два процесса: элект
Пробой диэлектриков Под пробоем диэлектриков понимают потерю ими диэлектрических свойств. Принято различать напряжение пробо
Электрический пробой газов Увеличение плотности ионов в диэлектриках (пробой) может быть вызвано развитием ударной ионизации
Влияние частоты электрического поля на электропрочность газов Взаимодействие ионов, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа приводит к образованию дополнител
Электрический пробой твердых диэлектриков При рассмотрении электрического пробоя в твердых диэлектриках следует иметь в виду, что электрическая про
Электрохимический пробой диэлектриков. Данный вид пробоя обусловлен тем, что при длительном нахождении в электрическом поле происходит изменение
Общие положения По характеру взаимодействия с магнитным полем все материалы принято делить на слабо взаимодействующие и с
Природа ферромагнетизма. Согласно гипотезе Ампера внутри атомов и молекул текут молекулярные токи, а следовательно, имеются магнитн
Доменная структура ферромагнетиков. Магнитные моменты соседних атомов ферромагнетиков ориентированны параллельно, однако в кристалле достато
Кривая намагничивания При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле векторы намагниченности каких-либо доменов окажут
Материалы для работы в постоянных и низкочастотных полях Железо Для работы в качестве магнитопроводов в постоянных и низкочастотных полях н
Магнитомягкие материалы для работы в слабых полях Для материалов, работающих в слабых полях, чрезвычайное значение имеет высокое значение начальной магнитн
Магнитотвердые материалы Магнитотвердые материала идут на изготовление постоянных магнитов, запасенная магнитная энергия
Промышленные магнитотвердые материалы. Самыми «старыми» магнитотвердыми материалами являются углеродистые стали, закаливаемые на мартенсит. Для
Дисперсионно твердеющие сплавы К таким сплавам относятся сплавы системы Fe-Ni-Al. При высоких температурах алюминий и никель раствор
Деформируемые магнитотвердые материалы. Как правило, магнитотвердые материалы непластичны, поскольку дисперсные частицы выделений, препя
Магнитотвердые ферриты Из магнитотвердых ферритов наиболее известен бариевый феррит BaOґ6Fe2O3 (ФБ, ферроксдюр). В отличие
Проводниковые материалы Все проводниковые материалы можно условно разделить на три группы: 1) материалы высокой электропроводности
Материалы высокой электропроводности. К материалам высокой электропроводности предъявляются следующие требования: · Высокая элект
Серебро Наибольшую электропроводность из всех металлов имеет серебро. При комнатной температуре его удельное элек
Алюминий Удельное сопротивление алюминия в 1,6 раз выше удельного сопротивления меди, но алюминий в 3,5 раза легче меди
Материалы высокого удельного сопротивления. Материалы высокого электрического сопротивления используются для поглощения электрической энергии и пре
Сплавы на основе меди. Константан. Твердый раствор 40% никеля в меди, точнее 40%Ni, 1,5%Mn, остальное медь. Этот сплав маркируетс
Никель-хромовые сплавы. Нихромы. Классическим никель-хромовым сплавом является сплав Х20Н80 (20%Cr, 80%Ni). При комнатной темпера
Железохромалюминиевые сплавы Типичным представителем этой группы сплавов является сплав 0Х27Ю5 (23%Cr, 5%Al, остальное железо). Сплав отличаетс
Материалы электрических контактов В электрических машинах и аппаратах могут встречаться только две неисправности: пробой изоляции (наличие н
Зажимные контакты В зажимных контактах («клеммы», болтовые соединения и т.д.) действительная поверхность контакта заметно мен
Цельнометаллические контакты Цельнометаллическими являются сварные или паянные соединения. Основными материалами, образующими цельном
Материалы разрывных контактов. Разрывные контакты периодически замыкаются и размыкаются. При этом между контактными площадками образует
Материалы скользящих контактов. В основном, к материалам скользящих контактом предъявляются те же требования, что и к материалам разрывных
Полупроводниковые материалы Полупроводниками принято называть вещества, электропроводность которых обусловлена перемещение
Элементарные полупроводники. Среди элементарных полупроводников наибольшее техническое применение нашли кремний и германий. Рассмотри
Полупроводниковые химические соединения. Полупроводниковыми свойствами обладают многие химические соединения. В химии полупроводниковых
allrefers.ru
Линейные дефекты кристаллической решетки. - раздел Химия, Некоторые вопросы строения веществ
Многочисленные исследования изменения структуры поверхности твердых тел при пластической деформации свидетельствуют о том, что пластическая деформация происходит путем послойного смещения одной части кристалла относительно другой. Аналогичным образом деформируется колода карт при сдвиге (рис.12). Несколько позже было установлено, что сдвиг осуществляется по плотноупакованным плоскостям и в плотноупакованных направлениях.
Эти данные позволили Я.И. Френкелю оценить теоретическую прочность кристаллов исходя из предположения, что под действием механических напряжений атомы в узлах кристаллической решетки одновременно смещаются вдоль плотноупакованных плоскостей в плотноупакованных направлениях. Проведенные расчеты показали, что теоретическая прочность существенно превышает реальную прочность. Это обстоятельство позволило Френкелю предположить, что в металлах имеются легко подвижные дефекты - дислокации. На основании предположения Френкеля Тейлором, Орованом и Поляни была предложена геометрическая модель такого дефекта и начата разработка теории дислокаций. Модель дислокации, предложенная Тейлором, Орованом и Поляни, позднее названная краевой дислокацией, показана на рисунке 13.
Согласно этой модели, в кристалле имеется оборванная плоскость - экстраплоскость. Вблизи обрыва экстраплоскости остальные плоскости кристаллической решетки изгибаются. Таким образом, вблизи края экстраплоскости кристаллическая решетка искажена. Величина искажений кристаллической решетки быстро снижаются при удалении от края экстраплоскости, но сохраняется при движении вдоль линии обрыва. Поэтому такую дислокацию называют краевой. Таким образом, дислокации представляют собой линейные дефекты кристаллической решетки.
Для оценки величины искажений кристаллической решетки вблизи дислокации Бюргерс предложил построить замкнутый контур вокруг участка кристалла, содержащего дислокацию, а затем построить т кой же контур на участке кристалла с правильной решеткой.
Как видно из приведенного рисунка (рис. 14), для построения замкнутого контура вокруг участка, содержащего дислокацию, потребовалось 23 шага. При построении аналогичного контура в области совершенного кристалла аналогичный контур не замыкается и для замыкания контура требуется еще один вектор (b), в настоящее время называемый вектором Бюргерса. Построение контура Бюргерса в участке кристалла содержащего дислокацию можно начинать из произвольной точки и в любом направлении. Однако в любом случае вектор Бюргерса оказывается перпендикулярным линии краевой дислокации.
В связи с этим у Бюргерса возник вопрос: нельзя ли представить дислокацию, вектор смещения которой параллелен линии дислокации? В 1939 году он предложил геометрический образ такой дислокации и назвал ее винтовой дислокацией. Как видно из рис. 15а), при круговом движении по плоскости перпендикулярной винтовой дислокации происходит нисходящее или восходящее смещение на следующую плоскость аналогичное движение по винтовой лестнице. Поэтому такой дефект называют винтовой дислокацией
У вектора Бюргерса есть ряд особенностей:
1) вектор Бюргерса нонвариантен, то есть неизменен. Следовательно, дислокация не может оборваться в кристалле;
2) энергия упругих искажений решетки пропорциональна квадрату модуля вектора Бюргерса;
3) при движении решеточной дислокации с вектором Бюргерса, равным периоду трансляции решетки, кристаллическая решетка не изменяется.
При приложении внешних напряжений дислокации смещаются и выходят на поверхность кристалла, и таким образом осуществляется пластическая деформация. Очевидно, что перемещение дислокаций вдоль плотноупакованных направлений и в плотноупакованных плоскостях осуществляется легче, чем в неплотноупакованных направлениях, вдоль которых расстояния между атомами больше. Следовательно, материалы с плотноупакованными кристаллическими решетками - металлы - обладают высокой пластичностью.
Присутствие в кристаллической решетке дислокаций оказывает существенное влияние на механические и электрические свойства материалов. При полном отсутствии дислокаций прочность кристаллов была бы равна теоретической. Подтверждением этого положения является создание кристаллов малого диаметра, так называемых "усов". Усы практически свободны от дислокаций, и их прочность приближается к теоретической. В обычных материалах дислокации всегда присутствуют, поэтому их прочность существенно ниже теоретической. Важно отметить, что при повышении плотности дислокаций в обычных материалах их прочность возрастает. Это связано с тем, что в ядре дислокации кристаллическая решетка искажена, а следовательно, дислокации окружены полями упругих напряжений. При увеличении плотности дислокаций поля упругих напряжений перекрываются, дислокации взаимодействуют друг с другом, и перемещение дислокаций затрудняется. Хотя прочность материалов с повышенной плотностью дислокаций всего лишь в два - три раза выше прочности материалов с обычной плотностью дислокаций, повышение прочности за счет повышения плотности дислокаций имеет большой практический интерес. Дело в том, что повышение плотности дислокаций легко провести путем холодной пластической деформации. Испокон веков прежде чем точить косу, крестьяне отбивали ее, то есть ударяли по режущей часть лезвия косы молотком. При этом режущая часть упрочнялась и меньше тупилась при работе.
Повышение прочности металлов в ходе холодной пластической деформации называют наклепом, или нагартовкой. Зависимость прочности металлических материалов от плотности дислокаций показана на рис. 16.
Наличие в материале дислокаций резко повышает скорость диффузии. Это связано с тем, что дислокации могут являться источниками и стоками вакансий. При испускании вакансий дислокации переползают на плоскость лежащую выше, а при поглощении вакансий дислокации переползают на плоскость, лежащую ниже исходной плоскости. Таким образом, наличие дислокаций повышает локальную концентрацию вакансий, а следовательно, ускоряет диффузию. Опытные мастера, прежде чем затачивать жало паяльника, отбивают его. Тогда при облуживании жала припоем, олово, входящее в состав припоя, диффундирует в медное жало, и на поверхности жала образуется тонкий слой сплава меди с оловом – бронзы. Коррозионная стойкость материала повышается, и жало паяльника служит дольше.
Важно отметить, что решеточные дислокации взаимодействуют с атомами растворенных примесей или легирующих элементов. Как отмечалось выше, вблизи чужеродного атома кристаллическая решетка искажена - растянута или сжата. В ядре дислокации кристаллическая решетка также искажена: под экстраплоскостью кристаллическая решетка растянута, а над экстраплоскостью сжата. Поэтому чужеродные атомы притягиваются к дислокациям, образуя атмосферы Котрелла. При движении дислокаций вместе с ними перемещаются и атмосферы Котрелла, что приводит к затруднению движения дислокаций или к повышению прочности металлических материалов. Поэтому сплавы прочнее чистых металлов.
Искажение кристаллической решетки за счет присутствия дислокаций повышает удельное электрическое сопротивление металлических материалов и снижает удельное электрическое сопротивление неметаллических материалов. Природа влияния дислокаций на электрические свойства материалов аналогична природе влияния точечных дефектов.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ... Электропроводность диэлектриков определяется в основном перемещением ионов На... Влияние температуры на электропроводность...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Линейные дефекты кристаллической решетки.
Межатомное взаимодействие. Рис.1. Зависимость сил взаимодействия между атома
Типы химических связей. Для облегчения понимания межатомного взаимодействия мы будем рассматривать типы химической связи в неско
Кристаллическая структура твердых тел. При невысокой энергии системы ионы находятся в потенциальных ям
Точечные дефекты решетки К ним относятся атомы инородных элементов (легирующих элементом
Поверхностные дефекты кристаллической решетки. К поверхностным дефектам решетки относятся дефекты упаковки и границы зерен. Для понимания природы появле
Энергетические дефекты кристаллической решетки. Как отмечалось выше, один или несколько атомов в кристаллической решетке могут обладать повышенной энерги
Основы теории сплавов Сплавы - это вещества, состоящие из нескольких элементов, взятых в произвольных соотношениях. Сплавы получа
Элементы зонной теории твердых тел Зонная теория твердого тела – это теория валентных электронов движущихся в периодическом поле кристаллич
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Диэлектрическими принято называть материалы, имеющие низкую плотность подвижных носителей заряда (ионов и
Влияние температуры на электропроводность диэлектриков При повышении температуры энергия системы повышается на величин
Влияние напряженности поля на электропроводность диэлектриков При сравнительно небольших значениях напряженности поля электропроводность диэлектриков следует закону
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ Поляризацией называется такое состояние диэлектрика, когда суммарный электрический момент отлич
Упругая поляризация Упругая поляризация не связана с тепловым движением молекул. К ней относятся следующие виды поляризации:
Виды поляризации релаксационного типа. В ряде диэлектриков электроны ионы и дипольные молекулы могут скачком переходить из одного положения в дру
Особенности поляризации в активных диэлектриках Под активными диэлектриками принято понимать диэлектрики, поляризация которых происходит не только под де
Диэлектрические потери Под действием электрического поля в диэлектрике развиваются два основных процесса: поляризация и сквозная
Влияние температуры на тангенс угла потерь неполярных диэлектриков С увеличением температуры концентрация носителей заряда в диэлектрике повышается. Поэтому вероятность ст
Влияние частоты электрического поля на тангенс угла потерь неполярных диэлектриков. С увеличением частоты э
Влияние температуры на тангенс угла потерь в полярных диэлектриках В полярных диэлектриках, помимо потерь на сквозную электропровод
Влияние частоты электрического поля на тангенс угла диэлектрических потерь для полярных диэлектриков Как отмечалось выше, при нахождении диэлектрика в электрическом поле в нем развиваются два процесса: элект
Пробой диэлектриков Под пробоем диэлектриков понимают потерю ими диэлектрических свойств. Принято различать напряжение пробо
Электрический пробой газов Увеличение плотности ионов в диэлектриках (пробой) может быть вызвано развитием ударной ионизации или ионн
Влияние частоты электрического поля на электропрочность газов Взаимодействие ионов, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа приводит к образованию дополнител
Электрический пробой твердых диэлектриков При рассмотрении электрического пробоя в твердых диэлектриках следует иметь в виду, что электрическая про
Электротепловой пробой диэлектриков. При нахождении диэлектрика в электрическом поле, часть энергии э
Электрохимический пробой диэлектриков. Данный вид пробоя обусловлен тем, что при длительном нахождении в электрическом поле происходит изменение
Общие положения По характеру взаимодействия с магнитным полем все материалы принято делить на слабо взаимодействующие и с
Природа ферромагнетизма. Согласно гипотезе Ампера внутри атомов и молекул текут молекулярные токи, а следовательно, имеются магнитн
Доменная структура ферромагнетиков. Магнитные моменты соседних атомов ферромагнетиков ориентирован
Кривая намагничивания При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле векторы
Электротехническая сталь Низкое электрическое сопротивление железа приводит к тому, что в переменных полях в железе возникают больш
Магнитомягкие материалы для работы в слабых полях Для материалов, работающих в слабых полях, чрезвычайное значение имеет высокое значение начальной магнитн
Магнитомягкие материалы, предназначенные для работы в высокочастотных полях. В высокочастотных полях резко возрастают потери на вихревые токи. Поэтому в высокочастотных полях использ
Магнитотвердые материалы Магнитотвердые материала идут на изготовление постоянных магнитов, запасенная магнитная энергия
Промышленные магнитотвердые материалы. Самыми «старыми» магнитотвердыми материалами являются углеродистые стали, закаливаемые на мартенсит. Для
Дисперсионно твердеющие сплавы К таким сплавам относятся сплавы системы Fe-Ni-Al. При высоких температурах алюминий и никель раствор
Деформируемые магнитотвердые материалы. Как правило, магнитотвердые материалы непластичны, поскольку дисперсные частицы выделений, препя
Магнитотвердые ферриты Из магнитотвердых ферритов наиболее известен бариевый феррит BaOґ6Fe2O3 (ФБ, ферроксдюр). В отличие
Проводниковые материалы Все проводниковые материалы можно условно разделить на три группы: 1) материалы высокой электропроводности
Материалы высокой электропроводности. К материалам высокой электропроводности предъявляются следующие требования: · Высокая элект
Серебро Наибольшую электропроводность из всех металлов имеет серебро. При комнатной температуре его удельное элек
Алюминий Удельное сопротивление алюминия в 1,6 раз выше удельного сопротивления меди, но алюминий в 3,5 раза легче меди
Материалы высокого удельного сопротивления. Материалы высокого электрического сопротивления используются для поглощения электрической энергии и пре
Сплавы на основе меди. Константан. Твердый раствор 40% никеля в меди, точнее 40%Ni, 1,5%Mn, остальное медь. Этот сплав маркируетс
Никель-хромовые сплавы. Нихромы. Классическим никель-хромовым сплавом является сплав Х20Н80 (20%Cr, 80%Ni). При комнатной темпера
Железохромалюминиевые сплавы Типичным представителем этой группы сплавов является сплав 0Х27Ю5 (23%Cr, 5%Al, остальное железо). Сплав отличаетс
Материалы электрических контактов В электрических машинах и аппаратах могут встречаться только две неисправности: пробой изоляции (наличие н
Зажимные контакты В зажимных контактах («клеммы», болтовые соединения и т.д.) действительная поверхность контакта заметно мен
Материалы разрывных контактов. Разрывные контакты периодически замыкаются и размыкаются. При этом между контактными площадками образует
Материалы скользящих контактов. В основном, к материалам скользящих контактом предъявляются те ж
Полупроводниковые материалы Полупроводниками принято называть вещества, электропроводность которых обусловлена перемещением электро
Элементарные полупроводники. Среди элементарных полупроводников наибольшее техническое применение нашли кремний и германий. Рассмотри
Полупроводниковые химические соединения. Полупроводниковыми свойствами обладают многие химические соединения. В химии полупроводниковых соединен
Активные диэлектрики Активными диэлектриками, или управляемыми диэлектриками, принято называть такие диэлектрики, свойства кот
Сегнетоэлектрики Сегнетоэлектриками называют материалы, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быт
Пьезоэлектрики. В 1880 году братьями П. и Ж. Кюри был открыт прямой пьезоэффект – возникновение электростатических зарядов на
Электреты. Электретами называют диэлектрики, длительное время сохраняющие электризованное состояния после окончани
Жидкие кристаллы Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, вернее, первым, кто понял, что это самостоятельное агрегатное состо
Оптические свойства нематиков. Как отмечалось ранее, весь объем жидких кристаллов разбивается на домены, вследствие чего возникает оптиче
Оптические свойства холестериков При нахождении холестерика в электрическом или магнитном поле происходит искажение шага спирали молекулы.
Оптические свойства смектиков. Смектики - это наиболее обширный класс жидких кристаллов. Причем
Суперионные проводники. Суперионными проводниками называют диэлектрики с ионной связью, проводимость которых резко возрастает пр
Материалы твердотельных лазеров. Диапазон работы современных твердотельных лазеров охватывает ультрафиолетовую, видимую и ближайшую инфра
Гранаты Применение гранатов в современной квантовой электронике объясняется удачным сочетанием оптических, тепло
Кристаллы вольфраматов и молибдатов Вольфраматы и молибдаты двухвалентных и одновалентных металлов относятся к структурному типу шеелитов. Их
allrefers.ru
Дефекты кристаллической решетки - раздел Менеджмент, Институт системного анализа, автоматики и управления
(реальное строение кристаллов)
В реальных кристаллах всегда имеются отклонения от идеального порядка в расположении атомов, называемые несовершенствами или дефектами решетки. По геометрии вызываемых ими нарушений решетки дефекты подразделяют на точечные, линейные и поверхностные.
Точечные дефекты
На рис. 1.2.5 показаны различные виды точечных дефектов. Этовакансии – пустые узлы решетки, «свои» атомы в междоузлии и атомы примесей в узлах решетки и междоузлиях. Основная причина образования первых двух видов дефектов – движение атомов, интенсивность которого возрастает с повышением температуры.
Рис. 1.2.5. Типы точечных дефектов кристаллической решетки:
1 – вакансия,
2 – атом в междоузлии,
3 и 4 – атомы примесей в узле и междоузлии соответственно
Вокруг любого точечного дефекта возникает местное искажение решетки радиусом R в 1…2 периода решетки (см. рис. 1.2.6), поэтому, если таких дефектов много, они влияют на характер распределения межатомных сил связи и, соответственно, на свойства кристаллов.
Рис. 1.2.6. Локальное искажение кристаллической решетки вокруг
вакансии (а) и примесного атома в узле решетки (б)
Линейные дефекты
Линейные дефекты называются дислокациями. Их появление вызвано наличием в отдельных частях кристалла «лишних» атомных полуплоскостей (экстраплоскости). Они возникают в процессе кристаллизации металлов (из-за нарушения порядка заполнения атомных слоев) или в результате их пластического деформирования, как показано на рис. 1.2.7.
Рис. 1.2.7. Образование краевой дислокации (^) в результате частичного сдвига верхней части кристалла под действием усилия 
: АВСD - плоскость скольжения; EFGН – экстраплоскость;
EН – линия краевой дислокации
Видно, что под влиянием сдвигающего усилия произошел частичный сдвиг верхней части кристалла вдоль некоторой плоскости скольжения («легкого сдвига») АВСD. В результате образовалась экстраплоскость EFGH. Поскольку она не имеет продолжения вниз, вокруг ее края EH возникает упругое искажение решетки радиусом в несколько межатомных расстояний (т.е.» 10-7см – см. тема 1.2.1), протяженность же этого искажения во много раз больше (может доходить до » 0,1…1 см).
Такое несовершенство кристалла вокруг края экстраплоскости является линейным дефектом решетки и называется краевой дислокацией.
Важнейшие механические свойства металлов – прочность и пластичность (см. тема 1.1) – определяются наличием дислокаций и их поведением при нагружении тела.
Институт системного анализа, автоматики и управления 220301.65 - автоматизация технологических процессов и производств Направления подготовки бакалавра и маг
Информация о дисциплине 1.1. ПРЕДИСЛОВИЕ Материаловедение – наука, изучающая связь между химическим составом, структурой и сво
Объем дисциплины и виды учебной работы Код и название дисциплины Шифр дисциплины Специальности Форма обучения
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (Объем дисциплины 120 часов) ВВЕДЕНИЕ (2 часа) [1], с. 3...6, или [2], с. 4...5; [3], с. 13...20; [4], с. 9...32 Содержани
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ(4 часа) [1], с. 68...73, или [2], с. 122...140; [3], с. 60...68; [4], с
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ, ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ (8 часов) [1], с. 37...65, или [2], с. 87...99, 47...54; [3], с. 168...190; [4], с. 88...140 Понятия о системе, компоненте, фазе. Меха
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И КОНСТРУКЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ(4 часа) [1], с. 75...80, 87...117, или [2], с. 47...60, 222...236; [3], с. 69...143; [4], с. 70..
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ И ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ(6 часов) [1], с. 349...366 или [2], с. 608...629; [3], с. 320...336; [4], с. 355...382 Классификация инст
СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ(8 часов) [1], с. 290...312, 367...376 или [2], с. 326...348, 470...607; [3], с. 336...447;
Студентов очной формы обучения № п/п Наименование темы рабочей программы № ЛР 151001.65 Кол-во часов
Студентов очно-заочной формы обучения № п/п Наименование темы рабочей программы № ЛР 151001.65 Кол-во часов
Тематический план дисциплины для студентов заочной формы обучения № п/п Наименование темы рабо
Рейтинговая система оценки знаний Курс дисциплины «Материаловедение» содержит 21 тему в 5 разделах, при изучении которых следует выполнить 4…8
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1. Лахтин, Ю.М. Материаловедение /Ю.М. Лахтин, В.П Леонтьева. - М.: Машиностроение, 1990
И принципы их определения Во Введении подчеркивалось, что свойства (в нашем случае - механические) – наиболее интересующая потребите
Вопросы для самопроверки к теме 1.1 1. Что такое химический состав материала? 2. Что входит в понятие структуры (микроструктуры) материалов?
Промежуточные тесты к теме 1.1 I. Какое из перечисленных свойств (параметров) в наибольшей степени характеризует сопротивление материала
Остановимся на двух особенностях механизма перемещения дислокаций. 1. Дислокации могут весьма легко (при малой нагрузке
Пути повышения прочности металлов В этой теме рассмотрим, в основном, влияние дефектов решетки на прочность кристаллических материалов.
Вопросы для самопроверки к теме 1.2 1. В чем особенность кристаллического строения? 2. Какими характеристиками описывают кристаллические р
Промежуточные тесты к теме 1.2 I. Каков наиболее вероятный порядок величины периода (параметра) кристаллической решетки? 1. 10-1 см
Тема 1.3. Строение металлических сплавов В конце предыдущей темы отмечалось, что создание сплавов – наиболее общий путь повышения прочности мет
Вопросы для самопроверки к теме 1.3 1. Дайте определение понятий «сплав», «компонент», «фаза». Может ли двухкомпонентный сплав быть однофазным?
Промежуточные тесты к теме 1.3 I. Какая из перечисленных характеристик не входит в определение понятия «фаза»? 1. Тип решетки.
И свойства железоуглеродистых сплавов Можно считать (конечно, с некоторым преувеличением), что рассмотренные в предыдущих темах «Опорного конспе
Тема 2.1. Стали и чугуны (влияние химического состава на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов) 2.1.1. Диаграмма состояния «железо–цементит». Формирование равновесной структуры углеродистых сталей
В процессе кристаллизации Из диаграммы Fe–Ц (см. рис. 2.1.1) следует, что все стали в результате затвердевания (т.е. непосредственно ниже л
Железоуглеродистых сплавов от содержания углерода Из диаграммы Fe–Ц (рис. 2.1.1) следует, что структуры практически всех (>0,01 %С) сплавов при нормальных темпера
Структура и свойства чугунов Сплавы, содержащие > 2,14 %С (правее т. Е на диаграмме «железо-цементит», см. рис. 2.1.1), называются чугунами.
Вопросы для самопроверки к теме 2.1 1. Попробуйте начертить по памяти диаграмму состояния Fe-Fe3C (без левого верхнего угла) и указать характ
Промежуточные тесты к теме 2.1 I. Каково максимальное (теоретически) содержание углерода в сталях (в %)? 1. 6,67. 2. 0,8. 3. 2,14. 4. 1,
При закалке и отпуске на свойства стали) В предыдущей теме 2.1 был сделан важный вывод о том, что механические свойства углеродистых сталей определ
Закалка ( превращения в стали при охлаждении) Закалка – это нагрев стали до аустенитного состояния, выдержка и последующее ускоренное охлажд
Отпуск (превращения в закаленной стали при нагреве) Мартенсит, получаемый в результате закалки неравновесная, неустойчивая структура, поэтому он может длител
Вопросы для самопроверки к теме 2.2 1. Из каких этапов состоит упрочняющая термическая обработка сталей? 2. Что такое закалка сталей? Какова
Промежуточные тесты к теме 2.2 I. Какая обработка стальных изделий называется «улучшением»? 1. Закалка. 2. Закалка + низкий отпуск.
И свойства сталей В предыдущих темах 2.1 и 2.2 изучались структура и свойства углеродистых сталей, в составе которых помимо желе
Сталей по равновесной структуре) В углеродистых сталях температуры полиморфных превращений (критические точки G и N в железе, см. рис. 2.1.1; в ст
Мартенситного превращения (классификация сталей по структуре нормализации) Остановимся на двух важных закономерностях
Закалки и прокаливаемость стали В начале темы 2.3 отмечалось, что существенным недостатком углеродистых сталей является их пониженная прока
Легированных сталей В разделе 2.1.3 отмечалось, что основой классификации углеродистых сталей по назначению (конструкцио
Вопросы для самопроверки к теме 2.3 1. Какие стали называются легированными? 2. Как влияют легирующие элементы на полиморфизм железа? Сравн
Промежуточные тесты к теме 2.3 I. Укажите два химических элемента, ответственных за формирование структуры сталей аустенитного класса:
ОТВЕТЫ НА ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ТЕСТЫ 3.3. учебное пособие (электронный учебник) Как отмечалось выше, темы «Опорного конспекта» обязательн
II.Теоретическое обоснование Изучение связи между строением (структурой) и свойствами материалов является основной задачей материалове
Основы макроанализа Макроанализ - это анализ макроструктуры материалов, изучаемой невооруженным глазом или с помощью
III. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с основными методами макроанализа. 2. Осмотреть образцы с дефектами, наблюдаемыми на по
II. Теоретическое обоснование В работе 1 отмечалось, что свойства сплавов определяются их структурой. Сведения о структуре (микроструктур
III. Порядок выполнения работы 1. Снять экспериментальные кривые охлаждения сплавов системы Pb-Sb различного состава. 2. По результатам
Цель работы 1. Изучение влияния холодной пластической деформации на структуру и свойства металла. 2. Изучение влиян
III. Порядок выполнения работы 1. Произвести пластическое деформирование образца отожженной низкоуглеродистой стали с различными степен
I. Цель работы Изучение микроструктуры железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии и влияния содержания углерод
Сплавов от содержания углерода Из диаграммы железо-цементит следует, что структуры практически всех сплавов (>0,01 % С) при нормальных темпе
III. Порядок выполнения работы 1. Нарисовать диаграмму железо-цементит, установить с ее помощью структуру сплавов с различным содержанием
I. Цель работы Изучение структуры и свойств различных типов серых чугунов. II. Теоретическое обоснование Чуг
III. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с классификацией, маркировкой и способами получения различных типов серых чугунов. Обратит
I. Цель работы 1. Изучение влияния содержания углерода и режима закалки (температуры нагрева и скорости охлаждения) на стр
III. Порядок выполнения работы 1. С помощью диаграммы железо-цементит (рис. 6.3) установить температуры нагрева под закалку сталей 20, 45 и У8. По
II. Теоретическое обоснование. Классификация и маркировка легированных сталей В предыдущих работах изучались структура и свойства у
Прокаливаемость стали Выше отмечалось, что механические свойства легированных сталей перлитного класса определяются в основном
II. Теоретическое обоснование Основные требования, предъявляемые к материалам для режущего инструмента - это высокая твердость и износос
III. Порядок выполнения работы 1. Выбрать режимы закалки и отпуска и произвести термическую обработку образцов углеродистой (У10) и низколе
II. Теоретическое обоснование Алюминий из-за невысокой прочности (sв£140 МПа даже в наклепанном состоянии) как конструкционный мат
III. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с принципами классификации алюминиевых сплавов. 2. Получить у преподавателя образец от
III. Порядок выполнения работы 1. Получить комплект микрошлифов латуней и бронз различных марок в литом и отожженном состояниях. Изучить м
I. Цель работы Изучение особенностей структуры и свойств металлических сплавов, применяемых для изготовления деталей по
III. Порядок выполнения работы 1. Выбрать марку стали для изготовления деталей подшипника - шариков, роликов заданного (преподавателем) диа
II. Теоретическое обоснование Любые упругие элементы (пружины, рессоры, мембраны) работают только в упругой области, т.е. действу
II. Теоретическое обоснование Пластмассы широко применяются в различных отраслях промышленности в основном в качестве конструкционных
III. Порядок выполнения работы Изделие (диск) изготавливают из пластмасс двух типов - термопластичной (полиэтилен) и термореактивной (акри
Глоссарий (толковый словарь основных материаловедческих терминов, встречающихся в «Опорном конспекте», контрол
И методические указания к ее выполнению Работа выполняется письменно и после исправлений отмеченных преподавателем ошибок подлежит устной защите
Назначение изделия Начинать нужно именно с назначения изделия (указывается в задании), поскольку оно сразу определяет тип мате
Условия работы изделия а) Величина нагрузки и характер нагружения определяют требования по механическим свойствам; о
Размер (сечение) изделия Если в задании указан диаметр изделия, то речь идет о прокаливаемости стали – способности закаливаться
Технология изготовления изделия Если в задании указана технология изготовления изделия – литье, обработка давлением, то это служит доп
Экономичность Главной целью выбора материалов является обеспечение необходимого комплекса эксплуатационных свойств (чт
Надеемся, что приведенные выше рекомендации помогут Вам в выполнении второй части контрольной работы. Вторая часть контрольной работы имеет 10 вариантов (в каждом четыре задания). Номер варианта выбира
Итоговый контроль Итак, Вы освоили материал «Опорный конспекта», выполним необходимые лабораторные и контрольную (и она зачт
Вопросы для самопроверки Тема 2.1.1 1. В чем сущность металлической межатомной связи? Как сказывается характер межатомной связи на
Тема 2.1.5 1. Что такое конструкционная прочность? Какими характеристиками она определяется? 2. Охарактеризуйте т
Тема 2.1.20 1. Какие вещества называются полимерами? В чем принципиальное отличие их строения от металлов? 2. Что та
ТЕСТ 10 1. В чем причина роста твердости сталей в равновесном (отожженном) состоянии при увеличении содержания
ТЕСТ 11 1. Материал для изготовления деталей методом холодной штамповки должен обладать высокими значениями: 1
ТЕСТ 12 1. В результате сплавления химических элементов А и В сплав не может быть: 1) многофазным; 2) многоко
Вопросы для экзамена 1. Материаловедение; задачи и цели изучения дисциплин. Основные понятия – химический состав и структура м
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ (технология конструкционных материалов) Учебно-методический комплекс Редактор
allrefers.ru
Поверхностные дефекты кристаллической решетки. - раздел Химия, Физико-химические основы электрорадио-материаловедения
К поверхностным дефектам решетки относятся дефекты упаковки и границы зерен. Для понимания природы появления дефектов упаковки обратимся к геометрии заполнения кристаллической решетки в плотноупакованных материалах.
Рис. 17. Плотноупакованная плоскость
|
Предположим, что атомы представляют собой шары; тогда плотноупакованную плоскость можно создать, расположив атомы, как показано на рисунке 17.
Обозначим первый слой атомов буквой А. Для создания следующей плотноупакованной плоскости необходимо поместить атомы во впадины между атомами первого слоя. Как видно из рисунка 17, имеются два вида впадин: впадины типа В и впадины типа С. Очевидно, что одновременно во впадины обоих типов атомы расположить невозможно. Предположим, что второй слой атомов расположен во впадинах типа В, обозначим этот слой атомов В. Третий слой атомов можно расположить либо во впадины, совпадающие с центрами атомов первого слоя, либо во впадины второго типа не совпадающие с атомами первого слоя. В первом случае получается чередование слоев:
АВАВАВАВАВАВАВАВАВ...,
Во втором случае чередование слоев типа:
АВСАВСАВСАВСАВСАВС...,
Чередование слоев типа АВАВАВтипично для гексагональной плотноупакованной решетки, чередование слоев типа АВСАВСАВС – для гранецентрированной кубической решетки. При нарушении чередования слоев внутри одной решетки появляется прослойка другой решетки:
АВСАВСАВСАВАВСАВСАВС.
При этом кристаллическая решетка искажается, и ее энергия возрастает.
Появление дефектов упаковки связано с движением частичных дислокаций. Как отмечалось выше, при появлении дислокаций кристаллическая решетка искажается, и энергия системы возрастает на величину, пропорциональную квадрату вектора Бюргерса Е ~ кbк2. Поэтому дислокации могут расщепляться на две частичные дислокации, b®b/2 +b/2. Это ведет к снижению энергии упругих искажений решетки вокруг дислокаций кb/2к2 + кb/2к2 < кbк2.
При движении обычной полной дислокации атомы последовательно становятся из одного равновесного положения в другое, а при движении частичной дислокации атомы переходят в новые положения, нетипичные для данной кристаллической решетки. В результате в материале появляется дефект упаковки.
 |
Данная ситуация иллюстрируется рисунком 18. Как видно из рисунка, при движении полной решеточной дислокации с вектором Бюргерса b атомы перемещаются из одних равновесных положений в другие (например, из положения В в положение В). При этом кристаллическая решетка вдали от дислокации остается правильной. При расщеплении полной дислокации на две частичные движение частичных дислокаций приводит к образованию дефекта упаковки. При этом энергия атомов, смещенных в положение С, повышается.
В том случае, когда энергия дефекта упаковки велика, расщепление дислокации на частичные энергетически невыгодно, а в том случае, когда энергия дефекта упаковки мала, дислокации расщепляются на частичные, и между ними появляется дефект упаковки. Можно строго доказать, что движение пары частичных дислокаций с дефектом упаковки между ними осуществляется сложнее, чем движение полной дислокации. Поэтому материалы с низкой энергией дефекта упаковки прочнее материалов с высокой энергией дефекта упаковки.
Другим видом поверхностных дефектов являются границы зерен, представляющие собой узкую переходную область между двумя кристаллами неправильной формы. Ширина границ зерен, как правило, составляет 1,5-2 межатомных расстояния. Поскольку на границах зерен атомы смещены из равновесного положения, то энергия границ зерен повышена. Энергия границ зерен существенно зависит от угла разориентации кристаллических решеток соседних зерен. При малых углах разориентации (до 5°) энергия границ зерен практически пропорциональна углу разориентировки. Такие границы называют малоугловыми. Строение малоугловых границ можно представить как скопление решеточных дислокаций.
Уменьшение расстояния между решеточными дислокациями (d) в малоугловых границах ведет к увеличению угла разориентировки (q) на границе q = 2 arctg(b/2d), или q » b/d (рис.19).
Участки кристалла, разделенные малоугловыми границами, принято называть субзернами. Если граница субзерен представляет собой сетку краевых дислокаций, то такую границу называют границей наклона, а если граница субзерен является скоплением винтовых дислокаций, то субграницу называют границей кручения. В общем случае, субграница может содержать компоненты кручения и наклона.
 |
При углах разориентировки, превышающих 5°, плотность дислокаций на границах зерен становится столь высокой, что ядра дислокаций сливаются, и дальнейшее описание границ при помощи решеточных дислокаций становится невозможным. Границы, описание которых невозможно при помощи дислокационной модели, называют большеугловыми границами. Участки материала, отделенные большеугловыми границами, называют зернами или кристаллитами. Тело, содержащее большеугловые границы, является поликристаллом. Основная масса промышленных материалов является поликристаллическими.
Для большеугловых границ увеличение углов разориентировки соседних зерен ведет к появлению немонотонной зависимости энергии границ от угла разориентировки (рис. 20).
При определенных углах разориентации соседних зерен энергия границ зерен резко снижается. Такие границы зерен называются специальными. Соответственно углы разориентации границ, при которых энергия границ минимальна, называют специальными углами.
По современным представлениям, специальные границы соответствуют высокой плотности совпадающих узлов кристаллических решеток соседних атомов (рис. 21).
Рис. 21. Схема атомного строения случайных (а) и специальных (б) границ.
|
Специальные границы обозначают символом Sn, где n показывает, на сколько узлов решетки приходится совпадающий узел. Например, S7 означает, что каждый седьмой атом на границе зерен совпадает для кристаллических решеток обоих зерен. Границы зерен, углы разориентации которых отличаются от специальных, называют произвольными или случайными.
Поскольку на границах зерен атомы смещены из равновесных положений, энергия границ зерен повышена. В том случае, когда узлы кристаллической решетки одного зерна совпадают с узлами решетки другого зерна (случай специальной границы) энергия упругих искажений снижается.
При отклонении угла разориентации от специальных углов плотность совпадающих узлов резко падает, и энергия граница должна возрастать. Однако при небольших отклонениях от специальных углов энергия границ зерен остается ниже энергии произвольных границ. Для объяснения этого факта проведем следующее рассмотрение. Если соединить совпадающие узлы соседних зерен, то получится решетка узлов совпадения. Тогда, вводя в решетку узлов совпадения зернограничные дислокации, мы изменяем, угол разориентации аналогично тому, как скопления решеточных дислокаций увеличивают разориентацию соседних субзерен. При существенном отклонении от специальной ориентировки соседних зерен плотность зернограничных дислокаций становится настолько высокой, что граница становится произвольной.
Зернограничные дислокации не только экспериментально обнаружены методом просвечивающей электронной микроскопии, но и позволяют объяснять поведение материалов при различных условиях.
Так, результаты последних исследований свидетельствуют о том, что решеточные дислокации, входя в границы зерен, разбиваются на несколько зернограничных дислокаций с малыми векторами Бюргерса. В свою очередь, несколько зернограничных дислокаций могут сливаться, образуя решеточную дислокацию. Поэтому границы зерен являются источниками и стоками решеточных дислокаций. Поскольку границы зерен, как правило, извилистые, то движение зернограничных дислокаций путем скольжения невозможно. При переползании зернограничных дислокаций происходит поглощение или выделение вакансий.
При деформации материалов при низких температурах решеточные дислокации входят в границы зерен и расщепляются на зернограничные дислокации. Поскольку подвижность вакансий при низких температурах мала, то зернограничные дислокации не могут переползать в границах на значительные расстояния и скопления зернограничных дислокаций препятствуют вхождению в границы новых решеточных дислокаций. Иначе говоря, при низких температурах граница зерен являются, в основном, барьерами для решеточных дислокаций. Поэтому прочность материалов при низких температурах высока. При измельчении зерен количество препятствий для решеточных дислокаций увеличивается, и мелкозернистые материалы более прочны, чем крупнозернистые, при низких температурах.
При высоких температурах подвижность вакансий велика, и зернограничные дислокации, образующиеся при вхождении в границы зерен решеточных дислокаций, легко перемещаются вдоль границ зерен. Поэтому границы зерен в основном являются стоками для решеточных дислокаций. Следовательно, накопления решеточных дислокаций у границ зерен не происходит, и прочность материалов при высоких температурах снижается. Чем мельче зерна, тем больше суммарная протяженность границ зерен и меньше плотность решеточных дислокаций. Поэтому при высоких температурах мелкозернистые материалы имеют меньшую прочность, чем крупнозернистые.
Кроме того, измельчение зерен ведет к росту удельного электрического сопротивления металлических материалов и падению удельного электрического сопротивления диэлектриков и полупроводников.
1.4.4 Объёмные дефекты кристаллической решетки.
К объёмным, или трехмерным дефектам кристаллической решетки относятся трещины и поры. Наличие трещин резко снижает прочность как материалов на металлической основе, так и неметаллических материалов. Это связано с тем, что острые края трещин являются концентраторами напряжений. Важно отметить, что при одинаковой геометрии трещин пластичность металлических материалов остается выше, чем неметаллических. Природа этого различия состоит в том, что в металлических материалах в области концентрации напряжений облегчается генерация дислокаций, и пластическая деформация материала приводит к затуплению трещин. В неметаллических материалах кристаллическая решетка упакована неплотно, подвижность дислокаций невелика, следовательно, затупление острых краев трещин за счет пластической деформации невозможно.
Присутствие в материале пор также снижает прочность металлических материалов, поскольку уменьшается истинное сечение деталей. В неметаллических материалах влияние пор на свойства материала не столь однозначно. Крупные поры снижают прочность материала, поскольку уменьшается сечение изделий. В то же время мелкие поры могут повышать прочность материалов. Это связано с тем, что при возникновении пор появляется свободная поверхность. У атомов, находящихся на свободной поверхности, количество соседей резко отлично от количества соседей атомов в глубинных слоях материала, следовательно, энергия атомов на поверхности материала повышена. Первая производная поверхностной энергии по расстоянию является поверхностным натяжением. Таким образом, на атомы, находящиеся на поверхности пор, действуют сжимающие напряжения. Неметаллические материалы с ионной или ковалентной связью между атомами хорошо сопротивляются действию сжимающих и плохо противостоят действию растягивающих напряжений. При всех реальных схемах нагружения (например, изгиб) в материале возникают как растягивающие, так и сжимающие напряжения. При наличии пор сжимающие напряжения на их поверхности компенсируют внешние растягивающие напряжения. Поэтому присутствие мелких пор ведет к росту прочности неметаллических материалов.
Поскольку энергия атомов на поверхности объёмных дефектов повышена, то они являются источником вакансий. При нагреве трещины и поры как бы "испаряются", превращаясь в вакансии. При охлаждении вакансии вновь "конденсируются". При "конденсации" вакансионного "пара" система стремится к минимуму энергии, а следовательно, к минимуму поверхностной энергии. Таким образом, при нагреве и последующем охлаждении острые трещины превращаются в сферические поры, то есть за счет чередования нагрева с охлаждением можно превращать опасные трещины в менее опасные поры.
Уменьшение сечения материала при наличии пор и трещин, а также искажение кристаллической решетки вблизи их поверхности приводит к повышению удельного электросопротивления металлических материалов. В неметаллических материалах наличие объёмных дефектов снижает удельное электросопротивление вследствие повышения подвижности ионов по вакансиям в материалах с ионной связью и облегчения выхода электронов в материалах с ковалентной связью.
Межатомное взаимодействие. Любой материал представляет собой продукт взаимодействия огромного количества атомов, и свойства материа
Типы химических связей. Для облегчения понимания межатомного взаимодействия мы будем рассматривать типы химической связи в неско
Кристаллическая структура твердых тел. При невысокой энергии системы ионы находятся в потенциальных ямах (см. рис.1б), и расположение ионов станови
Дефекты кристаллических решеток. Из термодинамики известно, что всякая система стремится к минимуму свободной энергии (F), где F является разн
Точечные дефекты решетки К ним относятся атомы инородных элементов (легирующих элементом или примесей), межузельные атомы (атомы осн
Линейные дефекты кристаллической решетки. Рис.12. Пластическая деформация металла:
Энергетические дефекты кристаллической решетки. Как отмечалось выше, один или несколько атомов в кристаллической решетке могут обладать повышенной энерги
Основы теории сплавов Сплавы - это вещества, состоящие из нескольких элементов, взятых в произвольных соотношениях. Сплавы получа
Диаграммы состояния сплавов и закономерности Курнакова. Если отрезок оси абсцисс разделить на сто частей, то точки этого отрезка будут соответствовать процентному
Элементы зонной теории твердых тел Зонная теория твердого тела – это теория валентных электронов движущихся в периодическом поле кристаллич
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Диэлектрическими принято называть материалы, имеющие низкую плотность подвижных носителей заряд
Влияние температуры на электропроводность диэлектриков При повышении температуры энергия системы повышается на величину kT и вероятность выхода иона из потенциал
Влияние напряженности поля на электропроводность диэлектриков При сравнительно небольших значениях напряженности поля электропроводность диэлектриков следует закону
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ Поляризацией называется такое состояние диэлектрика, когда суммарный электрический момент отлич
Упругая поляризация Упругая поляризация не связана с тепловым движением молекул. К ней относятся следующие виды поляризации:
Виды поляризации релаксационного типа. В ряде диэлектриков электроны ионы и дипольные молекулы могут скачком переходить из одного положения в дру
Особенности поляризации в активных диэлектриках Под активными диэлектриками принято понимать диэлектрики, поляризация которых происходит не только под де
Диэлектрические потери Под действием электрического поля в диэлектрике развиваются два основных процесса: поляризация и сквозная
Влияние температуры на тангенс угла потерь неполярных диэлектриков С увеличением температуры концентрация носителей заряда в диэлектрике повышается. Поэтому вероятность ст
Влияние частоты электрического поля на тангенс угла потерь неполярных диэлектриков. Рис. 35. Зависимость тангенса угла потерь
Диэлектриках В полярных диэлектриках, помимо потерь на сквозную электропроводность, появляются потери на поляризацию, т
Влияние частоты электрического поля на тангенс угла диэлектрических потерь для полярных диэлектриков Как отмечалось выше, при нахождении диэлектрика в электрическом поле в нем развиваются два процесса: элект
Пробой диэлектриков Под пробоем диэлектриков понимают потерю ими диэлектрических свойств. Принято различать напряжение пробо
Электрический пробой газов Увеличение плотности ионов в диэлектриках (пробой) может быть вызвано развитием ударной ионизации
Влияние частоты электрического поля на электропрочность газов Взаимодействие ионов, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа приводит к образованию дополнител
Электрический пробой твердых диэлектриков При рассмотрении электрического пробоя в твердых диэлектриках следует иметь в виду, что электрическая про
Электрохимический пробой диэлектриков. Данный вид пробоя обусловлен тем, что при длительном нахождении в электрическом поле происходит изменение
Общие положения По характеру взаимодействия с магнитным полем все материалы принято делить на слабо взаимодействующие и с
Природа ферромагнетизма. Согласно гипотезе Ампера внутри атомов и молекул текут молекулярные токи, а следовательно, имеются магнитн
Доменная структура ферромагнетиков. Магнитные моменты соседних атомов ферромагнетиков ориентированны параллельно, однако в кристалле достато
Кривая намагничивания При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле векторы намагниченности каких-либо доменов окажут
Материалы для работы в постоянных и низкочастотных полях Железо Для работы в качестве магнитопроводов в постоянных и низкочастотных полях н
Магнитомягкие материалы для работы в слабых полях Для материалов, работающих в слабых полях, чрезвычайное значение имеет высокое значение начальной магнитн
Магнитотвердые материалы Магнитотвердые материала идут на изготовление постоянных магнитов, запасенная магнитная энергия
Промышленные магнитотвердые материалы. Самыми «старыми» магнитотвердыми материалами являются углеродистые стали, закаливаемые на мартенсит. Для
Дисперсионно твердеющие сплавы К таким сплавам относятся сплавы системы Fe-Ni-Al. При высоких температурах алюминий и никель раствор
Деформируемые магнитотвердые материалы. Как правило, магнитотвердые материалы непластичны, поскольку дисперсные частицы выделений, препя
Магнитотвердые ферриты Из магнитотвердых ферритов наиболее известен бариевый феррит BaOґ6Fe2O3 (ФБ, ферроксдюр). В отличие
Проводниковые материалы Все проводниковые материалы можно условно разделить на три группы: 1) материалы высокой электропроводности
Материалы высокой электропроводности. К материалам высокой электропроводности предъявляются следующие требования: · Высокая элект
Серебро Наибольшую электропроводность из всех металлов имеет серебро. При комнатной температуре его удельное элек
Алюминий Удельное сопротивление алюминия в 1,6 раз выше удельного сопротивления меди, но алюминий в 3,5 раза легче меди
Материалы высокого удельного сопротивления. Материалы высокого электрического сопротивления используются для поглощения электрической энергии и пре
Сплавы на основе меди. Константан. Твердый раствор 40% никеля в меди, точнее 40%Ni, 1,5%Mn, остальное медь. Этот сплав маркируетс
Никель-хромовые сплавы. Нихромы. Классическим никель-хромовым сплавом является сплав Х20Н80 (20%Cr, 80%Ni). При комнатной темпера
Железохромалюминиевые сплавы Типичным представителем этой группы сплавов является сплав 0Х27Ю5 (23%Cr, 5%Al, остальное железо). Сплав отличаетс
Материалы электрических контактов В электрических машинах и аппаратах могут встречаться только две неисправности: пробой изоляции (наличие н
Зажимные контакты В зажимных контактах («клеммы», болтовые соединения и т.д.) действительная поверхность контакта заметно мен
Цельнометаллические контакты Цельнометаллическими являются сварные или паянные соединения. Основными материалами, образующими цельном
Материалы разрывных контактов. Разрывные контакты периодически замыкаются и размыкаются. При этом между контактными площадками образует
Материалы скользящих контактов. В основном, к материалам скользящих контактом предъявляются те же требования, что и к материалам разрывных
Полупроводниковые материалы Полупроводниками принято называть вещества, электропроводность которых обусловлена перемещение
Элементарные полупроводники. Среди элементарных полупроводников наибольшее техническое применение нашли кремний и германий. Рассмотри
Полупроводниковые химические соединения. Полупроводниковыми свойствами обладают многие химические соединения. В химии полупроводниковых
allrefers.ru
