Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
ются» и при низкой температуре в кристалле окажется избыточное число этих дефектов, превышающее равновесную для этой температуры концентрацию. Нагревание кристалла будет способствовать исчезновению («залечиванию») таких термодинамически неустойчивых дефектов.
Точечные атомные дефекты в кристаллической решетке обладают определенными свойствами. Например, вакансии в ионных кристаллах выступают носителями заряда, причем катионная вакансия несет отрицательный, а анионная — положительный заряд. Конечно, собственно заряд в вакансии не содержится, но возникающее вокруг нее электрическое поле такое же, какое возникло бы, если бы в вакансии располагался заряд, по значению равный, а по знаку противоположный заряду иона, который покинул данный узел решетки. Любые точечные дефекты обладают способностью к миграции (диффузии) в кристаллической решетке в результате тепловых флуктуации или приложения к кристаллу внешнего электрического поля. Например, катион в междоузлии может переходить при соответствующем возбуждении в соседнее междоузлие, вакансии мигрируют за счет перемещения соседнего иона в вакантный узел, т. е. путем последовательного обмена позициями между ионами и вакансиями (при таком так называемом вакансионном механизме диффузии перемещение вакансий в одном направлении эквивалентно перемещению ионов в другом). Точечные дефекты могут взаимодействовать друг с другом, образуя в простейшем случае ассо-циаты — дефекты, занимающие соседние кристаллографические позиции. Например, в решетке могут возникнуть связанные группы вакансий (кластеры). Связанные пары вакансий способны диффундировать быстрее, чем изолированные вакансии, а тройные кластеры еще быстрее.
Наличие в кристаллах точечных дефектов по Шоттки и Френкелю оказывает существенное влияние на многие свойства кристаллических тел. В частности, их присутствие в кристалле и способность к миграции обусловливают ионную электрическую проводимость и процессы массопереноса (диффузии) в кристаллической решетке (в бездефектном идеальном кристалле процесс массопереноса практически невозможен). В связи с этим присутствие точечных дефектов сильно ускоряет такие важные в технологии силикатов и тугоплавких неметаллических материалов процессы, как твердо-фазовые реакции, спекание, рекристаллизацию и т. д., скорость которых определяется скоростью диффузии материальных частиц. Образование дефектов по Шоттки приводит к возрастанию объема кристалла (кристалл как бы «распухает» за счет достраивания с поверхности атомами, удаляющимися из узлов решетки) и понижению его плотности (образование дефектов по Френкелю во всяком случае в первом приближении не приводит к изменению плотности).
87
2.5.3. Дислокации
Дислокации относятся к линейным дефектам решетки, т. е. к несовершенствам, охватывающим в кристалле область, протяженность которой в одном направлении значительно превосходит размер атомов или ионов. По характеру искажений решетки дислокации делятся в чистом виде на краевые (линейные) и винтовые. В реальных кристаллах дислокации часто представляют собой сочетание краевой и винтовой дислокаций. Такие дислокации называются смешанными. Дислокации являются источником внутренних напряжений в кристаллических телах, они создают даже в свободном от внешних нагрузок кристалле поле деформаций и напряжений.
Одним из основных понятий в теории дислокаций является понятие линии дислокации. Линией дислокации называется та воображаемая линия в кристалле, вдоль которой (в ее малой окрестности) концентрируются максимальные искажения решетки. Фактически при возникновении дислокации кристаллическая решетка остается неискаженной везде, за исключением области, непосредственно окружающей линию дислокации. Линия дислокации не обязательно должна быть прямой, а может иметь перегибы, ступени, т. е. любую форму. Особенность этой линии заключается в том, что она никогда не заканчивается (не обрывается) в кристалле, а выходит на его поверхность, замыкается на себя, образуя петлю, или замыкается на другие линии дислокации.
Краевая дислокация. Признаком краевой дислокации является наличие в одной части кристалла лишней («оборванной» или «недостроенной») атомной плоскости (полуплоскости или экстраплоскости), не имеющей продолжения в другой части кристалла (рис. 14, экстраплоскость указана стрелкой).
Образование краевой дислокации можно представить следующим образом. Допустим (рис. 15), что на кристалл действует сила Р, вызывающая сдвиг одной его части относительно другой по определенной плоскости скольжения (тп). При этом сила сдвига недостаточно велика, чтобы вызвать одновременный разрыв всех вертикальных атомных плоскостей в решетке (что в пределе было бы равносильно срезу кристалла), а вызывает разрыв только некоторых плоскостей. Если рассмотреть только одну из них, то верхняя часть {РО) этой разорванной плоскости сместится в направлении приложения силы и останется недостроенной, а нижняя часть сомкнётся с соседними плоскостями, лежащими в верхней части кристалла, образуя нормальные атомные плоскости. В результате этого в верхней части кристалла образуется лишняя полуплоскость (•РС), не имеющая продолжения в нижней части кристалла, т. е. возникнет краевая дислокация (обозначается символом ±), причем атомы, расположенные непосредственно над краем лишней полуплоскости (на рис. 15 в верхней части кристалла), испытывают
