1.5. ДЕФЕКТЫ В КРИСТАЛЛАХ. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ

Реальные кристаллы отличаются от идеализированной модели наличием достаточно многочисленных нарушений регулярного расположения атомов. Любое отклонение от периодической структуры кристалла называют статическим дефектом.

Можно указать на несколько факторов, вызывающих появление дефектов. К ним относятся, в первую очередь, кинетические факторы, связанные с тем, что кристалл «не успевает» стать идеальным в процессе кристаллизации и последующей обработки. Далее следует указать, что при не слишком низких температурах из-за конкуренции энергетического и энтропийного факторов присутствие в кристалле некоторого количества дефектных мест будет отвечать термодинамическому равновесию. Наконец, уже созданные идеальные кристаллы могут оказаться «испорченными» под влиянием факторов (механической обработки, действия радиации), нарушающих строгую периодичность расположения атомов. По этим причинам физические свойства кристалла формируются при совместном действии строгой периодичности и отступлений от нее.

Можно привести немало примеров, свидетельствующих о важности вклада дефектов в формирование свойств материалов. Например, без его учета оказалось невозможным построение теории прочности материалов, поскольку эти характеристики определяются степенью сопротивления тела действию сил, смещающих разные части тела относительно друг друга. Под действием радиации (мощные световые потоки, пучки электронов, нейтронов, заряженных ядер и т. д.) отдельные атомы или группы атомов оказываются выбитыми из своих правильных положений, и поэтому структура и свойства облученных материалов необъяснимы без оценки роли дефектов и т. д.

Классификацию статических дефектов обычно осуществляют по геометрическим признакам, а именно по числу измерений, в которых нарушения структуры кристалла превышают параметр решетки. Выделяют четыре класса дефектов.

Точечные (нульмерные) дефекты. Само их название свидетельствует о том, что нарушения структуры локализованы в отдельных точках кристалла. К точечным дефектам относят вакансии (вакантные узлы кристаллической решетки), атомы в междоузлиях, атомы примесей в узлах или междоузлиях, а также сочетания примесь-вакансия, примесь-примесь, двойные и тройные вакансии.

Линейные (одномерные) дефекты характеризуются тем, что нарушения периодичности в одном измерении много больше параметра кристаллической решетки, тогда как в других измерениях они не превышают нескольких параметров. Линейными дефектами являются дислокации, микротрещины. Возможно образование неустойчивых линейных дефектов из цепочки точечных дефектов.

Поверхностные (двухмерные) дефекты в двух измерениях имеют размеры, во много раз превышающие параметр решетки, а в третьем — несколько параметров. Границы зерен и двойников, дефекты упаковки, межфазные границы, стенки доменов, а также поверхность кристалла представляют собой двухмерные дефекты.

Объемные (трехмерные) дефекты — это микропустоты и включения другой фазы. Обычно они возникают при выращивании кристаллов или из-за присутствия большого количества примесей в расплаве, из которого ведется кристаллизация.

С атомными дефектами структуры могут сочетаться дефекты в распределении заряда. Роль подобных дефектов особенно существенна в диэлектриках и полупроводниках, поскольку в этих материалах в большей мере возможно появление флуктуаций электронной плотности.

Одной из форм дефектов решетки являются тепловые колебания атомов, которые могут взаимодействовать со статическими дефектами решетки и в ряде случаев стимулировать их появление. В общем случае под дефектом можно понимать любое элементарное возбуждение кристалла, а состояние реального кристалла можно назвать возбужденным состоянием.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >