ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.07.2024
Просмотров: 89
Скачиваний: 0
атом |
3 — в положение |
4, атом |
5 — в |
положе |
|||||
ние |
3); |
|
|
|
|
|
|
|
|
V I I — неплотная линейная |
конфигурация |
тривакан- |
|||||||
син |
в направлении |
типа |
<11~20>; |
переход |
|||||
к «стабильной» |
конфигурации |
происходит за |
|||||||
четыре перехода |
атомов (атом |
1 — в |
положе |
||||||
ние 2, атом 3 — в положение |
1, атом 4 — в по |
||||||||
ложение |
5; атом |
6 — в |
положение |
4). |
|
||||
Рассмотренные |
конфигурации |
тривакансни |
в |
плоско |
|||||
сти спайности гексагональной решетки в различной сте пени нестабильны. З а меру нестабильности при этом рассмотрении мы принимали число диффузионных путей для превращения нестабильной конфигурации в стабиль ную.
Д л я образования |
одной вакансии требуется |
разорвать |
||||
12 связей |
в объеме |
и сформировать Є связей |
на поверх |
|||
ности. В случае дивакансии и тривакансии |
требуется |
|||||
разорвать, |
соответственно, I I и |
10 связей в объеме. |
||||
В общем случае можно показать, что поливакансия п — |
||||||
— порядка |
имеет энергию |
связи |
|
|
||
а энергия |
образования |
комплекса |
составит |
|
||
|
|
j n |
) = |
з + 4п |
„ |
(53) |
где Ее — энергия связи |
в |
решетке. |
|
|||
Если разделить значение энергии образования |
комплекса |
|||||
на число вакансий, то получится удельная энергия образо
вания |
комплекса, которая максимальна для |
дивакансии |
|||
0,91 |
Ее и |
монотонно |
уменьшается до постоянной |
величины |
|
2 |
|
|
|
|
|
^Ес |
при |
бесконечно |
большом числе вакансий |
в |
комплек |
се. Что касается энергии связи комплекса, то ее удельная величина, получаемая при делении энергии связи комплек
са на число вакансий в комплексе, равна для дивакансии -yipCc, а для поливакансии п — порядка - у - Ес.
Таким образом, д л я плоской конфигурации поливаканоий увеличение числа вакансий в комплексе приводит к снижению удельной энергии образования комплекса
до величины порядка |
—д-Ес |
и увеличению |
энергии |
|
связи в комплексе до |
значения |
- у - Ь с , |
т. е. |
из при |
веденных самых общих соображении объединение ва кансий в комплексы является энергетически выгодным делом. Поэтому процессы взаимодействия точечных де фектов в реальных кристаллах идут преимущественно в одну сторону — в сторону создания комплексов дефектов.
Наиболее стабильными в металлах являются скопле ния, состоящие из 3—6 вакансий. Д л я исследования та ких скоплений применяются как методы, предназначен ные для исследования точечных дефектов, так и методы, разработанные для изучения больших скоплений. Д л я исследования промежуточных но размеру дефектов при меняют методы диффузионного рассеяния рентгеновских лучен и нейтронов.
Небольшие скопления вакансий и образованные в результате захлопывания вакансионных пузырей кольце вые дислокации успешно изучают с помощью просвечи вающей электронной микроскопии. Известно, например, что коагуляция избыточных вакансий в базисных плоско стях цинка приводит к возникновению множества дисло кационных призматических колец. Это было доказано с помощью просвечивающей электронной микроскопии. В цинке возможно образование колец двух типов: одно слойных, содержащих дефект упаковки — местная непра вильная укладка атомов — и двухслойных без дефекта упаковки. Последние встречаются значительно реже п преимущественно в деформированных образцах. В гра фите вакансионное пересыщение часто приводит к фор мированию многослойных колец, так как дефект упаков
ки, содержащийся внутри кольца, |
является местом |
стока |
|
от избыточных |
вакансий. Вакансионные дислокационные |
||
кольца в цинке |
т а к ж е могут быть |
многослойными, |
т. е. |
образовываться в результате локального удаления из ре шетки нескольких базисных слоев. Образование много слойных колец объясняется постоянной конденсацией избыточных вакансий на дефекте упаковки внутри коль
ца. Таким образом, дефект упаковки является |
местом |
стока избыточных вакансий. |
|
К а к указывалось выше, конфигурация из |
трех ва |
кансий приобретает устойчивость лишь после релаксации
одного из соседних атомов в центр тетраэдра, по кото
рому |
«размазывается» |
тривакансия. |
На |
рис. 27а |
пока |
||||||||||||
зано, |
как |
|
в |
гексагональной |
решетке |
релаксация |
атома |
||||||||||
С из |
соседней |
базисной плоскости в центр тетраэдра, |
|||||||||||||||
приводит |
к появлению |
неравностороннего |
тетраэдра ва |
||||||||||||||
кансий. Это может оказаться |
менее выгодным, |
чем |
пока |
||||||||||||||
занная |
на |
|
рис. |
276 |
релакса |
|
|
|
|
|
|
||||||
ция сразу двух атомов А и В |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
из соседних |
плотноупакован |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ных плоскостей с образова |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
нием |
октаэдра |
из |
-пустых |
|
|
|
|
|
|
||||||||
атомных |
мест. |
Тетраэдри- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ческая |
форма |
тривакансий |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
может оказаться более пред |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
почтительной, |
если |
октаэд- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
рическая |
|
требует |
большей |
|
|
|
|
|
|
||||||||
энергии активации для сме |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
щения двух атомов. С дру |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
гой стороны |
октаэдрическая |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
форма существования |
|
трива- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
кансии более полно распре |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
деляет |
«пустоту» |
по |
решет |
|
|
|
|
|
|
||||||||
ке и |
поэтому |
должна |
|
вызы |
|
|
|
|
|
|
|||||||
вать |
меньшие |
искажения в |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
структуре. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
На рис. 28 показано, ка |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ким |
образом |
тетравакансия, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
расположенная |
в |
плоскости |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
базиса Л, может быть стаби |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
лизирована |
смещением |
двух |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
атомов |
(атом |
1 и атом |
2) |
из |
|
|
|
|
|
|
|||||||
соседних плоскостей в на |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
правлении |
|
плоскости |
дефек |
|
|
|
|
|
|
||||||||
та сверху и снизу, с одновре |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
менным изменением их гори |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
зонтальной |
координаты, |
вы |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
р а ж а ю щ е м с я |
в |
том, |
что |
из |
|
|
|
|
|
|
|||||||
положения |
|
|
над |
впадиной |
Р и с . 27. |
Возможные стабилиза |
|||||||||||
трех атомов А, В и С они пе |
ции тривакансий |
в |
гексагональ |
||||||||||||||
реходят |
в |
|
положение, |
сим |
ной решетке за |
счет |
релаксации- |
||||||||||
метричное |
|
относительно |
фи |
одного (а) или двух |
(б) |
атомов |
|||||||||||
гуры |
октаэдра . |
|
|
|
|
|
с образованием |
соответственно- |
|||||||||
|
|
|
|
|
тетраэдра и октаэдра из пустыас |
||||||||||||
Если |
исходная |
тетрава- |
|||||||||||||||
|
атомных мест. |
|
|||||||||||||||
канспя не имеет плоскую конфигурацию, а состоит из четырех вакансий в углах трёхгранной пирамиды, то для •стабилизации такой тетравакансии достаточно смещения атома, находящегося на противоположной стороне от вер шины тетраэдра. К а к показано на рис. 29, атом 1 сме-
Р и с. 28. |
Стабилизация плоской |
|
||
конфигурации |
тетравакансии |
Рис . 29. Стабилизация объемной |
||
•смещением двух |
атомов из сосед- |
конфигурации тетравакансии |
||
|
них плоскостей. |
смещением одного атома. |
||
щается |
в положение I і и |
стабилизирует тетравакансию |
||
в виде |
двойного |
тетраэдра |
с распределением «пустоты» |
|
по пяти атомным |
местам. |
|
||
§10. Процессы диффузии
Ванизотропных кристаллах скорость диффузии за висит от кристаллографического направления. В висмуте, например, коэффициент самодиффузии, измеренный в на правлениях параллельно и перпендикулярно базису, вблизи точки плавления различается в 107 раз . Направ^ ления, параллельные плоскости спайности, в этой обла
сти температур оказались наиболее предпочтительными. В цинке коэффициенты диффузии в направлении, парал лельном и перпендикулярном базису, различаются не т а к
сильно, как у висмута. Оба значения сближаются в об ласти точки плавления и расходятся с понижением тем пературы.
В участках кристалла с ненарушенной структурой возможны два способа диффузии: 1) одновременный об
мен местами пары атомов и 2) |
кольцевая |
диффузия, |
|
когда |
одновременный обмен местами совершает большая |
||
группа |
атомов. Д л я плотноупакованных слоев |
кольцевая |
|
диффузия может охватывать шесть |
атомов. При группо |
||
вом перемещении атомов в кольцевом механизме диффу
зии |
удельная |
потенциальная энергия, приходящаяся |
|
на |
один |
атом, |
оказывается меньшей, чем при обмене |
местами |
лишь |
двух атомов. Однако вероятность осуще |
|
ствления кольцевого механизма падает с увеличением
числа |
атомов в |
кольце, т. к. |
уменьшается вероятность |
|||
флуктуационного |
накопления |
необходимой |
тепловой |
|||
энергии. |
|
|
|
|
|
|
В |
последнее |
время |
стало очевидным, что |
диффузия |
||
и, в частности, анизотропия диффузии определяется |
не |
|||||
только особенностями |
решетки |
и ее анизотропией, но |
и |
|||
присутствием и анизотропным распределением дефектов кристаллического строения, особенно вакансий. Вторая причина чаще всего становится главной. В дефектных участках кристаллической решетки основную роль в ускорении диффузии играют вакансии. Появляется воз можность перемещения отдельных атомов, а не групп атомов. Снижаются т а к ж е потенциальные барьеры для диффузии. При самодиффузии происходит миграция ва кансий. При наличии градиента химического потенциала средний дрейф множества вакансий направлен таким образом, чтобы через достаточно большое время произо шел результирующий перенос вещества, необходимый для выравнивания градиента химического потенциала (эффект Киркендолла) .
Другой механизм диффузии заключается в переме щении атомов по межузлням . Внедренные в межузлия атомы могут находиться там по своей природе, если при этом образуются устойчивые растворы внедрения или в результате выхода из регулярного положения с образо ванием вакансии. В последнем случае после ряда пере мещений атом может опять занять нормальное положе ние в решетке. Частным случаем межузельной диффузии является диффузия по межузлням с вытеснением. Атом,
S3
