- •Міністерство освіти і науки україни
- •1 Понятие о строении твёрдых тел
- •1.1 Строение кристаллических твёрдых тел
- •1.2 Типы конденсированных систем
- •1.3 Описание структуры кристаллов
- •1.4 Кристаллографические индексы (индексы миллера)
- •1.5 Рентгеновский анализ
- •1.5.1 Оценка расстояния между атомами и требования к методу измерения
- •1 Моль Cu;
- •1.5.2 Получение рентгеновского излучения
- •1.5.3 Закон Вульфа-Брэггов
- •1.5.4 Идентификация кристаллических веществ
- •1.5.5 Атомные факторы рассеивания рентгеновского излучения
- •1.5.6 Структурная амплитуда и структурный фактор рассеивания
- •1.5.7 Индицирование рентгенограмм и определение параметров решёток
- •2 Несовершенства в кристаллах
- •2.1 Термодинамика образования точечных дефектов
- •2.2 Взаимодействие точечных дефектов
- •2.3 Дислокации
- •2.4 Свойства дислокаций
- •2.5 Наблюдение дислокаций
- •3 Механические свойства твердых тел
- •3.1 Упругая деформация. Закон гука
- •3.2 Пластическое течение кристаллов
- •3.3 Теоретическая прочность хрупких тел
- •3.4 Реальная прочность хрупких тел
- •3.5 Пути упрочнения хрупких материалов
- •3.6. Теоретическая плотность пластичных тел
- •3.7 Ползучесть керамики
- •3.8 Твёрдость керамики
- •3.9 Временная прочность твердых тел
- •4 Электронное состояние в твердых телах
- •4.1 Понятие об энергетической зоне
- •4.2 Энергия ферми
- •4.3 Плотность электронных состояний
- •4.4 Фотопроводимость
- •4.5 Оптические свойства (с точки зрения зонной теории)
- •5 Свойства диэлектриков
- •5.1 Поляризация
- •5.2 Высокочастотные изолирующие свойства
- •5.3 Сегнтоэлектрики
- •5.4 Понятие о пьезо- и пироэлектриках
- •6 Тепловые свойства твердых тел
- •6.1 Классическая теория теплоемкости. Закон дюлонга-пти
- •6.2 Теория теплоемкости эйнштейна
- •6.3 Теория теплоемкости дебая
- •6.4 Способы определения теплоемкости
- •2. Экспериментальное определение теплоемкости
- •6.5 Тепловодность, температуропроводность
- •6.6 Влияние пор на теплопроводность
- •6.7 Теплоемкость дисперсных сред
- •6.8 Тепловое расширение
- •7 Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
- •7.1 Законы поглощения
- •7.2 Люминесценция
- •7.3 Фотохимические превращения
- •7.4 Сенсибилизированные реакции
- •8 Магнитные свойства твердых тел
- •8.1 Магнитное поле в магнетиках
- •8.2 Природа диамагнетизма
- •8.3 Природа парамагнетизма
- •8.4 Парамагнитные тела
- •8.5 Ферромагнетизм
- •8.6 Доменная структура фeрромагнетиков
- •8.7 Кривая намагничевания ферромагнетиков
- •8.8 Ферриты
- •9 Кристаллизация
- •9.1 Образование зародышей
- •9.2 Самопроизвольный рост зародышей
- •Кинетика кристаллизации
2.1 Термодинамика образования точечных дефектов
N – количество атомов в кристалле;
n – количество дефектов.
Количество способов, которыми можно удалить n атомов из узлов кристаллической решётки, будет определяться такой величиной:
Если E – энергия образования дефекта, то энергия кристалла изменится на величину nE.
Изменение энтропии (мера беспорядка).
где – изменение свободной энергии.
Система устойчива,
Согласно формуле Стирлинга,
–бездефектный кристалл т/д возможен лишь при абсолютном нуле. При всех других температурах реальное твёрдое тело будет иметь дефекты: в реальном кристалле возникают и исчезают вакансии.
В основном атомы обладают энергией, значительно меньшей энергии образования вакансий. Однако благодаря флуктуации энергии (случайного отклонения от равновесного распределения) в системе находятся атомы, способные образовать вакансии:
Количество вакансий очень сильно зависит от температуры. Для алюминия:
при T = 300 K – на 1012 атомов 1 вакансия;
при Тплавл = 660 – на 1000 атомов 1 вакансия.
Атомы внедрения – избыточные атомы, проникающие в решётку, но не занимающие её узлов. Сторонние атомы внедрения называются примесями.
дефект по Шоттки
дефект по Френкелю (вакансия + атом внедрения)
Энергия образования атомов внедрения 3-5 эВ.
где величина z – небольшое целое число, характеризующее число междоузлий возле атомов.
Внедрённая примесь возникает в результате проникновения посторонних атомов в междоузлие кристаллической решётки. Проникновение примесей особенно характерно при небольших размерах атомов, напр., O2, H2.
Образование точечных дефектов.
1. Нагрев до высокой температуры и резкое охлаждение – закалка.
2. Механическая деформация.
3. Облучение.
2.2 Взаимодействие точечных дефектов
1. Точечные дефекты способны самоуничтожаться, то есть аннигилировать (атом внедрения + вакансия).
2. Вакансии могут взаимодействовать между собой с образованием бивакансий, тривакансий и т. д. Поскольку концентрация вакансий мала, к их взаимодействию применим закон действующих масс.
Дальнейшее объединение вакансий даёт кластеры вплоть до макрообразований, таких как поры и каверны. Междоузельные атомы (атомы внедрения) при взаимодействии образуют сгущения, называемые краудион.
2.3 Дислокации
Структурный дефект, возникающий под действием напряжения сдвига и приводящий к образованию лишней полуплоскости относительно плоскости скольжения, называется дислокацией. Контуры ABCD и ABCDE называют контурами Бюргерса, при наличии дислокации контур замыкается вектором (вектор Бюргерса). В неискажённой решётке его величина равна нулю. Вектор Бюргерса определяет энергию дислокациии силу, необходимую для сдвига дислокации
Канал диаметром 5 - 10 A вдоль оси дислокации сосредотачивает в себе практически всю энергию дислокации, в нём наблюдаются максимальные искажения кристаллической решётки. При повторном наложении напряжения сдвига дислокация приходит в движение, и её положение изменяется на одно атомное расстояние.
Дислокации подразделяются:
– на краевые (см. рис. выше);
– винтовые.
Для краевой дислокации выполняется соотношение
где – вектор сдвига.
–винтовая дислокация.
Винтовые дислокации бывают:
– правовращающие;
– левовращающие.
Протяжённость дислокаций в твёрдых телах очень велика. В обожжённых материалах длина дислокаций составляет В необожженных и деформированных материалах длина дислокаций1015- 1016 м/м3. По этой причине в дислокациях сосредоточена практически вся энергия пластической деформации материала.