- •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
2.4 Свойства дислокаций
1. Дислокации способны под действием напряжений перемещаться.
2. Дислокации способны огибать препятствия.
3. Дислокации способны генерироваться.
4. Дислокации способны взаимодействовать друг с другом.
1. Движение и преодоление препятствий.
Вкачестве препятствий в кристаллах выступают атомные внедрения и примесные атомы. Движение дислокации через участки кристалла с препятствиями связано с её удлинением и резким искажением кристаллической решётки. Это требует дополнительных затрат энергии, поэтому движение дислокаций по чистым участкам значительно легче, чем по участкам, содержащим дефекты; так как перемещение дислокаций по кристаллу приводит к смещению одной части кристалла относительно другой (пластическая деформация), то введение в вещество примесей или создание дефектов приводит к упрочнению материала:
1) упрочнение достигается введением примесей – легирование;
2) создание границ зёрен – закалка;
3) холодное деформирование материалов – наклёп.
2. Генерирование дислокаций (источник Франка-Рида).
3. Взаимодействие дислокаций.
Под действием напряжения сдвига положительные и отрицательные дислокации будут перемещаться в разных направлениях. Если их оси находятся в одной плоскости скольжения, то при встрече они образуют нормальную атомную плоскость – при этом произойдёт самоуничтожение (аннигиляция) дислокаций. Если оси дислокаций находятся в разных плоскостях, то образуется сетка дислокаций.
2.5 Наблюдение дислокаций
1. Непосредственное наблюдение в электронный микроскоп.
2. Декорирование дислокаций. Декорирование основано на том, что скорость диффузии сторонних атомов вдоль осей дислокаций больше, чем в недеформированном кристалле, поэтому атомы примесей сосредотачиваются вдоль осей дислокаций, что позволяет таким образом их непосредственно наблюдать.
3 Механические свойства твердых тел
3.1 Упругая деформация. Закон гука
–энергия взаимодействия между атомами;
–равновесное расстояние;
энергия вблизи положения равновесия может быть определена:
–отклонение от положения равновесия.
Сила взаимодействия между двумя атомами
где величина – жёсткость химической связи.
Сила взаимодействия между атомными слоями:
где F – сила, действующая на единицу площади сечения.
(так как S = 1 м2);
где – напряжение,
E – модуль упругости Юнга, зависящий от природы твёрдого тела. E для монокристаллических веществ в общем случае является анизотропной величиной;
–относительное удлинение;
Модуль Юнга E имеет физический смысл напряжения , которое нужно приложить к образцу, чтобы увеличить его длину в два раза.
У хрупких тел предел прочности , то есть разрушение происходит в области упругой деформации.
3.2 Пластическое течение кристаллов
Возникает во всех случаях, когда внешнее напряжение превышает предел текучести. При растягивающих усилиях деформация до некоторого предела будет упругой. При определённом напряжении () произойдёт ослабление связей между атомами и кристалл разрушится. При сжимающих усилиях расстояние между атомами уменьшится, и силы отталкивания будут компенсировать внешнюю нагрузку – деформация является идеально упругой. Пластичная деформация возникает в результате действия скалывающих касательных напряжений (). Под их действием одна часть кристалла смещается относительно другой части кристалла.
пластическая деформация
где g – модуль сдвига.
Для того чтобы произошла пластическая деформация, касательное напряжение должно достигнуть некоторого предела. Способность кристалла к пластической деформации зависит от характера химической связи.
Ковалентная связь отличается высокой направленностью и резко ослабляется даже при незначительной деформации. Связь разрушается раньше, чем атомы успевает восстановиться с соседними атомами. Кристаллы являются хрупкими. Металлическая связь не имеет направленности, материалы обладают пластичными свойствами. Ионная связь занимает промежуточное положение.
Критическое напряжение сильно зависит от предварительной деформации, увеличиваясь с её ростом. Это явление называется упрочнением(наклёп). При наклёпе внутренняя энергия кристалла растёт и составляет энергию остаточных деформаций. Упрочнение переводит кристалл в термодинамически неравновесное состояние, со временем внутреннее напряжение рассасывается и кристалл переходит в равновесное состояние – это называется отдыхом. Для отдыха нужно время или повышенная температура: при tкомн 100 лет, при 300– 1 минута.
При в материалах развиваются процессы рекристаллизации. При рекристаллизации в образцах растут кристаллы, свободные от внутренних напряжений. Центрами образования кристаллов являются наиболее искажённые части решётки. Энергия остаточных деформаций при этом выделяется в виде теплоты (2 - 5 кДж/кг).