Rácshibák (a valós kristály)

Az előadások a következő témára: "Rácshibák (a valós kristály)"— Előadás másolata:

1 Rácshibák (a valós kristály)
rácshiba: a tökéletes periódusság megsérülése, osztályozásuk: jellegük és kiterjedésük szerint. Miért foglalkozunk velük?– A reális anyagi tulajdonságok kialakításában van szerepük (pl. mechanikai tul.: folyáshatár, szakítószilárdság, diffúziós jelenségek értelmezése, elektromos vezetőképesség) vakanciák Ponthibák hibapárok intersztíciós helyzetű atom szubsztitúciós helyzetű atom Helyettesítéses szennyező atom: eltérő méretű (nem teljesen pontszerű, kiterjedtebb) Vakancia: a rácspontból hiányzik egy atom (előfordulnak di- és trivakanciák is)

2 Szubsztitúciós szennyezések: a ponthibáknál kiterjedtebbek,
(hatásmechanizmusuk: valenciakülönbség, méretkülönbség, elektronegativitásbeli különbség), a fizikai tulajdonságokra gyakorolt hatásuk nagyobb, mint a vakanciáké!

3 Szilárd oldatok szerkezete
helyettesítéses (szubsztitúciós) → lehet korlátlan oldódás rácsközi (interstíciós) → korlátozott lehet csak rendezett rendezetlen A korlátlan elegyedés (szubsztitúció) feltételei (Hume-Rothary-szabályok): atomi átmérők különbsége: maximum 15% azonos vegyérték elektronegativitásuk közel azonos azonos rácsszerkezet

4 A vonalhibák (diszlokációk)
vonalhiba: a kiterjedése az egyik irányban sokkal nagyobb, mint arra merőlegesen, jelentőségük: a mechanikai tulajdonságokban (szakítószilárdság, folyási jelenségek), kristályosodási folyamatokban, kiválásos folyamatokban, mechanikai deformáció során mutatott felkeményedés. A diszlokációk két fajtája: éldiszlokáció, csavardiszlokáció.

5 A diszlokáció vonala, mozgása és a plasztikus deformáció
Egyes síkok könnyű elcsúszása a diszlokációk miatt van.

6 A diszlokációk A diszlokációk létezésének bizonyítéka: a csúszás jelenségének, a nyíróerő nagyságának értelmezése Fémek jellegzetes alakváltozása: transzláció (a csúsztatófeszültség hatására az egyik sík elmozdulása a másikhoz képest): x elmozdulás a nyírófeszültség a d a) b) σ: feszültség x: elmozdulás G: nyírási modulus d: síkok távolsága (kis elmozdulás) a) Két atomi sík egymáshoz viszonyított elmozdulása nyírás hatására egyenletesen deformált kristályban (metszet). b) Nyírófeszültség a síkok egyensúlyi helyzettől mért elmozdulásának függvényében. A kezdeti meredekséget jelölő szaggatott vonal a G nyírási modulust adja meg.

7 σkr: Ga / 2πd (kritikus feszültség) ha a ≈ d σkr ≈ G / 2 π
A diszlokációk A diszlokációk létezésének bizonyítéka: a csúszás jelenségének, a nyíróerő nagyságának értelmezése Fémek jellegzetes alakváltozása: transzláció (a csúsztatófeszültség hatására az egyik sík elmozdulása a másikhoz képest): σkr: Ga / 2πd (kritikus feszültség) ha a ≈ d σkr ≈ G / 2 π A valóság ezzel szemben: lásd következő táblázat. Következtetés: valami megkönnyíti a síkok közötti csúszást!

8 A diszlokációk A nyírási modulus és a rugalmassági határ összehasonlítása G nyírási modulus, din/cm2 σkr rugalmassági határ, din/cm2 G/σkr Sn, egykristály 1,9·1011 1,3·107 15000 Ag, egykristály 2,8·1011 6·106 45000 Al, egykristály 2,5·1011 4·106 60000 Al, tiszta polikristály 2,6·108 900 Al, szokásos 9,9·108 250 Dúralumínium 3,6·109 70 Fe, lágy polikristályos 7,7·1011 1,5·109 500 Hőkezelt szénacél 8·1011 6,5·109 120 Nikkel-króm acél 1,2·1010 65

9 A diszlokációk sűrűsége, mozgása, találkozása és a plasztikus deformáció
diszlokáció-sűrűség: felületegységnyi területet metsző diszlokációk száma 102/cm2 Si, Ge kristályokban 105/cm2 fémekben, ötvözetekben (lágyított, hőkezelt állapotban) 1011/cm2 erősen deformált fémekben 2. egységnyi térfogatban található diszlokációk hossza: (cm/cm3) A diszlokáció-sűrűség különböző fizikai állapotban:

10 Megmagyarázandó: a diszlokációk számának növekedése a deformáció hatására (sokszorozódás csökkenés helyett?) A plasztikus deformáció során diszlokáció-források keletkeznek (Frank-Read források). Ezek rendszerint zárt diszlokáció-hurkok.

11 Diszlokációmozgások és az alakítási keményedés
A diszlokációk mozgástípusa, a csúszási folyamatok és a mechanikai keményedés közötti kapcsolatot leíró görbe: (ideális eset: lapcentrált köbös rács, egykristály). Két különböző hőmérséklet: T2>T1

12 I. szakasz: rugalmas tartomány után a könnyű csúszás vagy egyszeres csúszás jelensége a domináns.
szakasz: meredek, T-től független (csúszásvonalak rövidek, inhomogén deformációs tartományok). szakasz: parabolikus (nem lineáris) tartomány, kevéssé ismert diszlokációmozgási-mechanizmus, kezdete, megjelenése hőmérséklettől függ. A keményedési görbe alakja a kristályszerkezettől nagy mértékben függ!

13 Felületszerű hibák Lehet: koherens, - kisszögű,
inkoherens, - nagyszögű. Koherens kisszögű szemcsehatár, Koherens nagyszögű szemcsehatár, Inkoherens nagyszögű szemcsehatár.

14

15 A síkhibák: szemcsehatárok
Mik a szemcsék? Önálló kristályok, amelyek vagy kristálycsírákból a megszilárdulás vagy a rekrisztallizáció során keletkeznek. A szemcséket elválasztó felületek a szemcsehatárok.

16 A megszilárdulás fázisátalakulás: olvadék → szilárd
(lásd H2O megfagyása)

17 A szerkezet A tulajdonságokat meghatározó szerkezeti tényezők:
atomi szintű szerkezet: kristályszerkezet, kémiai rövidtávú rend, kémiai kötéstípusok; mikroszerkezet: a szerkezet mikronos, szubmikronos tartományban: szemcseszerkezet, az alkotó fázisok diszperzitása, a hibaszerkezet (diszlokációk, pórusszerkezet stb.). A mikroszerkezet: