Reális kristályok, kristályhibák Gyakorlati fémek szilárdsága kevesebb, mint 1 %-a az ideális modell alapján számítható szilárdságnak Tiszta Si villamos vezetőképességét 10-8 tömegszázalék bór adalékolása a kétszeresére növeli KRISTÁLYHIBÁK

Kristályhiba-típusok Ponthibák (0 dimenziós) Vonalszerű hibák, 1 dimenziós: diszlokációk Felületszerű hibák (2 dimenziós) Térfogati hibák (3 dimenziós)

Ponthibák Termikusan aktivált hibák: Vakancia (üres rácshely) Saját interszíciós atomok Idegen atomok (intersztíciós, szubsztitúciós helyeken) Ponthiba komplexek (di-, tri-vakancia, idegen atom-vakancia...)

Vakancia (üres rácshely)

Szubsztitúciós (helyettesítéses) atom

Intersztíciós (beékelődéses) atom

Ponthiba képződési mechanizmusok Frenkel-mechanizmus Frenkel hibapár: vakancia és intersztíciós atom együttese

Wagner-Schottky mechanizmus felületi üres hely vándorlása a szilárdtest belsejébe

Termikus ponthibák egyensúlyi koncentrációja Rácstorzulás  aktiválási energia

Ponthibák keletkezése képlékeny alakváltozás nem egyensúlyi hűtés részecske besugárzás (gyors neutron  hibakaszkád) Termikus ponthibák eltűnése diffúziós mozgás szemcsehatár éldiszlokáció extrasík (kúszás)

Diszlokációk Frenkel elméleti folyáshatár számítása Számolt/mért folyáshatár: Fe: 440, Al: 423, Cu: 769

Tűkristály (whisker, 1950) kondenzátor Zn, d = 0,1- 0,001 m 1934: Fransis Taylor, Orován Emil, Polányi Mihály 1960: Átvilágító elektronmikroszkópia (TEM) Definíció: Diszlokáció: a kristályban az elcsúszott és az el nem csúszott tartományok határoló vonala Éldiszlokáció Csavardiszlokáció Vegyes diszlokáció Teljes (perfekt) diszlokáció Parciális diszlokáció

Burgers-kör

Éldiszlokáció b  l Diszlokáció vonala: l Csúszósík adott  nem mozgékony Extra sík Burgers vektor: b b  l

Csavardiszlokáció b II l Diszlokáció vonala: l Nincs egyértelmű csúszósík  mozgékony Extrasík sincsen ! Burgers vektor: b b II l

Diszlokációk alapvető tulajdonságai Diszlokáció: elcsúszott és nem elcsúszott részek határa Lineáris (lehet görbült is) Felületen kezdődik és végződik, kristályban záródó görbe Az elmozdulás mértéke a diszlokáció egésze mentén állandó Burgers vektor a legsűrűbb irányban fekszik és b = d

Diszlokációk energiája Feszültség (nyomó, húzó) Poisson szám (0,5-0,2): Energiatöbblet

Diszlokációk szerepe a képlékeny alakváltozásban Képlékeny alakváltozás  diszlokációk mozgása.

Diszlokációsűrűség változása képlékeny alakváltozás során Definíciók Lágyított: 1010-1011 m-2 Alakított: 1014-1016 m-2

Diszlokációk mozgásának szabályai Diszlokáció csak abban a síkban tud csúszni amelyben a vonala és a Burgers vektora fekszik.  Éldiszlokáció: 1 sík  Csavardiszlokáció:  sík (elméletileg) Diszlokáció mozgása mindig a legsűrűbb síkban és a legsűrűbb irányban történik.  Csúszási rendszerek Csúszósík váltás Csavar  keresztcsúszás Él  mászás  kúszás (tartós folyás, creep)  üregek a szemcsehatáron

Csúszási rendszerek Tetszőleges csúszási rendszerhez azonos kritikus csúsztatófeszültség tartozik.

Síkok Miller-indexei Síkok Miller-indexei

Irányok Miller-indexei

Lehetséges elcsúszások, FKK (111)

Diszlokációk kölcsönhatása Ellentétes előjelű éldiszlokációk, ellentétes sodrású csavardiszlokációk kioltják egymást. Ellentétes előjelű diszlokációk kölcsönhatása:  = 45° egyensúly  < 45° taszítás  > 45° vonzás Azonos előjelű diszlokációk kölcsönhatása: sorba rendeződnek  kisszögű szemcsehatár Egyesülhetnek, felbomolhatnak. (Energetikai feltétel) b1b2  0 (tompaszög)  egyesülnek b1b2  0 (hegyesszög)  felbomlik

Éldiszlokációk eltűnése

Diszlokációk keletkezése Frank-Read mechanizmus (diszlokáció forrás) Félkörív labilis zárt hurok

Frank-Read forrás működése

Frank-Read forrás TEM képe

Egykristályok képlékeny alakváltozása Alakváltozás: csúszósíkok a csúszási irányok mentén elcsúsznak egymáson. m: Schmid-tényező

Egykristályok képlékeny alakváltozása Egyszerű csúszás: alakváltozás egy csúszási rendszerben Többszörös csúszás: elcsúszás egyszerre több csúszási rendszerben FKK 4 db 111 síkban 2-2 110 irányban

Egykristályok képlékeny alakváltozása I. : egyszerű csúszás (lépcsős felület, sok diszlokáció mozgása  Frank-Read) II.: bonyolult / többszörös csúszás (Lomer-gátak  erős alakítási keményedés) III.: keresztcsúszás, ikerképződés

Zn egykristály alakváltozása az I. szakaszban Cu egykristály egymást metsző csúszási vonalai Csúszósík - felület metszésvonala

Ikerképződéssel járó képlékeny alakváltozás Diszlokációs csúszás: elmozdulás csak néhány csúszósíkon Ikresedés: az ikertartomány valamennyi síkja elmozdul

Sokkristályos anyagok képlékeny alakváltozása Minden szemcsében többszörös csúszás. Alakítási keményedés intenzívebb. I. szakasz hiányzik. Mindig nagyobb feszültségek mint az egykristály esetén.

Polikristályos anyagok alakítási keményedése Hall-Petch egyenlet (alsó folyáshatár) A határon felhalmozódó diszlokációk feszültségtere indítja meg az alakváltozást a szomszédos krisztallitban. Szemcseméret  szemcsehatáron felhalmozódó diszlokációk száma 

Felületszerű hibák (2D) Makrofelület Szemcsehatár (nagyszögű, kisszögű) Fázishatár (inkoherens, szemikoherens, koherens) Ikersík Rétegződési hiba

Szemcsehatár Nagyszögű Kisszögű ( = 1-5°)

Inkoherens Szemikoherens Koherens Fázishatár Inkoherens

Szemikoherens Koherens (Heteroepitaxia)

FKK (111) szoros síkok lehetséges elrendeződései ABCABC FKK ABABAB HCP

Ikerhatár FKK ABCABCBACBA Párhuzamos vonalak a mikroszkópi képen.

Rétegződési hiba …ABCABCABCABC… C sík egy felülete hiányzik! FKK - Hexagonális - FKK Zárt görbe

FKK - Szoros hexagonális

Térfogati hibák (3D) (üregek, repedések) Kúszási üregsor