Дефекты в кристаллах

д.ф.-м.н., профессор Б. Б. Страумал

Аннотация

Бездефектное и безграничное твердое тело является физической абстракцией (хотя и удобной). В реальности свойства твердых тел в значительной мере определяются именно дефектами кристаллического строения. В данном курсе дефекты класифицируются по их размерности. Вначале рассматриваются нуль-мерные, точечные дефекты (вакансии, межузельные атомы, изломы на дислокациях и ступенях на поверхности)). Затем -линейные дефекты (дислокации, тройные стыки границ). После одномерных следуют двумерные дефекты - внешние поверхности и внутренние границы раздела. К трехмерным дефектам можно отнести состояния без трансляционного дальнего порядка - аморфные тела и квазикристаллы. В курсе рассматривается не только структура дефектов, но и их свойства, взаимодейчствие между собой, механизмы появления и исчезновения, фазовые превращения с участием дефектов.

Программа курса

1. Точечные дефекты
   Вакансии. Атомы внедрения межузельные атомы. Их образование и движение. Дефекты Френкеля и Шоттки. Реакции точечных дефектов, электронные свойства точечных дефектов.


2. Точечные дефекты
   Комбинации атомных дефектов. Переход от точечных дефектов к одномерным, двумерным и трехмерным. Тетраэдры дефектов упаковки. Поры. Коалесценция пор, их роль в спекании.


3. Линейные дефекты
   Дислокации. Краевые, винтовые и смешанные дислокации. Вектор Бюргерса. Энергия дислокации. Переползание и скольжение. Взаимодействие дислокаций между собой и с примесями. Пластическая деформация как результат движения дислокации.


4. Линейные дефекты
   Процессы размножения дислокации, источники дислокации. Подвижность дислокации. Механизмы движения. Геометрические характеристики дислокации. Упругие поля дислокации. Дисклинации. Атомная структура ядер дислокации.


5. Линейные дефекты
   Частичные дислокации и дефекты упаковки. Экспериментальные методы изучения дислокации. Особенности деформации моно- и поликристаллов. Влияние границ зерен на пластическую деформацию поликристаллов.


6. Линейные дефекты
   Малоугловые границы зерен. Стенки (сетки) решеточных дислокаций. Влияние дислокации на физические свойства кристаллов (электрические, оптические, тепловые). Переход от одномерных дефектов к двумерным и трехмерным.


7. Двумерные дефекты. Внешние поверхности.
   Огранение - потеря огранки внешних поверхностей с изменением температуры. Метод диаграмм Вульфа. Связь с барьером Пайерлса (огранка в металлах, полупроводниках, диэлектриках).


8. Двумерные дефекты. Внешние поверхности.
   Ребра первого и второго рода между гранями и неограненными поверхностями. Модели Андреева и Покровского-Талапова. Критичекие точки на поверхностных фазовых диаграммах. Ребра первого рода между неограненными поверхностями.


9. Двумерные дефекты. Внешние поверхности.
   Реконструкция чистых поверхностей. Адсорбция на внешних поверностях (однослойная и многослойная). Формирование двумерных фаз в адсорбированных слоях. Полное, неполное, квазинеполное смачивание внешних поверхностей. Переходы от неполного смачивания к полному с изменением температуры. Связь полного смачивания с многослойной адсорбцией. Методы исследования внешних поверхностей


10. Двумерные дефекты. Внутренние границы раздела
    Вспомогательные решетки: решетка совпадающих узлов, полная решетка наложений, решетка зернограничных сдвигов, 0-решетка. Идеальные и неидеальные решетки. Малоугловые и высокоугловые (большеугловые) границы зерен. Стенки (сетки) решеточных дислокаций.


11. Двумерные дефекты. Внутренние границы раздела
    Слияние ядер решеточных дислокаций. Зернограничные дислокации. Собственные и внедренные зернограничные дислокации. Вектор Бюргерса зернограничных дислокаций. Скольжение и переползание зернограничных дислокаций. Эпитаксия и дислокации несоотвествия на межфазных граниуах. Диссоциация решеточных дислокация на зернограничные. Равновесные и неравновесные границы зерен.


12. Двумерные дефекты. Внутренние границы раздела
    Огранение - потеря огранки границ зерен с изменением температуры. Отличие от огранения - потери огранки внешних поверхностей. Применение метода Вульфа, моделей Андреева и Покровского-Талапова. Переходы 'специальная граница - граница общего типа', их связь с огранением - потерей огранки. Отличие зернограничных превращений в металлах с идеальной и неидеальной решетками. Превращение ребер первого рода между гранями и неограненными границами в ребра между двумя неограненными границами.


13. Двумерные дефекты. Внутренние границы раздела
    Внутренние границы раздела в двух- и многокомпонентных системах. Адсорбция на границах зерен и межфазных границах (однослойная и многослойная). Полное, неполное, квазинеполное смачивание границ раздела. Переходы от неполного смачивания к полному с изменением температуры. Связь полного смачивания с многослойной адсорбцией. Смачивание второй твердой фазой, отличия от смачивания расплавом. Тонкие слои зернограничных фаз в твердых растворах. Переходы смачивания первого и второго рода. Переход от двумерных дефектов к трехмерным.

1. Б.С. Бокштейн, Ч.В. Копецкий, Л.С. Швиндлерман. Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах. М. Металлургия, 1986, 324 с.
2. Б.Б. Страумал, Фазовые переходы на границах зерен, М., Наука , 2003, 328 с.
3. Р.З. Валиев, И.В. Александров. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластичексой деформацией. М., Логос, 2000, 272 с.
4. И.И. Новиков. Дефекты кристаллического строения металлов. М. Металлургия, 1975, 208 с.
5. В.С. Золоторевский, Механические свойства металлов. М. Металлургия, 1983, 352 с.
6. Б.С. Бокштейн. Диффузия в металлах. М. Металлургия, 1978, 252 с.