Reális kristályok, rácshibák. Anyagtudomány gyakorlat 2006/2007 I.félév Gépész BSC

Átírás

1 Reális kristályok, rácshibák Anyagtudomány gyakorlat 2006/2007 I.félév Gépész BSC

2 Valódi, reális kristályok Reális rács rendezetlenségeket, rácshibákat tartalmaz Az anyagok tulajdonságainak bizonyos csoportja megmagyarázható és megérthető az ideális rács leírása alapján szerkezet-érzéketlen tulajdonságok, pl. hő és villamos vezetőképesség, fajhő más tulajdonságok csak a reális kristályszerkezet alapján értelmezhetők szerkezet-érzékeny tulajdonságok, pl. szilárdsági és alakváltozási jellemzők.

3 A rácshibák osztályozása geometriai kiterjedésük alapján Pontszerű nulldimenziós Vonalszerű egydimenziós Felületszerű kétdimenziós

4 Pontszerű nulldimenziós - rácshibák Saját fajtájú atomok okozta rácshibák: Vakancia számuk a hőmérséklet növelésével exponenciálisan nő, jelentőségük: diffúzió Intersztíciós helyzetű saját atom Keletkezési mechanizmusuk elméleti megfontolásai Frenkel féle hibapár Wagner-Schottky féle mechanizmus Idegen atomok okozta pontszerű rácshibák: Szubsztitúciós helyzetű idegen atom szubsztitúciós szilárd oldat Intersztíciós helyzetű idegen atom intersztíciós szilárd oldat

5 Pontszerű nulldimenziós - rácshibák Vakancia, mint pontszerű rácshiba Üres rácshely keletkezésének Frenkel-féle mechanizmusa

6 Pontszerű nulldimenziós - rácshibák Vakancia keletkezésének Schottkyféle mechanizmusa

7 Pontszerű nulldimenziós - rácshibák a) b) Idegen atomok által okozott pontszerű rácshibák a) Interstíciós idegen atom b) Szubsztitúciós idegen atom

8 Egydimenziós vonalszerű rácshibák diszlokációk Jellemzésük: a diszlokáció tengelye t a diszlokációt létrehozó csúszás irányvektora u Burgers-vektor b

9 A diszlokációk fajtái Éldiszlokáció extra félsík beékelődése t u b Csavardiszlokáció a diszlokáció tengelyére merőlegesen elhelyezkedő atomok csavarfelületet alkotnak t u b Összetett vonalszerű rácshibák térgörbe diszlokációk

10 A diszlokációk fajtái: éldiszlokáció A B E b A B u u D C D C a) b) A Burgers-vektor származtatása éldiszlokáció esetén

11 A diszlokációk fajtái Extra félsík b t b Az éldiszlokáció szemléltetése beékelődött extrafélsíkkal

12 A diszlokációk fajtái t A csavar-diszlokáció tengelye b u u t b Csavardiszlokáció sematikus térbeli ábrázolása Csavardiszlokáció kétdimenziós ábrázolása

13 A diszlokációk fajtái D u b b Összetett vonalszerű rácshibák keletkezésének szemléltetése

14 Diszlokációk hálózata, sűrűsége A diszlokációk a reális kristályokban általánosan térbeli hálózatot alkotnak. Mennyiségük jellemzése: diszlokációsűrűség ρ egységnyi felület hány diszlokációt metsz, mértékegysége pl.1/m 2 egységnyi térfogatra eső diszlokációk hossza mértékegysége pl. cm/cm 3

15 A diszlokációk energiája és kölcsönhatásaik Diszlokációk által okozott rácstorzulás, feszültség az anyagban többlet-energiát képviselnek Kölcsönhatásaik magyarázata: az energiaminimumra való törekvés Jelentőségük: a képlékeny alakváltozás mechanizmusának, az alakváltozási keményedés és az alakított fémes anyag hevítése során lezajló folyamatoknak a megértéséhez nélkülözhetetlen

16 Kétdimenziós - felületszerű rácshibák Kristálytani kötöttség nélküli kétdimenziós rácshibák - bármely kristálytani rendszerben előfordulhatnak Szemcsehatár Szubszemcsehatár Fázishatár Krisztallográfiai kötöttséggel rendelkező kétdimenziós rácshibák Ikerhatár Rétegződési hiba

17 Szemcsehatárhiba dermedéskor keletkezik, az eltérő orientációjú kristálycsírákból növekedő szemcsék eltérő irányítottságúak - a dermedés végén szabálytalan felülettel találkoznak nagyszögű szemcsehatár, nagymértékű rendezetlenség, magas energiaszint jellemzi

18 Szemcsehatárhiba θ d Szemcsehatár-hiba, mint felületi rácsrendezetlenség

19 Szubszemcsehatár néhány percnyi szögeltérés kisebb energiaszint, kisebb fokú rendezetlenség, mint a nagyszögű szemcsehatárnál éldiszlokációk felsorakozása - mozaikblokkok, keletkezésük a diszlokációk mozgásával, rendeződésével magyarázható - poligonizáció

20 Fázishatárhibák és fajtáik különböző fázisok közötti szemcsehatárok koherens (összefüggő) fázishatár - kis energiasűrűségű rácshiba szemikoherens inkoherens

21 Fázishatárhiba - koherens koherens (összefüggő) fázishatár feltételei : azonos atomok forduljanak elő a fázishatár két oldalán, a két fázis kristályrácsainak kell legyen egy olyan hálózati síkja, ahol az atomok elrendezése azonos, az orientáció-különbség meghatározott értékű, a rácstípustól függő kell legyen

22 Fázishatárhiba - koherens (110) (100) (100) (110) a) b) c) Összefüggő (koherens) fázishatár kialakulása a vas a és g fázisai között

23 Fázishatárhiba - szemikoherens szemikoherens (félig összefüggő) fázishatár feltételei: az előbbiek közül két feltétel teljesül, de a harmadikban kis eltérés adódik részleteiben koherens, de szemcsehibák sorozatával illeszkedik

24 Fázishatárhiba - inkoherens inkoherens (nem összefüggő) fázishatár nagy energiájú rácshiba, a fázishatáron lévő atomok között nincsenek olyanok, amelyek mindkét oldalon lévő kristályokhoz szabályosan kapcsolódnak

25 Krisztallográfiai kötöttséggel rendelkező kétdimenziós rácshibák ikerkristály hiba - nem különböző fázisok között jön létre, teljes koherencia, nagy szögeltérés - kis energiasűrűségű rácshiba rétegződési hiba - atomsíkok sorrendjében szabálytalan ismétlődés

26 Ikerkristály hiba keletkezése: Sztk és hexagonális rácsban képlékeny alakváltozás során Szfk rácsban csak kristályosodáskor

27 Ikerkristály hiba Ikersík Y Y' X X' Az ikerkristály képződés vázlata

28 Rétegződési hiba atomsíkok sorrendjében szabálytalan ismétlődés Pl. hexagonális rács ABABAB szfk rács ABCABC ettől való, helyi eltérés a rétegződési hiba

29 Rétegződési hiba (111) sík (0001) sík a) b) A felületen középpontos köbös kristály és a tömött hexagonális kristály felépítésének összehasonlítása

30 Rétegződési hiba A B C A B C A B C A B C A B C A B A B C A B C Sematikus vázlat a rétegződési hiba keletkezésének értelmezéséhez