Вопрос 3 Аморфные и кристаллические тела

Имеются две разновидности твердых тел, различающихся по свойствам – кристаллические и аморфные.

Кристаллически етела – сохраняют свою форму, остаются твердыми до температуры плавления, затем переходят в жидкое состояние. При охлаждении идет обратный процесс. Кристаллические тела характеризуются упорядоченным расположением составляющих их частиц (ионов, атомов, молекул). Основу кристаллических тел составляют кристаллы. Частицы, из которых построен кристалл, сближены до соприкосновения (между ними имеются химические связи) и располагаются различно, но в закономерном порядке по разным направлениям на значительном протяжении. Говорят, что кристаллические тела имеют дальний порядок.

Аморфные тела, находясь в твердом состоянии ,при нагревании размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние. Соответственно их состояние называют: стеклообразное – высокоэластичное – вязкотекучее – жидкое. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. Аморфные тела не обладают в пространстве на значительном протяжении таким упорядоченным расположением частиц, как кристаллы. Но в них имеется упорядоченность, распространяющаяся на небольшие области. Говорят, что аморфные тела имеют ближний порядок.

Ряд материалов, например, полимеры, могут иметь и кристаллические, и аморфные области своей структуры.

Металлы имеют кристаллическое строение. Однако при высокой скорости охлаждения, порядка миллион градусов в секунду, можно получить аморфные металлические структуры – металлические стекла. Например, аморфные магнитные сплавы находят применение в приборостроении в качестве сердечников измерительных трансформаторов, головок магнитной записи.

Вопрос 4 Точечные и поверхностные дефекты

Одним из распространенных несовершенств кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей. (рис. 2.1.) Рис.2.1. Точечные дефекты Вакансия – отсутствие атомов в узлах кристаллической решетки, «дырки», которые образовались в результате различных причин. Образуется при переходе атомов с поверхности в окружающую среду или из узлов решетки на поверхность (границы зерен, пустоты, трещины и т. д. ), в результате пластической деформации, при бомбардировке тела атомами или частицами высоких энергий (облучение в циклотроне или нейтронной облучение в ядерном реакторе). Концентрация вакансий в значительной степени определяется температурой тела. Перемещаясь по кристаллу, одиночные вакансии могут встречаться. И объединяться в дивакансии. Скопление многих вакансий может привести к образованию пор и пустот. Дислоцированный атом – это атом, вышедший из узла решетки и занявший место в междоузлие. Концентрация дислоцированных атомов значительно меньше, чем вакансий, так как для их образования требуются существенные затраты энергии. При этом на месте переместившегося атома образуется вакансия. Примесные атомы всегда присутствуют в металле, так как практически невозможно выплавить химически чистый металл. Они могут иметь размеры больше или меньше размеров основных атомов и располагаются в узлах решетки или междоузлиях. Точечные дефекты вызывают незначительные искажения решетки, что может привести к изменению свойств тела (электропроводность, магнитные свойства), их наличие способствует процессам диффузии и протеканию фазовых превращений в твердом состоянии. При перемещении по материалу дефекты могут взаимодействовать.

Поверхностные дефекты – границы зерен, фрагментов и блоков (рис. 2.6). Рис. 2.6. Разориентация зерен и блоков в металле  Размеры зерен составляют до 1000 мкм. Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов ( ). Граница между зернами представляет собой тонкую в 5 – 10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов. Строение переходного слоя способствует скоплению в нем дислокаций. На границах зерен повышена концентрация примесей, которые понижают поверхностную энергию. Однако и внутри зерна никогда не наблюдается идеального строения кристаллической решетки. Имеются участки, разориентированные один относительно другого на несколько градусов ( ). Эти участки называются фрагментами. Процесс деления зерен на фрагменты называется фрагментацией или полигонизацией. В свою очередь каждый фрагмент состоит из блоков, размерами менее 10 мкм, разориентированных на угол менее одного градуса ( ). Такую структуру называют блочной или мозаичной.