Поверхностные дефекты

Такие дефекты малы только в одном измерении и имеют в двух измерениях размеры, во много раз превышающие параметр решётки. К ним относятся границы зёрен, кристаллических двойников, блоков мозаики, дефекты упаковки, а также поверхность самого кристалла.

Твердые тела имеют не только внешние поверхности, но содержат и внутренние границы, которые зачастую в заметно большей степени способны влиять на свойства металлических материалов.

Применяемые в технике металлы и сплавы обычно относятся к поликристаллическим телам, поскольку состоят из множества отдельных кристалликов неправильной формы, жестко связанных между собой. Их принято называть кристаллитами или зернами.

Таким образом, в любом поликристаллическом материалы существуют внутренние границы (поверхности), разделяющие соседние зерна. Они представляют собой области несовершенного контакта, где имеется нарушение непрерывности кристаллической структуры. Два соседних зерна в общем случае имеют несовпадающую кристаллографическую ориентировку.

В зависимости от угла разориентировки θ принято выделять малоугловые и высокоугловые границы (рис. 12).

К первым относят межзеренные границы с углом разориентировки не более 5°. Если этот угол превышает 10°, то такие границы считаются высокоугловыми (при θ = 5–10° границы относят к среднеугловым). При переходе через высокоугловые границы фактически происходит резкий скачокориентировки атомных плоскостей и анизотропных свойств соприкасающихся решеток соседних кристаллов.

Имеющиеся на данный момент представления о строении высокоугловых границ имеют в основном описательный характер. Ширина высокоугловых границ приближается к атомным размерам (порядка 1–3 атомных диаметров). Такая граница содержит относительно большие промежутки между атомами (повышенную рыхлость). Это является причиной быстрой диффузии по границам зерен, а также объясняет их высокую подвижность.

Достаточно надежная дислокационная модель атомного строения межзеренной границы и количественная теория разработаны для случая малоугловой разориентировки зерен. Типичным примером в этом отношении является малоугловая граница наклона, состоящая из выстроенных в вертикальный ряд (стенку) краевых дислокаций. Такие границы, состоящие из дислокационных стенок, называются субграницами, а сами зерна, которые ими разделяются – субзернами.

Рис. 9.6. Малоугловая симметричная граница наклона

Примером малоугловых границ являются границы между соседними субзернами внутри одного зерна, полученные в процессе роста кристаллов из расплава.

Показано, что чем больше дислокаций в стенке и меньше расстояние между ними, тем выше угол разориентировки θ. Поэтому с увеличением плотности дислокаций в стенке малоугловая граница может постепенно трансформироваться в высокоугловую.

Еще одной разновидностью плоских дефектов являются антифазные границы. Как правило, монокристаллы имеют мозаичную структуру, то есть состоят из блоков (доменов), которые не содержат устойчивых протяженных дефектов и обладают размерами порядка 1000 Å. Такие относительно совершенные участки кристалла могут соседствовать друг с другом, хотя их структуры не совпадают из-за различной ориентации. Углы разориентации доменом значительно меньше 1 градуса.

Несовпадение структур доменов может быть вызвано другой причиной, а именно различным расположением атомов с граничной области, которые также нарушают периодичность их расположения в кристалле. Антифазные границы часто встречаются в металлических сплавах, таких как AgAu и др. Если в расположении анифазных границ наблюдается периодичность, то возникает новая подрешетка, что затрудняет расшифровку рентгенографических данных.