Mukammal Kristallardagi Nuqsonlar

Mukammal Kristallardagi Nuqsonlar

Mukammallik ba'zida nuqsonli bo'lishi mumkinligini bilarmidingiz?

Bu paradoksal tuyulishi mumkin, ammo metallurgiya olamida mukammal kristallar o'zlarining xususiyatlariga chuqur ta'sir ko'rsatadigan yashirin nuqsonlarni o'z ichiga olishi mumkin.

Ko'rinib turibdiki, benuqson tuzilish ichida yashiringan bu mikroskopik nuqsonlar metallarning mustahkamligini, o'tkazuvchanligini va hatto tashqi ko'rinishini o'zgartirishi mumkin.

Biz kristall nuqsonlarning maftunkor olamiga kirib borar ekanmiz, mukammallik va nomukammallik o'rtasidagi murakkab raqsga tushishga tayyorlaning va bu yashirin kamchiliklar bizni o'rab turgan materiallarning mohiyatini qanday shakllantirishini bilib oling.

Mukammal kristallarda qanday nuqsonlar bor?

Metallurgiya kontekstida mukammal kristal deganda har qanday nuqta, chiziq yoki tekislik nuqsonlari bo'lmagan kristall tushuniladi. Bu termodinamikaning uchinchi qonunini shakllantirishda hal qiluvchi rol o'ynaydigan nazariy tushunchadir.

Aks holda nuqsonsiz kristalldagi kichik miqdordagi nuqta nuqsonlarini o'lchash qiyin bo'lsa-da, kristallografiyadagi "mukammal kristal" atamasi odatda chiziqli yoki tekislikdagi kamchiliklarning yo'qligini anglatadi.

Kristallardagi nuqsonlar turli termodinamik jarayonlar natijasida hosil bo'ladi.

Mukammal kristallardagi nuqsonlar qanday ishlaydi?

Metall qotishmalardagi mukammal kristallar qattiqlashuv deb ataladigan jarayon orqali hosil bo'ladi. Metall qotishmasi eritilib, keyin sovutilsa, qotishma tarkibidagi atomlar o'zlarini kristall tuzilishga aylantiradi.

Ushbu qotib qolish jarayoni dendritik, lamellar, igna tipidagi yoki acikulyar kabi turli xil kristall tuzilmalarga olib kelishi mumkin.

Aksariyat metallar va qotishmalar uchta keng tarqalgan tuzilmalardan birida kristallanadi: tana markazlashtirilgan kubik (bcc), olti burchakli yaqin o'ralgan (hcp) yoki kubik yaqin o'ralgan (fcc).

Boshqa tomondan, mukammal kristall hech qanday nuqta, chiziq yoki tekislik nuqsonlarini o'z ichiga olmaydi.

Kristallardagi nomukammalliklar kristall panjaraning termal tebranishlari, söndürülmesi yoki qattiq deformatsiyasi tufayli paydo bo'lishi mumkin. Bu nuqsonlar nuqta nuqsonlari, chiziq nuqsonlari, sirt nuqsonlari va hajm nuqsonlari kabi turli shakllarda bo'lishi mumkin.

Nuqta nuqsonlari, masalan, bo'sh o'rinlar, interstitsiallar, o'z-o'zidan oraliqlar va nopoklik atomlari - nuqsonlarning eng keng tarqalgan turi.

Dislokatsiyalar deb nomlanuvchi chiziq nuqsonlari plastik deformatsiya uchun mas'ul bo'lgan bir o'lchovli nuqsonlardir.

Yuzaki nuqsonlar ikki o'lchovli nuqsonlardir, masalan, don chegaralari va stacking nuqsonlari.

Hajmdagi nuqsonlar uch o'lchamli nuqsonlar, shu jumladan teshiklar, yoriqlar, begona qo'shimchalar va boshqa fazalar.

Metallurgiyadagi mukammal kristallarning xossalari

Mukammal kristallar turli xil ilovalar uchun ideal bo'lgan o'ziga xos xususiyatlari tufayli metallurgiyada juda talab qilinadi. Mukammal kristallarning ba'zi asosiy xususiyatlari quyidagilardan iborat:

  1. Zo'r kristall struktura: mukammal kristall hech qanday nuqsonlar yoki aralashmalarsiz ideal, aynan takrorlanadigan naqshga ega. Bu mukammal struktura kristallni fizik, kimyoviy, mexanik va elektron xususiyatlari jihatidan juda barqaror va oldindan aytib bo'ladigan qiladi.
  2. Yuqori tozalik: mukammal kristallar juda toza, ularning xususiyatlariga ta'sir qilishi mumkin bo'lgan minimal aralashmalar mavjud. Agar modda 100% toza bo'lsa ham, mukammal kristal hosil qilish uchun barcha atomlar, ionlar yoki molekulalarning o'z o'rnini topishi uchun suyuqlik fazasini cheksiz sekin sovutish kerak bo'ladi.
  3. Anizotropiya: Kristallar odatda shisha va polikristallarda bo'lmagan maxsus elektr, optik va mexanik xususiyatlarni namoyish etadi. Bu xususiyatlar kristalning anizotropiyasi bilan bog'liq bo'lib, bu uning atomik joylashuvida aylanish simmetriyasining yo'qligiga ishora qiladi. Bunday xossalarga misol sifatida piezoelektrik effekt va ikki sinishi kiradi.

Umuman olganda, mukammal kristallarning o'ziga xos xususiyatlari ularni metallurgiyada yarimo'tkazgichlar, elektron qurilmalar va yuqori samarali qotishmalarni ishlab chiqarishda foydalanish uchun juda maqbul qiladi.

Mukammal kristallardagi nuqta nuqsonlari

Mukammal kristallarda nuqsonlar bo'lmaydi. Biroq, haqiqiy kristallar turli xil nuqsonlarni, shu jumladan nuqta nuqsonlarini o'z ichiga oladi. Nuqta nuqsonlari mukammal kristallarning xususiyatlariga quyidagi yo'llar bilan sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin:

  1. Bo'sh ish o'rinlari: oddiy kristall massivda atom etishmayotganda vakansiya paydo bo'ladi. Bu qattiq jismda kichik bo'shliq hosil qiladi. Bo'sh ish o'rinlari materialning elektr tokini o'tkazish qulayligini, uning mexanik mustahkamligini, egiluvchanligini va egiluvchanligini o'zgartirishi mumkin.
  2. Interstitsial nopoklik zarracha panjara joylari orasidagi teshikka o'z yo'lini majburlaganda paydo bo'ladi. Interstitsiallar materialning mexanik kuchi va egiluvchanligiga ham ta'sir qilishi mumkin.
  3. O'z-o'zidan interstitsiallar: O'z-o'zidan interstitsial - bu oraliq joyga to'plangan kristall atomidir. Ushbu turdagi nuqson kristall panjarada buzilishlarga olib kelishi va materialning mexanik xususiyatlariga ta'sir qilishi mumkin.
  4. Nopoklik atomlari: Sof metalldagi nopoklik atomlari ham nuqta nuqsonlarini keltirib chiqarishi mumkin. Ushbu aralashmalar materialning elektr o'tkazuvchanligi va mexanik kuchi kabi xususiyatlarini o'zgartirishi mumkin.

Mukammal kristallardagi chiziq nuqsonlari

Chiziq nuqsonlari, shuningdek dislokatsiyalar sifatida ham tanilgan, aks holda mukammal kristalda ma'lum bir yo'nalish bo'ylab cho'zilgan bir o'lchovli nuqsonlardir. Chiziq nuqsonlari mukammal kristallarning mexanik xususiyatlariga bir necha usul bilan ta'sir qilishi mumkin:

  • Ular yoriqlar paydo bo'lishi uchun joyni ta'minlash orqali kristalning kuchini kamaytirishi mumkin.
  • Ular kristallni buzmasdan plastik deformatsiyalanishiga imkon berish orqali uning egiluvchanligini oshirishi mumkin.
  • Ular dislokatsiyalar harakatiga to'sqinlik qilib, kristallning qattiqligini oshirishi mumkin.
  • Ular elektronlar va fononlarni tarqatish orqali kristallning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligiga ta'sir qilishi mumkin.

Mukammal kristallardagi planar nuqsonlar

Don chegaralari va stacking nosozliklari kabi tekislik nuqsonlari metallurgiyadagi mukammal kristallarning xatti-harakatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Ular kristalning harakatiga ta'sir qilishi mumkin bo'lgan ba'zi usullar:

  • Stacking nosozliklari: Stacking nosozliklari yuzga markazlashtirilgan kubik (fcc) materiallarda qisman dislokatsiyalar bilan tavsiflanadi. Ular kristal tuzilishidagi o'zgarishlarga, masalan, egizak chegaralarning shakllanishiga olib kelishi mumkin. Egizak chegaralar stacking yoriqlariga o'xshaydi va qisman dislokatsiyalar bilan ham tavsiflanadi. Ushbu nuqsonlar materiallarning mexanik xususiyatlariga, masalan, ularning mustahkamligi va egiluvchanligiga ta'sir qilishi mumkin.
  • Don chegaralari: Ko'pgina metallar polikristaldir va donalar deb ataladigan ko'plab mayda kristalitlardan iborat. Bu donalar orasidagi interfeyslar don chegaralari deb ataladi. Don chegaralari materiallarning mexanik xususiyatlariga, masalan, ularning mustahkamligi, egiluvchanligi va charchoqqa chidamliligiga ta'sir qilishi mumkin. Ular materiallarning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligiga ham ta'sir qilishi mumkin. Metall va qotishmalardagi don chegaralarining turlari va gradatsiyalari har xil bo'lishi mumkin va ular kristal tuzilishiga, mexanik xususiyatlariga va boshqa materiallar xususiyatlariga ta'sir qilishi mumkin.

Kristallardagi nuqsonlarni tavsiflash

Kristallardagi nuqsonlarni turli usullar yordamida o'rganish va tavsiflash mumkin. Metallurgiyada qo'llaniladigan ba'zi umumiy texnikalar:

  1. Elektron mikroskopiya: Bu usul yupqa kristalllarni tahlil qilish imkonini beradi va nuqsonlarning yuqori aniqlikdagi tasvirlarini beradi.
  2. X-nurlarining diffraktsiyasi: X-nurlarining diffraksiyasi kristal tuzilishini aniqlash uchun ishlatiladi va kristall panjaradagi nuqsonlarni ham aniqlashi mumkin.
  3. Skanerli elektron mikroskop: Skanerli elektron mikroskop metallardagi nuqsonlarni, shu jumladan dislokatsiyalar va don chegaralarini ko'rishi mumkin.
  4. Transmissiya elektron mikroskopiyasi: Transmissiya elektron mikroskopiyasi kristal tuzilishi va nuqsonlari, jumladan dislokatsiyalar, stacking nosozliklari va egizaklar haqida batafsil ma'lumot beradi.
  5. Matematik tasniflash usullari: Kristallardagi dislokatsiyalar va boshqa nuqsonlar kabi jismoniy panjara nuqsonlarini tasniflash uchun matematik tasniflash usullaridan foydalanish mumkin.

Mukammal kristallardagi nuqsonlarni tushunish metallurgiya sohasida hal qiluvchi ahamiyatga ega, chunki u turli materiallarning xususiyatlari va qo'llanilishiga ta'sir qiluvchi amaliy qo'llanmalar va ta'sirlarga ega. Kamchiliklar kuchning pasayishiga, elektr va issiqlik o'tkazuvchanligini pasayishiga olib kelishi mumkin, kimyoviy reaktsiyalarni katalizlaydi, yorug'lik emissiyasining samaradorligini nazorat qiladi, elektr va issiqlik xususiyatlarini sozlaydi, elektr xususiyatlarini yaxshilaydi va ko'plab materiallarning xususiyatlari va qo'llanilishiga ta'sir qiladi.

Ushbu nuqsonlarni o'rganish va tavsiflash orqali tadqiqotchilar metallurgiyadagi muayyan ilovalar uchun materiallarning xususiyatlarini qanday boshqarish va optimallashtirish haqida tushunchaga ega bo'lishlari mumkin.

Asosiy fikrlarni umumlashtirish

Shunday qilib, biz mukammal kristallar va ular qanday qilib tabiatning beg'ubor mo''jizalari bo'lishi kerakligi haqida gaplashdik. Ammo men sizga bir narsani aytmoqchimanki, sizni hayratda qoldirishi mumkin. O'zingizni tayyorlang, chunki men sizga jiddiy bilimlarni tashlamoqchiman.

Tasavvur qiling: siz muzeyni kezib, chiroyli billur haykalga qoyil qoldingiz. U shunchalik mukammal, shu qadar beg‘uborki, uning beg‘ubor go‘zalligiga qoyil qolmay ilojingiz yo‘q. Ammo bir narsa shuki, o‘sha haykal, qanchalik mukammal ko‘rinmasin, aslida nuqsonlarga to‘la. Ha, siz meni to'g'ri eshitdingiz. Mukammal kristalldagi nuqsonlar. Ajablanarlisi, shunday emasmi?

Ko'ryapsizmi, mukammallik kulgili narsa. Biz buni ko'pincha bu erishib bo'lmaydigan ideal, faqat tushimizda mavjud bo'lgan narsa deb o'ylaymiz. Lekin, aslida, mukammallik shunchaki xayoldir. Bu biz o'z kamchiliklarimizni yaxshiroq his qilish uchun yaratgan konstruksiyamiz. Va bu kristallar olamidan ko'ra aniqroq emas.

Kristallar, ularning yadrosida, atomlarning takrorlanuvchi naqshlaridan iborat. Va mukammal kristallda bu naqshlar hech qanday uzilishlar va tartibsizliklarsiz abadiy davom etadi. Lekin taxmin qiling, nima? Haqiqiy dunyo bunday ishlamaydi. Aslida, kristallar nuqsonlar bilan to'lib-toshgan - aks holda benuqson tuzilishni buzadigan kichik kamchiliklar.

Bu nuqsonlar turli shakllarda bo'lishi mumkin. Atom etishmayotgan yoki noto'g'ri joylashtirilgan nuqta nuqsonlari mavjud. Atomlar qatori joyida bo'lmagan chiziq nuqsonlari mavjud. Va keyin kristallning tashqi qatlami kerakli darajada silliq bo'lmagan sirt nuqsonlari mavjud. Bu hech qachon tugamaydigan bekinmachoq o'yiniga o'xshaydi, kamchiliklar doimo bizni aniqlashdan qochishga harakat qiladi.

Ammo bu erda bir narsa bor: bu nuqsonlar uyaladigan yoki yashiradigan narsa emas. Aslida, ular kristallarni juda jozibali qiladigan narsadir. Ular har bir kristallning o'ziga xos xususiyatini, hikoya qilish uchun o'z hikoyasini beradi. Ushbu nuqsonlarsiz kristallar zerikarli, bir xil tuzilmalardan boshqa narsa bo'lmaydi. Aynan nuqsonlar ularga hayot baxsh etadi, ularni nomukammal qiladi.

Shunday qilib, keyingi safar kristallga duch kelganingizda, diqqat bilan qarang. Unga shunchaki beg‘ubor asar sifatida qaramang, balki nomukammallik go‘zalligidan dalolat beradi. Kamchiliklarni quchoqlang, ularni nishonlang va ular sizga mukammallik haddan tashqari oshirilganligini eslatsin. Zero, hayotni qiziqarli qiladigan, yashashga arziydigan nuqsonlardir.

Shu bilan birga, do‘stlarim, sizlarni shunday fikrda qoldiraman: balki, balki, barkamollikka intilish emas, balki so‘roq qilinadigan narsadir. Balki bizni haqiqatan ham nomukammalliklarimiz qiladi. Shunday qilib, u erga boring va o'z kamchiliklaringizni qabul qiling, chunki ular sizni o'zingizning nomukammalligingizda mukammal qiladi.

Havolalar va havolalar

  1. Entoni Kelli va Kevin Groves tomonidan kristallografiya va kristall nuqsonlar
  2. Prof.Dr Volfgang Kinzelbax tomonidan "Kristallardagi nuqsonlar" ma'ruza kursi skripti
  3. 12.4: Bryus Averill va Patrisiya Eldredj tomonidan "Umumiy kimyo: printsiplar, naqshlar va ilovalar" kitobidagi kristallardagi nuqsonlar bo'limi
  4. Charlz Kittelning "Qattiq jism fizikasiga kirish" kitobidagi "Kristal kamchiliklari" bo'limi

Mavzu bo'yicha mening maqolam:

Mukammal kristal nima va ular nima uchun mavjud emas?

Ulashish…