Dyslokacje w kryształach. ach. Keshra Sangwal, Politechnika Lubelska. Literatura

Transkrypt

1 Dyslokacje w kryształach ach Keshra Sangwal, Politechnika Lubelska I. Wprowadzenie do defektów II. Dyslokacje: podstawowe pojęcie III. Własności mechaniczne kryształów IV. Źródła i rozmnażanie się dyslokacji V. Dyslokacje a wzrost kryształów Literatura 1) D. Hull, Dyslokacje (PWN, 1982). 2) M. Suszyńska, Wybrane zagadnienia z fizyki defektów sieciowych (Ossolineum, 1990). 3) J.C. Brice, The Growth of Crystals from Liquids (North-Holland, 1973). 4) A.A. Chernov (red.), Modern Crystallography: Crystal Growth (Springer, 1984). 5) K. Sangwal, R. Rodriguez-Clemente, Surface Morphology of Crystalline Solids (Trans Tech, Zurich, 1991).

2 I. Wprowadzenie do defektów w kryształach ach Koncepcja idealnego kryształu użyteczna - Niektóre własności kryształów, np. gęstość, ciepło właściwe, podatność dielektryczna, niezależne od szczegółów struktury krystalicznej Żaden rzeczywisty kryształ nie jest idealny Występują liczne wady (defekty, niedoskonałości). Wiele własności, np. wytrzymałość, przewodnictwo elektryczne, histereza magnetyczna, itp., bardzo czułych na stopień niedoskonałości.

3 Rodzaje defektów w kryształach - Drganie cieplne atomów 0 Defekty punktowe Luki, atomy międzywęzłowe, atomy domieszkowe (zanieczyszczenia chemiczne) 1 Defekty liniowe Dyslokacje: krawędziowe, śrubowe, mieszane 2. Defekty powierzchniowe Powierzchnie zewnętrzne kryształu, powierzchnie wewnętrzne kryształu (granice ziaren, granice bliźniaków, błędy ułożenia 3 Defekty objętościowe

4 II. Dyslokacje: podstawowe pojęcie Geometria i ogólne cechy dyslokacji krawędziowa, śrubowa Energia odkształcenia sprężystego Dyslokacji (odniesiona do jednostkowej długości): 2 Gb r (6-10 ev) E el = ln 4πK r0 Energia jądra dyslokacji E core < 3R G T m. E core /E el < 1/10

5 Wektor Burgersa i kontur Burgersa LD Linia Dyslokacji b LD b LD b 1 = b 2 + b 3 E 1 > E 2 + E 3 b - wektor jednostkowy

6 Granice ziaren Ogólne równanie b θ = 2sin D 2 Dla małych kątów: θ = b/d. Granice tworzone przez dyslokacje: - krawędziowe -śrubowe. Granica daszkowa - niskokątowa - szerokokątowa Granica skręcona

7 Błędy ułożenia i wektory częściowe Struktura hcp i fcc

8 Dyslokacje cząstkowe i wektory częściowe Metale: Mg, Cd, Zn Struktura: hcp Płaszczyzna najgęstszego upakowania: (1000) Kierunek najgęstszego upakowania: <1120> Jednostkowy wektor sieciowy: (1/3)<1120>

9 Niektóre metody ujawnienia dyslokacji Spirale wzrostu Trawienie chemiczne Trawienie termiczne Technika dekoracyjna Metody topograficzne Metoda fotoelastyczna Mikroskopia elektronowa J.J. De Yoreo et al., w: Advances in Crystal Growth, Eds. K. Sato et al., Elsevier, 2001, p Literatura: - K. Sangwal, Etching of Crystals, North-Holland, D. Hull, Dyslokacje, PWN, 1982.

10 Przykłady dyslokacji (b) (a) Dekoracja Topografia rentgenowska Lefaucheux et al., JCG 67 (1984) 541.

11 III. WłasnoW asności mechaniczne kryształów Wytrzymałość monokryształów na ścinanie... d Dla małych odkształceń sprężystych, naprężenie ścinające σ = Gx / σ = σ kr = Ga 2πd Ga 2πd d W całym zakresie Teoretyczne dla d = a: G/σ kr < 10 Doświadczalne dla różnych kryształów: G/σ kr = sin 2πx a Krytyczna wartość naprężenia ścinającego

12 Ruch dyslokacji Pojęcie poślizgu Naprężenie styczne: τ = (F/A) cosφ cosλ. τ c - krytyczne naprężenie poślizgu. System poślizgu: (100)[010]. Pierwotny i wtórny system poślizgu.

13 Poślizg i dyslokacje Ten ruch jest tylko dla dyslokacji krawędziowych

14 Poślizg poprzeczny W kryształach metali: Płaszczyzny gęstego upakowania typu (111) mają wspólny kierunek typu [101]. Składowe dyslokacji śrubowych mogą się ślizgać w obu płaszczyznach.

15 Wspinanie się dyslokacji Wspinanie się dodatnie lub ujemnie

16 Zależność naprężenia od odkształcenia θ - współczynnik umocnienia lub moduł plastyczności θ 1 etap łatwego poślizgu θ 2 etap liniowego umocnienia θ 3 etap relaksacji odkształcenia

17 IV. Źródła a i rozmnażanie anie się dyslokacji Dyslokacje podczas wzrostu Mechanizm I: prążki wzrostu (step bunching) i makrostopnie Domieszki Dyfuzja objętościowa

18 Inkluzje i skupiska domieszki Inkluzje Dyslokacje

19 Dyslokacje niedopasowania Epitaksja - homo-epitaksja - hetero-epitaksja Mechanizm II: Parametry sieci podłoża i warstwy wzrostu Liniowa gęstość dyslokacji niedopasowania ρ= a 2 a1 a 2, a1a 2 a gdzie a1 a2 a. Lefaucheux et al., JCG 67 (1984) 541.

20 Dyfuzja wakansów i atomów Mechanizm III Kondensacja wakansów i atomów międzywęzłowych

21 Zarodkowanie i rozmnażanie dyslokacji Mechanizm IV Naprężenia wewnętrzne Naprężenia lokalne (np. naprężenia termiczne) - Zarodkowanie Naprężenia w dużych obszarach - Rozmnażanie

22 V. Dyslokacje a wzrost kryształów Geometria dyslokacji Mechanizm wzrostu J.J. De Yoreo et al., w: Advances in Crystal Growth, Eds. K. Sato et al., Elsevier, 2001, p Powierzchnie wzrostu