Luki - rodzaje

• W sieci krystalicznej między węzłami tworzą się dwa

rodzaje przestrzeni międzywęzłowych – tzw. Luk,,
związane jest to z gęstością wypełnienia przestrzeni (objętości
komórki) atomami.

• W kryształach czystego pierwiastka nie są one obsadzone

żadnymi atomami.

• W stopach metali lub zanieczyszczonych metalach w lukach

tych mogą występować atomy innych pierwiastków o
odpowiednio małej średnicy, np. atomy węgla w sieci Fe-gama.

• Rodzaje luk

– Ośmiościenna (oktaedryczna)-wolna przestrzeń w strukturze

krystalicznej między sześcioma atomami, których środki tworzą
naroża ośmiościanu,

– Czworościenna (tetraedryczna) – wolna przestrzeń, w

Rodzaje luk międzywęzłowych dla

struktury

A1 (RSC)

• Luka oktaedryczna
• Ośmiościenna (oktaedryczna) – wolna przestrzeń w

strukturze krystalicznej między sześcioma atomami,
których środki tworzą naroża ośmiościanu.

• Największa kula, jaka mieści się w luce r=0,414R.
• Luka tetraedryczna
• Czworościenna (tetraedryczna) – wolna przestrzeń w

strukturze krystalicznej między czterema atomami,
których środki tworzą naroża czworościanu

• Największa kula, jaka mieści się w luce r=0,225R.

Luki w sieci

A1 RSC (FCC)

• Luka w sieci A1 RSC (FCC)
• FCC przestrzeń tetraedryczna
• FCC przestrzeń oktaedryczna

Luki w sieci

RPC

i

HZ (BCC

i

HCP)

• BCC przestrzeń tetraedryczna
• HCP przestrzeń oktaedryczna

• Defekty punktowe

– Wakanse
– Luki

Defekty liniowe

• Liniowymi wadami budowy

krystalicznej są dyslokacje

• Do głównych rodzajów dyslokacji

należą

– Dyslokacje krawędziowe,
– Dyslokacje śrubowe,
– Dyslokacje mieszane.

Dyslokacja krawędziowa

•

Dyslokacja krawędziowa stanowi krawędź
ekstrapłaszczyzny, tj. półpłaszczyzny sieciowej
umieszczonej między nieco rozsuniętymi
płaszczyznami sieciowymi kryształu o budowie
prawidłowej.

•

W wyniku poślizgu wzdłuż płaszczyzny p-p
występuje niezgodność w układzie atomów, gdyż
powyżej nie znajduje się jeden atom więcej niż
poniżej, co ułatwia przesuwanie się dyslokacji.

•

Schemat powstawania dyslokacji krawędziowej
przez poślizg w płaszczyźnie p-p.

Dyslokacja krawędziowa

• Przekrój kryształu zawierającego

dyslokację krawędziową w kolejnych
stadiach jej ruchu aż po wyjście na
powierzchnię kryształu.

Poślizg dyslokacji

krawędziowej

• Przemieszczanie dyslokacji w płaszczyźnie

poślizgu pod działaniem naprężeń statycznych
przebiega aż do powierzchni kryształu, na
której tworzy się uskok o wielkości b.

• Schemat tworzenia się uskoków dyslokacyjnych

na powierzchni kryształu w wyniku poślizgu:

– Jednej i (górną płaszczyznę przesuwa się w prawo)
– Dwóch różnoimiennych (górną w prawo, dolną w

lewo.

• Dyslokacji krawędziowych w jednej

płaszczyźnie poślizgu (według R.E. Reeda-Hilla).

Dyslokacja krawędziowa

• Wielkość lokacji i wywołane nią odkształcenie charakteryzuje wektor Burgerssa b (z linią nad

b).

• W zlaeżności od położenia dodatkowej półpłasczyzny dyslokacje mogą być: dodatnie +

oznaczone (odwrócone T)(ekstrapłaszczyzna leży nad płaszczyzną poślizgu) lub ujemne –
oznaczane T.

• Wektor Burgersa wyznacza się tworząc tzw. kontur Burgersa. Dyslokacja krawędziowa ma

wektor Burgersa prostopadły do swojej linii. Wykreślony na krysztale idealnym kontur
Burgersa zamyka się tworząc równoległobok np. A123B.

• Przekrój poprzeczny kryształu idealnego.
• A,B – odpowiednio początek i koniec konturu Burgersa.

• Przekrój poprzeczny kryształu zawierającego dyslokację krawędziową dodatnią (odwrotne T) i

ujemną T.

• A,B – odpowiednio początek i koniec konturu Burgersa.
• B – wektor Burgersa (zamyka B z A, to ilość atomów, których jest za dużo w jednym z boków).
• Gdy w krysztale występuje dyslokacja, czworobok konturu Burgersa wykreślonego wokół linii

dyslokacji nie zamyka się.

Ruch dyslokacji

• Dyslokacje mogą się przemieszczać

przez:

– Poślizg, pod wpływem naprężeń

stycznych (równoległych do wektora
Burgersa),

– Wspinanie, pod wpływem naprężeń

normalnych (prostopadłych do
ekstrapłaszczyzny) i w odpowiednio
wysokiej temperaturze (dyfuzyjny ruch
dyslokacji).

Wspinanie dyslokacji pod wpływem

naprężeń normalnych (prostopadłych

do ekstrapłaszczyzny)

• Wspinanie powoduje ruch dyslokacji krawędziowych w

kierunku prostopadłym do płaszczyzny poślizgu i jest
związane z ruchem dyfuzyjnym wakancji do (lub od)
krawędzi dyslokacji.

• Cechuje się ono tym, że proces następuje atom po atomie.
• Wspinanie może skręcać ekstrapłaszczyznę i wtedy nazywa

się dodatnim lub wydłużać i w tym przypadku jest
nazywane ujemnym.

• Zbliżenie się wakancji do dyslokacji powoduje, że

ekstrapłaszczyzna ulegnie skróceniu lokalnie o jeden atom.

• Kolejne stadia wspinania się dyslokacji krawędziowej:

– Wspinanie dodatnie,
– Wspinanie ujemne.

Ruch dyslokacji – rozmnażanie się

dyslokacji

•

Dyslokacje mogą powstawać w wyniku działania źródła dyslokacji zwanego
źródłem Franka-Reada.

•

Segment dyslokacji może przesuwać się w płaszczyźnie poślizgu z wyjątkiem
jego końców, które są zakotwiczone. Pod wpływem działającego na
płaszczyźnie poślizgu naprężenia stycznego segment dyslokacji krawędziowej
c-d wygina się w łuk.

•

Kolejne stadia działania źródła Franka Reeda.

•

Zakotwiczony na końcach segment dyslokacji c-d

•

Poz. 1 i 2 wygięta linia dyslokacji,

•

Poz 3 – zetknięcie się wygiętej dyslokacji w punkcie m,

•

Poz.4 – powstanie pętli dyslokacyjnej i dyslokacji c-d.

•

Dalsze działanie naprężeń powoduje wzrost krzywizny linii dyslokacji kolejno do
położenia 2 i 3. Przy położeniu 3 wygięta linia dyslokacji styka się w punkcie m.

•

Ponieważ jednak obie stykające się części mają w tym punkcie orientację o
przeciwnych znakach, znoszą się i linia dyslokacji dzieli się na dwie części.
Jedna z nich stanowi zamkniętą pętlę 4, druga zregenerowany segment
dyslokacji c-d, zdolny do powtórzenia cyklu.

Dyslokacja śrubowa

• Dyslokacja śrubowa powstaje gdy wszystkie atomy

na części płaszczyzny poślizgu zostaną przesunięte
o jedną odległość atomową w tym samym kierunku,
równolegle do granicy tego przesunięcia.
Płaszczyzny atomowe prostopadłe do linii dyslokacji
tworzą powierzchnię śruby, a dyslokacja śrubowa
jest osią tej śruby.

• Poślizg związany z ruchem dyslokacji śrubowej

polega na przemieszczaniu się linii dyslokacji
śrubowej w głąb kryształu, prostopadle do działania
naprężenia stycznego t.

• Schemat ruchu dyslokacji śrubowej w krysztale.

Dyslokacja śrubowa

• Dyslokacje śrubowe mogą być

prawoskrętne lub lewoskrętne, co
oznacza się odpowiednio:

• (półokrąg ze strzałką zgodnie ze

wskazówkami zegara z kropką w
środku)

• Lustrzane odbicie tego powyżej.

Dyslokacja śrubowa

•

Dyslokacja śrubowa to defekt liniowy struktury
krystalicznej spowodowany przemieszczeniem
części kryształu wokół osi, zwanej linią dyslokacji
śrubowej.

•

Schemat dyslokacji śrubowej w krysztale o sieci
regularnej, prymitywnej.

•

Wektor Burgersa b(z minusikiem nad b)
dyslokacji śrubowej jest równoległy do linii
dyslokacji śrubowej.

•

Wokół dyslokacji śrubowej występuje postaciowe
odkształcenie sieci krystalicznej.

Defekty powierzchniowe

• Defekty powierzchniowe są

dwuwymiarowe, tzn. że rozciągają się
w sieci na znaczne odległości w
dwóch wymiarach w porównaniu z
trzecim – ich szerokością.

• Do defektów powierzchniowych

zaliczamy:

– Granice ziarn różnych typów,
– Granice międzyfazowe,
– Błędy ułożenia.

Granice ziarn

• Granica ziarn jest strefą, w której występuje

atomowe niedopasowanie struktury krystalicznej
sąsiednich ziarn, a więc atomy są ułożone mniej
gęsto, a jednocześnie występuje zakłócenie
regularnej budowy kryształu.

• W wyniku przesunięcia atomów z położeń o

najniższej energii, w granicy jest nagromadzona
wyższa energia niż w ziarnach, co powoduje, że
granice łatwiej się trawią i są silniej narażone na
korozję (tzw. Korozję międzykrystaliczną).

• Energia granic ziarn – podwyższenie energii w

granicy.

Granica ziarn

• Ułożenie atomów i odległości między

atomami nie są równowagowe w
granicy ziarn. Atomy w granicy są
ułożone luźniej niż wewnątrz ziarn.

Rodzaje granic ziarn

• Pod względem budowy granice ziarn dzieli się na:

– Wąskokątowe (wartość kąta (theta [kulka z minusikiem]) do ok. 10-20

stopni)

– Szerokokątowe dla większych kątów theta.

• Z granic szerokokątowych wyróżnia się:
• Granice przypadkowe,
• Granice specjalne.

• Do granic specjalnych zalicza się np. granice bliźniacze.
• Granice bliźniacze tworzą się przy ściśle określonej dezorientacji

ziarn, tak że granica (płaszczyzna bliźniacza) jest symetrycznie
nachylona do określonej płaszczyzny krystalograficznej o niskich
wskaźnikach w obydwóch kryształach.

• Fragmenty ziarna oddzielone płaszczyznami bliźniaczymi są

nazywane bliźniakami.

• Schemat symetrycznej granicy bliźniaczej.