Кристалл яшықтың қүрылым кемшіліктері



Жұмыс түрі:  Диссертация
Көлемі: 53 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 400 теңге
Таңдаулыға:   
Тегін:  Антиплагиат

Қандай қате таптыңыз?

Рақмет!






АЯУ
ru
МЕНЮ
АДМИНИСТРАТОР
baltabaeva_alyon@mail.ru
ГЛАВНАЯ КАБИНЕТ
НАВЕРХ
ВЕРСИЯ ДЛЯ ПЕЧАТИ
ЭКСПОРТ
СПРАВКА
СОХРАНИТЬ
ЕЩЁ...
КРАТКИЙ ОТЧЕТ
1102
скрыть номера источников
ПОИСК ПО БЛОКАМ
Заимствования
Цитирования
Выключенные блоки
ПРЕДЫДУЩИЙСЛЕДУЮЩИЙ
Полный отчет
КРАТКИЙ ОТЧЕТ
ВЕРСИЯ ДЛЯ ПЕЧАТИ
ЭКСПОРТ
СПРАВКА
СОХРАНИТЬ
ЕЩЁ...
Ахмедов Адхам 604
ПРОВЕРЕНО: 14.05.2019 07:44:42Языки текста документа: русский, английский, казахскийКОРРЕКТИРОВКА: 14.05.2019 07:46:49
ТЕКСТОВЫЙ ВИД
Ф-ОБ -- 03301 8
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫН БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ
МИНИСТРЛІГІ
ҚОЖА АХМЕТ ЯСАУИ АТЫНДАҒЫ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ-
ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ
ӘОЖ - 531.62 Қолжазба ретінде
Ахмедов Адхам
АУЫСПАЛЫ МЕТАЛ ҚОРТПАЛАРЫНДАҒЫ
НАНОҚҮРЫЛЫМДЫҚ АУЫСУ МЕН АҚАУЛАРДЫН
РЕТТЕЛУІН ЗЕРТТЕУ
6М060400 - ФИЗИКА мамандығы бойынша физика ғылымдарының
магистрі академиялық дәреже алу үшін
магистрлік диссертация
Түркістан-20 19
Ф-ОБ -- 03301 8
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫН БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ
МИНИСТРЛІГІ
ҚОЖА АХМЕТ ЯСАУИ АТЫНдАғы ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ-
ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ
Қорғауға жіберілді:
Физика кафедрасының
меңгерушісі, ф.-м.ғ.д., профессор
Т.А.Түрмамбеков
2019 ж.
АУЫСПАЛЫ МЕТАЛ ҚОРТПАЛАРЫНДАҒЫ
НАНОҚҮРЫЛЫМДЫҚ АУЫСУ МЕН АҚАУЛАРДЫН
РЕТТЕЛУІН ЗЕРТТЕУ
6М060400 - ФИЗИКА мамандығы бойынша физика ғылымдарының
магистрі академиялық дәреже алу үшін магистрлік диссертация
Мамандығы: 6М060400 - ФИЗИКА
Мағистрант А.Ахмедов
Ғылыми жетекші,
Ф.-м.ғ.д., проф. Т.А.Түрмамбеков
ТҮРКІСТАН - 2019
2
Ф-ОБ -- 03301 8
Ф-ОБ-03301 8
MA3MYenHLI
KIPICHE ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
Ауыспалы метал қорытпаларындағы әртүрлі
1
энергиялы ақаулары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
1.1 Метал қортпаларының ішкі
қүрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 9
1.2 Ауыспалы метал қорытпаларындағы моно- және
поликристалдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 20
1.3 Наноқүрылым аралық атомдар және вакансия
ақаулары ... ... . 25
1.4 Ауыспалы метал қорытпаларының созылу
деформациясы ... . 28
1.5 Ауыспалы метал қорытпаларындағы механикалық
қосарлану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 36
1.6 Ауыспалы метал қорытпаларындағы
Дислокация ... ... ... ... ... . 41
Ауыспалы метал қортпаларындағы жоғары
2 температурадағы наноқүрылымдық ауысу мен
ақаулардын
реттелуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 47
2.1 Ауыспалы метал қортпаларындағы бір өлшемді реттелген
кристалдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 47
2.2 Ауыспалы метал қортпаларындағы гексагональды тығыз
орналасқан кристалдардың бір
реттелінуі ... ... ... ... ... ... ... ... .. 60
2.3 Ауыспалы метал қортпаларындағы үзын периодты
қүрылымдардың
ерекшеліктері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 66
2.4 Ауыспалы метал қортпаларындағы біртекті емес
ақаулардын реттеліп тығыз жинақталған
кристалдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... 74
КОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 80
4
Ф-ОБ-03301 8
ПАЙДАЛАНЫЛРАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 81
АНЬ1КТАМАЛАР
Ретсізделіну - қорытпалардағы механикалық немесе термиялық
әсерден болатын жақын немесе алыс реттелудің бүзылуы.
Мартенсит - кристалданған қатты денелердің бір фазадан
екінші фазаға өткен кездегі қүрылымидық бөлігінің бірі.
Мартенситтік өзгеріс - суытылған кездегі тазаауыспалыауыспалы
металдардағы, қортпалардағы диффузиясыз фазалық өзгеріс.
Форм фактор (қүрылымдық фактор) - қүрылымдық қүрамды
немесе бөлшек формасы мен өлшемін комбинациялық түрде
сипаттайтын өлшемсіз шама.
Кристал яшығының энергиясы - Шексіз арақашықтықта
кристалды қүрайтын бөлшектердің өз ара алшақтауға керек энергия.
Кристал яшығының ақауы - кристал яшықдағы бөлшектердің
орналасуындағы қатаң периодтылығының бүзылуы.
Катпарлану - Қортпаларда болатын қүбылыс. Кристалл
яшықларының түйініндегі атом компаненттерінің толық статистикалық
таралмауы.(атом жанындағы атомдар сол атомдардан түратындығын
сипаттайды).
Сегрегация - Шекаралық аймақта немесе бос (еркін) бетте
негізгі қортпадан тек химиялық қүрамымен анықталатын алап.
Орналасу ақауы - Кристал яшығына сипатты тығыз орналасқан қабат
ретінің бүзылуына себеп болған кристал яшығының қабатшасын
айтамыз.
Косарланған мартенсит - Жіңішке параллель қосарланған
қабатшадан түратын кристалдардың ортасындағы қосарланған аймақ.
Шынықтыруда пайда болған мартенсит - мартенситті өзгерістің
басталу температурасынан суыту нәтижесінде төмен температурада
пайда болған мартенсит.
Деформацияланған мартенсит - мартенситті өзгерістің аяқталу
температурасынан жоғары температурада пластикалық деформация
кезінде пайда болған мартенсит.
Кернеулік мартенсит - мартенситті өзгерістің басталу темпера-
турасынан жоғары температурада серпімді кернеу нәтижесінде пайда
болған мартенсит.
Ф-ОБ -- 03301 8
Термомеханикалық мартенсит - тапсырыс бойынша қүрылымы
мен қасиетін өзгерту үшін, температуралық және механикалық,
комплексті операциядан алынған мартенсит.
Қүрылымдық өзгеріс -ауыспалыауыспалы металдар мен
қортпалардың термодина- микалық шарттарының өзгерісінен пайда
болған микроструктуралық өзгеріс процесі.
Фазалық өзгеріс - жүйенің фазалық күйінің өзгерісі
Конструкциялық материал - қүрылыс,машина жасау, машиналар
мен механизмдердегі әртүрлі бөлшектерді жасауға арналған
комплекстік физитко-механикалық қасиеті бар материал.
Инструменталды материал - қатаңдығы, қаттылығы, төзімділік
қасиеті жоғары қасиеті бар материал.
Тығыз орналасу Ш) - кристал жазықтығының мүмкін болатын
максимал орналасуын көрсететін кристал яшығының сипаттамасы.
Қорытпалар - екі немесе одан да көп химиялық элементерден
түрыпауыспалыауыспалы метал сипатты қасиеті бар, сүйық күйден
қатты агрегаттық күйге өткен біртекті жүйе.
Метал қорытпалары -ауыспалыауыспалы металдық қасиеті бар,
бір немесе одан көпауыспалыауыспалы металдар негізінде қуралған
қатты дене.
Дислокаңия - кристал ішінде аймақтық ығысу тудырып, атом
жазықтығының дүрыс реттелуін бүзатын, кристалл яшығының ақауы.
Фаза - қасиеті өзгеріп басқа бөліктерінен беттік шекарамен
бөлінген,химиялық қүрамы, кристалдық қүрылымы және физикалық
қасиеті жағынан гетерогенді термодинамикалық жүйе.
Ш - Бірөлшемді реттелген кристал.
% -Орналасу ақауы.
Ш - Ығысып орналасу.
№ -- Қүрылымдық ығысып орналасу
АЫО - Ақаудың ығысып орналасуы.
№ -- топтың ығысып орналасуы.
Ш - Көлемі ңентрленген куб
Ш - Гексагональды тығыз орналасу
Ш - Жағы ңентрленген куб
Ф-ОБ -- 03301 8
К1Р1СПЕ
Зерттеудің көкейкестілігі. Елбасы Н.Ә.Назарбаевтың Қазақстан-
2050 стратегиясы қалыптасқан мемлекеттің жаңа саяси бағыты атты
Қазақстан халқына Жолдауында Біздің жастарымыз оқуға, жаңа
ғылым-білімді игеруге, жаңа машықтар алуға, білім мен
технологияны күнделікті өмірде шебер де тиімді пайдалануға тиіс.
Біз11 бүл үшін барлық мүмкіндіктерді жасап, ең қолайлы
жағдайлармен қамтамасыз етуіміз керек7 . Жоғары оқу орындары
білім беру10 қызметімен шектеліп қалмауы тиіс. Олар қолданбалы
және ғылыми-зерттеушілік10 бөлімшелерін қүруы және дамытуы қажет
- деп атап10 көрсетілген.
Қазақстан Республикасының Білім туралы Заңында Білім беру
жүйесінің басты міндеті - үлттық13 және адамзаттық қүндылықтар,7
ғылым мен практика жетістіктері негізінде жеке адамды
қалыптастыруға және кәсіби шыңдауға бағытталған білім15 10 және тәрбие
алу үшін қажетті жағдайлар жасау7 , оқыту және тәрбие берудегі
жаңа технологияларын енгізу, білім беруді10 ақпарттандыру,
халықаралық ғаламдық коммуникациялық желілерге шығу10 делінген.
Қазіргі таңда жаңа технологияларды игеру кезеңінде өндірістік
сүраныстарға сәйкес жоғарғы сапалы материалдарды алу ғылыми-
техникалық прогресстің маңызды бөлігінің бірі болып табылады.
Әсіресе қатаңдығы немесе иілгіштігі жоғары, жоғары температураға
және коррозияға төтеп беретін, әрі жеңіл ауыспалыауыспалы
металдарды өндіру басты мәселеге айналып отыр. Осы орайда,
ауыспалыауыспалыауыспалы металдардағы әртүрлі энергиялары бар
ақау реттеулерін зерттеу және оларды басқару қойылған сүранысқа
сайауыспалыауыспалы метал түрін алуға мүмкіндік береді. Мүндай
зерттеулерді жүзеге асыру өте қымбат, және технологиялық жағынан
өте қиын екендігін ескерсек әртүрлі энергиялы ақау реттеулері
барауыспалыауыспалы металдардағы Фазалық өзгеруды моделдеу, яғни
эксперимент жасауға мүмкіндік беретіндей нақты жағдайға жақын
компьютерлік моделін жасаудың өзектілігі айдан анық.
7
Ф-ОБ -- 03301 8
Зерттеудің мақсаты Әртүрлі энергиялы ақау реттелулері
барауыспалыауыспалы металдардағы Фазалық өзгеру тақырыбы
бойынша бар мәліметтерді талдай отырып бір жүйеге келтіріп,
қолданушыға әр-түрлі мақсатта пайдалануға, мәліметтерді толықтыруға
мүмкіндік беретін модель қүру.
Зерттеу нысаны. Әртүрлі энергиялы ақау реттелулері бар
ауыспалы металдардағы фазалық өзгеру процесінің моделі.
Зерттеу пәні. Әртүрлі энергиялы ақау реттелулері бар
ауыспалыауыспалыауыспалы металдардағы фазалық өзгеру процесі.
Зерттеудің ғылыми болжамы: егер, әртүрлі энергиялы ақау
реттелулері бар ауыспалы металдардағы Фазалық өзгеру процесінің
компьютерлік моделін зерттеуші қолданар болса, алдымен зерттелгелі
отырған мәселеге үқсас мәліметтерді мәліметтер қорынан тез іздей
алу, зерттеу нәтижесінде алынған жаңа мәліметтермен қорды
толықтыра білу, алынған мәлметтерді сараптай алуға қол жеткізу.
Зерттеудің міндеттері:
Алға қойылған мақсаттарға қол жеткізу үшін және зерттеудің
ғылыми болжамын тексеру үшін келесі міндеттерді шешу қажет:
- Ақау түрлерін классификациялау.
- Әзірше белгілі болған ақауға әсер ететін барлық факторларды теру.
-ауыспалыауыспалы металдардағы Фазалық өзгерулардың физикасын
толық зерттеу.
- Алынған мәліметтердің барлығын нормалап базасын жасау.
-ауыспалы металдардағы ақаулардың зерттелетін бөлігін іріктеп алып,
мейлінше табиғи жағдайға жақын түрде зерттеуге мүмкіндік беретін
моделін қүру.
Зерттеу жүмысының әдіснамалық және теориялық негіздерін
ауыспалы металдардағы ақаулар теориясы мен компьютерлік
моделдеу әдістер жүйесі қүрайды.
Зерттеу көздері: қатты денелер физикасын зерттеген әлемдік
ғалымдардың еңбектері және физикалық процесстерді моделдеуге
байланысты жазылған ғалымдар еңбектері.
Зерттеудің ғылыми жаңалықтары:
- алғаш рет кристалдардың ақауларының базасы қүрылуда.
- Металдардағы Фазалық өзгерудың моделі жасалынуда.
Зерттеудің теориялық маңыздылығы болашақ физика
мамандығының зерттеушілеріне ауыспалы металдардағы Фазалық
өзгеру процесі және ақаулар жайында мәліметтерді салыстыруға
саралауға көмек беретін қүрал ретінде маңызды.
Зерттеудің практикалық маңыздылығы. Физиканың басқа да
салаларын моделдеу үшін әдістемелік қүрал ретінде пайдалану.
Базада сақталған мәліметтерді болашақ зерттеулер үшін қолдану.
Диссертация қүрылымы мең мазмүны: Диссертация
нормативтік сілтемелер, белгілеулер мен қысқартулардан, кіріспе, екі
8
Ф-ОБ -- 03301 8
бөлімнен, зерттеудің негізгі түжырымдары келтірілген қорытындыдан,
зерттеу барысында пайдаланылған әдебиеттер тізімінен және
қосымшалардан түрады.
Кіріспе бөлімінде зерттеу мәселесінің өзектілігі негізделеді,
зерттеу мақсаты, оның объектісі, болжамы және міндеттері
қалыптастырады, зерттеу әдістері, ғылыми жаңалығы және
практикалық маңызы сипатталып, қорғауға шығарылған негізгі
қағидалар т.б мәліметтер баяндалып, диссертацияның қысқаша
мазмүны келтірілген.
Бірінші бөлімде - ауыспалыауыспалы металдардағы реттеу
ақаулары мен Фазалық өзгерулардың теориялық негіздері мен
ерекшеліктері зерделенді.
Екінші бөлімде -ауыспалы металдардағы Фазалық өзгеруды
моделдеудің математикалық аппараттары мен моделдеу кезеңдері
сараланды.
Қорытындыда жүргізілген зерттеудің негізгі нәтижелері, сондай-
ақ әрі қарайғы зерттеулерде қолдану жөніндегі түжырымдар
баяндалған.
10
Ф-ОБ -- 03301 8
Ф-ОБ -- 03301 8
1 Ауыспалы метал қортпаларындағы әртүрлі
энергиялы ақаулары
1.1 Метал қортпаларынын ішкі қүрылымы
Табиғатта кез келген денелер атомдардан қүралады.
Атом деп - қарапайым заттың барлық химиялық2 қасиеттері ие
болатын және осы затқа тән химиялық2 әрекеттесуінің барлық түріне
түсетін үсақ түйірлерін айтамыз. Әр түрлі элементтердің
11
Ф-ОБ -- 03301 8
атомдарының өлшемдері әр түрлі. Олар атомдардың радиусының
0,528 - ден 2,4 - 10-8см аралығында болатын2 өлшемдерімен
сипатталады, атап айтсақ, атомдар радиусы2 сантиметрдің жүздеген
миллион үлесіне сәйкес келеді [1-3].
Атомдар протондардан, нейтрондардан-бейтарап бөлшектер
қүралған оң зарядталған ядродан және теріс зарядталған ядроны
айналып2 жүретін электрон бөлшектерінен қүралады. Электрондар саны
1 -- Ден 96 -- ға дейін ауытқып жүреді және периодтық жүйедегі
элементтердің реттік санымен анықталады. Айналып2 жүретін
электрондар сипаттайтын орбиталар, қозғалатын электрондардың
энергия2 деңгейімен белгіленген, ядродан белгілі бір қашықтықта
орналасады.2 Элементтердің қасиеттері ішкі орбитада орналасқан
электрондар санына2 тәуелді болады. Бүл электрондар валенттілік деп
аталады. Бір атомның ішкі орбитасында орналасқан электрондар
басқа атомның ішні орбитасына ауыса алады және атомдар арасында
еркін қозғала алады. Бос электрондардың2 әрекеті газ атомдарының
қозғалысын сипаттайтындықтан, өте жиі бос электрондарды
электронды газдар деп атайды.2 ауыспалыауыспалы металдардағы
электронды газдардың болуы, олардың электр2 өткізгіштік және жылу
өткізгіштік қасиетінің жоғары болуымен түсіндіріледі. Бір немесе
бірнеше электронын жоғалтқан атомдар иондар деп аталады. Литий,
натрий сияқты бір2 валенттіауыспалыауыспалы металдарда бір электрон
атоммен өте2 әлсіз байланысқан, сондықтан кристалл2 түзілу кезінде
бір бос электрон пайда болады.
Екі2 валенттіауыспалыауыспалы металдарда екі электрон және
т.с.с. оңай беріледі. Бір денелер2 аморфты, ал екіншілері кристалдық
қүрылымға ие болады. Аморфты денелерде атомдар ретсіз
орналасады. Мысал ретінде шыныны, шайырды, целлюлозаны,
канифольды, эбонитті және т.с.с. жатқызуға болады,2 бірақ кейде
шыныда кристалдану болады, ол өз кезегінде шынының2
бүлдырлығына әкеледі. Бүл қүбылыс расстекловыванием деп
аталады. Аморфты денелер изотропты қасиетке ие болады - грек2
сөзінен изос (бірдей немесе2 бірыңғай) және трөпөс (сипаттама
немесе мінездеме), - барлық бағыттары бойынша бірдей дегенді
білдіреді. Кристаллдар керісінше анизотропты, атап айтсақ, олардың2
қасиеттері әр түрлі бағыттарда бірдей емес. Аморфты денелер белгілі
бір балқу температурасына ие болмайды. Олар балқымайды, тек
қана2 жүмсарады. Осы күйден сүйық күйге өту баяу сүйық
тамшылардың түзілуінсіз өтеді.
Барлық ауыспалы металдар кристалдық денелерге жатады.
Дененің кристалдық қүрылымы оны қүрастыратын бөлшектердің
(молекулалар мен атомдар)2 дүрыс орналасуымен сипатталады, яғни2
кристалл яшығы кеңістік яшығын қүрайды, яшықтың түйінінде
бөлшектер (атом, молекула) орналасқан болады, сонымен қатты
12
Ф-ОБ -- 03301 8
Денені күрайды.
Элементтердің кеңістіктік яшыклары бірнеше түрлері
аныкталғанІ 1 -8] .
Бірінші түрі - қарапайым яшық. 1 суретте карапайым яшығы
сипатталған. Атомдар түйіндерінде, яшык орталарында шекара
орталарында орналасуы мүмкін.
А'
А' xv
(A
`У Д?"
a . б fl
Сурет 1. Қарапайым
ЯШБІҚ.
Екінші түрі - көлем ңентрленген яшық. Осындай яшыкда
кеңістік диагональдардың киылысқан нүктесінде косымша бір бөлшек
орналаскан болады. Сондай яшыклар 2 суретте сипатталған. Көлем
ңентрленген текше яшығы бар элементтерге алюминий, кальций,
темір, стронций, родий,2 күміс, платина, алтын, корғасын және баска
да элементтер жатады.
132
Ф-2 ОБ -- 03301 8
Сурет 2. Көлем центрленген яшык.
Үшінші түрінде жак диагональдарының киылысқан4 нүктелерінде
қосымша бөлшектер орналасқан болады,4 оларды - жақ центрленген
яшықлар деп аталады (сурет 3). Көлемдік - центрленген текше
яшыкка литий, натрий, калий, титан, ванадий, хром, темір, мыс,
цирконий, ниобий, молибден, цезий, барий, тантал, вольфрам және
т.б. жатады.2
Сурет 3. Жак центрленген яшык,
Төртінші түріне тетрагөнальды яшыкларды жаткызады (сурет
4). Т етрагональды яшык марганец пен ак калайыды.
14
Ф-ОБ -- 03301 8
Сурет 4. Тетрагональды яшык.
Көлемдік - центрленген тетрагөнальды яшық- бесінші түріне
жатады (сурет 5). Көміртегі және сүр қалайы алмаздың текше
яшығы тәрізді болуы мүмкін. Олардың яшығында текшенің
бүрыштырындағы атомдардан басқа, текшенің ішінде де біркатар
атомдар болуы мүмкін. Азот, оттегі, кремний, маргенец сиякты
элементтер күрделі текше яшыкка ен боледы (альфа және бета).
. - "I'
15
Ф-ОБ -- 03301 8
Сурет 5. Көлемдік - центрленген тетрагональды яшык.
Алтынші түрі - гексагөнальды яшық (сурет 6).
Көптеген жағдайлардаауыспалыауыспалы металдар центрленген
немесе қабырғалық центрленген текше яшығына және гексагональды
яшыкка ие болады.
Сурет 6. Гексагональды яшык.
Гексагональды яшыкка берилий, көміртегі, магний, кальций,
титан, кобальт, мырыш, селен, цирконий, кадмий элементтері ие
болады.2
Соңғы жетінші түрі - ромбоэдрлік яшық. Ромбоэдрлік
яшыкларга ие болатындыр - оттегі, фосфор, күкірт, күшәла
(мышьяк), высмут және т.б.
16
Ф-ОБ -- 03301 8
Сурет 7. Ромбоэдрлік яшық.
Қатты денелердің бөлшектері кристал яшығында біртекті қатар-
қатар орналасқан. Қарастырған яшықлар қалай қалай кристаллдарды
қүруға болады көрейік. Қарапайым яшықдің немесе көлем
центрленген яшықтың үш осі бойынша орын ауыстыруымен барлық
кристалды қүруға болады, 8 суретте калың сызықпен ең кіші
параллелепипед көрсетілген.
17
Ф-ОБ-03301 8
Сурет 8. Көлем центрленген яшықдің үш осі.
Көлем центрленген яшық үяшығын сипаттау үшін 6 шаманы
беру керек: үш қырын (а, в, с) және осьтер арасындағы4
бүрыштарын (0L, [З, у). Бүл шамаларды яшық параметрлері деп
атайды. Кейбір жағдайда яшықтың симметриясын нақты айқындау
мақсатында элементар4 яшық шыңдарында ғана орналаспай, тағы4
яшық үяшығының басқа нүқтелерінде де орналасқан болады. Енді
түйіндерді, бағыттарды және яшықтың жазықтықтарын белгілеуді
қарастырайық.4 Бүл белгілеулерді Миллер индекстері деп4 атайдыг9-
10].
Координата басынан алынған қез-қелген яшық түйінінің орны х,
у, z координатасымен анықтауға болады (сурет 9).
2(sz
18
Ф-ОБ -- 03301 8
Сурет 9. Яшық түйінінің орны X, y, 2 координаталары.
Ось бойымен орналаскан X, y, 2 координаталарын төмендегі
формула арқылы анықтауға болады.
X=ma,y=nb,z=pc (1)
мүндағы а, b, с - яшық параметрлері, m, n, р - бүтін
сандар. Бірлік ретінде яшықтың а, b, с параметрлерін алсақ, онда
яшық координаталары m, n, р бүтін сандар болады. Бүл сандарды
түйін индекстері деп атайды және былай жазылады: [[4 mnp]]. Tepic
индекс болса, теріс таңба индекс4 төбесіне қойылады: [[тйр]]_
Кристалдағы бағытты сипаттау үшін бағыт индекстерін
қолданады. Бағыт индекстері [11] координата басынан тура сызық
алынады. Ол сызықтың орналасуын бірінші4 түйіннің яшық индексі
анықтайды, сызық сол бірінші4 түйіннен өтеді (сурет 10). Сондықтан
түйіннің яшық индекстері бағыт индексі де болады. Бағыт индексін
[mnp] - мен белгілейді. Бағыт4 индексінің анықтамасы бойынша, оны
үш ең кіші4 бүтін сан анықтайды. Мысалы, координата басынан
және [[4 ООО]] түйіннен өтетін бағыт индексі [000] болады.
Сурет 10. Яшық түйінінің X, у, 2 бағыт индестері.
Мысал ретінде куб4 яшығының негізгі бағыттарын көрсетуге
болады (1.4.-сурет).4 Яшық осьтерінің индекстері: ОХ осінің индексі
19
Ф-ОБ -- 03301 8
(1001, ОУ осінің - (0101, OZ осініц - [001]. Жак Диагональдарыныц
индексі: вс жағы диагоналының индексі (01 1 1, ac жағы
диагоналының - (1011, a6 жағы диагоналының - (1101, кеңістік
диагоналының индексі - (1111.
Бағын индекстен басқа кристалл жақтарының индекстері
деген үғым қолданады. Кристалл жақтарының индестері кристалл
яшығының осьтерін қиып өтетін А, В,С кескіндер анықтайды.
Мүндай жазық теңдеуінің түрі мынадай болады:
Х Ү Z
-- + -- + -- = 1
А В C (2)
мүндағы Х, Ү, Z -- осы жазықта жататын4 нүктенің
координаталары. Егер кристалл жазығы (жағы)4 яшық түйінінен өтетін
болса ғана жақтар қарастырылады, онда жазықта жататын кез-келген
түйіннің координаталары түйін индекстеріне тең(121:
Сондықтан жазық4 теңдеуін мынадай түрде жазамыз4 :
1 1 1
т-+п-+р-=1
А B C (3)
т, 11, p бүтін сан болғандықтан, (1.3) теңдеу ІА, ІВ, ІС
қатынастар рационалды сандар болуы керек, олардың қатынастарын
h, k, l үш4 бүтін сан қатынастарымен ауыстыруға болады:
l:l:i=h:k:l
А В С (4)
Осы h, k, l сандар кристалл жазықтарының индекстерін береді,
олар былай белгіленеді: (hkl). Жазық индекстерін былай анықтайды:4
яшық осьтеріндегі жазықты қиып4 өтетін ось бірлігімен алынған А,
В, С кескіндерді сол4 кескіндердің кері мәндеріне сәйкес, яғни ІА,
ІВ, ІС етіп жазады. Алынған ІА, ІВ, ІС бөлшектерге ортақ
бөлім табады. Ортақ бөлім Д болсын дейік, онда бірінші бөлшекке
ДА, екіншіге ДВ, үшіншіге ДС боладыДА, ДВ, ДС бүтін сандар
кристалл жазығының h, k,l индекстері болады, яғни
20
Ф-ОБ -- 03301 8
(5)
Яшық осьтерін қиып өтетін А=1, В=2 және C=3 кескіндерге
сәйкес кристалл жазықтығының индексін анықтайық4 :
1 1_1_1_1_1
А В :С 1 2 3 - рационал сандар, онда жалпы4 бөлгіш 6 болады.
6 6‚Ё=& 9:2 _
Олай болса, 1 2 3 яғни 11=6, k=3, 1=2, жазық4 индекс1
(632) болады екен.
Яшық осьтерін қиып өтетін А=12, В=2 және С=13 кескіндерге
сәйкес КрИСТӘЛЛ ЖЗЗБІҒБІНБІН ИНДСКСіН анықтайық:
h= =4,K=3=Lz=ii=a
2
1,
1 1 1 _1 1 _1
А' В :С 1 2 3 -рационалды сандар. Ортақ4 бөлім 2 болады, онда
2
T
2 3 жазық индексі (416).
(5) қатынастан4 яшық осінен өтетін кескінді сол жазықтың
индексімен анықтауға болатыны4 көрініп түр, яғни
А=Д В=Д С Д
,
З
h K I (1.6)Сондықтан жазық индексі (hkl) арқылы4 яшық
осьтерін қиып өтетін кескіндерді анықтау үшін индекстердің кері
l l l
мәнін жазып, яғни h, К, 1, олардың ортақ4 бөлімін (Д) анықтайды.
Онда (6) теңдеулер арқылы кескіндер анықталады4 :
A: Ё, B = Ё, C = Ё
h K I
3. Яшық осіндеғі (123) жазықты қиып4 өтетін кескіндерді анықтайық:
Жазық индексінің кері мәнін жазамыз: 1 1, 12, 13. Онда
_ А Ё 6; B Ё 3; C Ё 2 _
кеск1нде 1 2 3 тең. Координат осьтер1не
параллель жазыққа сәйкес индекс нольге тең. Мысалы (110) жазық4
OZ оське параллель (011) жазық параллель ОХ осіне, т.б.
214
Ф-4 ОБ -- 03301 8
Сурет 11. куб яшықларының негізгі жақтарының индекстері.
Мысал ретінде куб4 яшықларының негізгі жақтарының
индекстерін анықтайық (сурет 11). Куб жақтарының индекстері: с
жақтың индексі - (001), а жақтың индексі - (100), в жақтың
индексі - (010). Жақтың диагоналынан4 өтетін жақтың индексі
(ромбалық додекаэдр жағының индекстері: (110), (101), (011), т.б.
осьтерді бірлік қимамен қиып4 өтетін жазықтардың (октаэдр
жазықтарының) индекстері: (111), (1Т1), (4 ТТЦ, (ТН), т.б.
гексагональды кристалдардың жазықтарын белгілеу4 үшін 4 негізгі
координата жүйесі қолданылады (сурет 12): үш (4 aha; аз) бір-біріне
120o жасаған ось,4 бүл осьтер алты жақты призманың бетінде жатады
(базис жазықтығы), ал4 төртінші ось (с) базис жазықтығына
перпендикуляр.4 Әрбір жазық 4 индекспен белгіленеді.4 hkl'l. Қосымша
индекс z' үшінші орынға қойылады, бүл индекстің мәні h және k
индекстер арқылы есептеледі: :-(h+k). a1, a2, а3 осьтеріне параллель
базис жазығының индексі (0001) болады. Призма4 бүйірінің жағына
параллель жазықтың индексі мынадай типті болады: (10 T 0 ).4
Мүндай бір-біріне параллель емес беттер (жазықтар) үшеу; оларды
бірінші типтегі жазықтар деп атайды.
224
Ф-4 ОБ-03301 8
Сурет 12. гексагональды кристалдардың жазықтарын белгілеу4
үшін 4 негізгі координата жүйесі қолданылу.
23
24
Ф-ОБ -- 03301 8
Ф-ОБ -- 03301 8
1.2 Ауыспалы метал қортпаларындағы моно- және
поликристалдар
Қатты денелер кристал яшығында біртекті қабаттардан
орналасқан деп есептейік. (Кристалдардағы ақауларды ескермейміз).
Қатты денелердің яшықларың бағыттарын қарастыраиқ (сурет 13). О
нүктесінен ОА, ОВ, ОС, т.б. бағытта сызық3 өткізейік. Әрбір бағытта
бірлік арақашықтықта кездесетін бөлшектер саны3 әртүрлі жиі
кездесетін бөлшектер ОА бағытта, ал сирек кездесетін бөлшектер ОС
бағытта.3 Әрбір бағыттағы қатты денелердің қасиеттерін бөлшектердің
сол бағытта қаншалықты тығыз орналасуы анықтайтын
болғандықтан, алынған бағыт бойынша қатты3 денелердің қасиеттері
әр түрлі болуы керек. Дене қасиетінің бағытқа тәуелділігін
(қасиеттің бағыттылығын) анизотропия деп атайдыПЗ-201.
Сурет 13. Қатты денелердің яшықдағы бағыттары.
Арнайы жағдайда қатты денелерді бір кристалл3 түрінде өсіруге
болады, яғни монокристалл3 түрінде. Бірақ көп жағдайда ерітінділерде
(балқыған денелерде) бір мезгілде көптеген3 кристаллизаңияланатын
орталықтар пайда болып, көптеген3 өзінше бөлек кристалдар болуына
алып келеді.3 Бүл кристалдардың өсуінің арқасында олар бір-біріне
жақындай3 түседі. Сонымен көптеген бөлшектер пайда болады, яғни
поликристалл. Өскен кристаллиттер (дәндер) әр3 түрлі формада
25
Ф-ОБ -- 03301 8
болады, сыртқы көрінісі ішкі ретті қүрамына сәйкес келмейді. Себебі
олардың (3 дәндердің) орналасуы суытылған ерітіндіде (3 сүйық күйдегі
затта) кристаллизация орталығы кездейсоқ орналасқан болады, өскен3
дәндердің өзара орналасуы да кездейсоқ болады. Сондықтан
поликристалдарда олардың3 қасиеттері кристалл бағытына елеулі3
тәуелді болуы байқалмайды, яғни олар изотропты болады.
Сонымен қатар өскен3 дәндердің әр түрлі бағытта болғандағы
дәндер (кристаллиттер) шекарасында кристаллиттер шекарасы деп
аталатын әр3 түрлі қалыңдыққа ие қабаттар пайда болады.3 Бүл дән
шекаралары поликристалл агрегатының механикалық3 қасиетінің
қалыптасуына елеулі әсер етеді. Өте таза, қоспа атомдардың болуы
жақтың қасы болғанда да дәнаралық қабатындағы3 яшық дән
яшығына қарағанда елеулі ауытқыған болады.3 Бүл яшық ауытқуы бір
атом аралығымен шектелмейді, бірнеше атом аралықтарына дейін
орын алады.3 Бүл яшықлары ауытқыған атомдармен дән
шекарасындағы атомдар бір-бірімен3 әсерлеседі. Дән шекарасындағы
ретсіздік3 дәрежесі үлкен (жоғары) болған сайын, ретсіздік3 көлемі
(ретсіздік қабыршақтың қалыңдығы - ені) үлкен болады және
олардың3 яшық ауытқулары үлғаяды, яғни яшық ауытқу дәрежесі
өседі. Кристаллит яшық жолағындағы ауытқулар, бүл жолақта артық
еркін энергияның шоғырлануына (локализация) алып келеді. Еркін
энергияның шоғырлануы бірнеше3 тәжірибелерде дәлелденген. Мысалы,
Галмерс өте таза қалайының дән шекаралары3 дәннің балқу
температурасынан төмен температурада балқығанын анықтаған. Дән
шекарасы бойынша3 өтетін диффузия жылдамдығы, көлем бойынша3
өтетін диффузия жылдамдығынан жоғары. Рекристаллизация кезіндегі
жаңа дән3 өсуі ескі дән шекарасында басталады немесе интенсивті
пластикалық деформация өткен жерде басталады, ал рекристаллизация
ескі кристалл3 яшықларын өзгертеді. Егерауыспалыауыспалы металда
қоспа атомдар болса, онда кристаллизация кезінде қоспа атомдар дән
шекараларына орналасады, соның арқасында кристаллиттер
аралығында3 қүрамдары да, қасиеттері де дәндерге қарағанда өзгеше
жолақтар пайда болады.
Әр түрлі кристалл қүрылымы болуының себебін түсіндіру
мақсатында көптеген теориялық зерттеулер болған. Солардың ішінде
ең қарапайым3 тазаауыспалыауыспалы металдарға кванттық механика
арқылы атомдардың әр3 түрлі орналасуына анықталған атомдар
арасындағы әсерлесу энергиясына қарағанда, кристалл3 қүрылымының
түрақтылығына жүйенің (кристалдың) энергиясы минимальды болуы
сәйкес келуімен дәлелденген.3
Тазаауыспалыауыспалы металдардың және интерметалды
қосындылардың3 қүрылымын түсіндіруде ІОм-Розери өзінің ерекше
үсынысын жасаған. ІОм-Розеридің гипотезасы электрондық
концентрация түсінігіне негізделген. Яшықтың бір атомына келетін
263
Ф-3 ОБ -- 03301 8
валенттік электрондардың санын электрондық концентрация деп
атайды.3 ауыспалыауыспалы металл яшығының түйінінде орналасқан оң
заряды бар иондардың электрон газдармен бірін-бірі тарту3 күшті
тудыратын себебі, электрондық концентрациясы бірдей әр3
түрліауыспалыауыспалы металдардың және қоспалардың байланыс3
күштері үқсас болады және олардың кристалдық3 қүрылымы бір типті
болады. Эксперимент3 нәтижелері бүл ІОм-Розери үсынысының дүрыс
екенін дәлелдейді. Менделеевтің периодтық кестесіндегі бір топта
орналасқан химиялық3 элементтердің валенттік электрондары бірдей
және олар негізінен бір3 қүрылымға сәйкес кристаллизацияланады (1-
Кесте).3 Aan, Cu3A1, Cu3Sn және басқа көп интерметалды
қосындылардың электрондық концентрациясы, жобамен 1,5 тең және
олардың кристалдық3 қүрылымы бірдей - көлем центрленген куб.3
Ang3, CuZn3 т.б. интерметалды қосындылардың электрондық
концентрациясы 1,75 тең, олар гексагоналды тығыз орналасқан3
қүрылымға ие, т.с.с.
Бірақ электрондық концентрация ережесі барлық жағдайда
орындала бермейді, кейбір кезде бір топта орналасқан3 элементтердің
кристалдық яшығы әр түрлі болады. Сонымен қатар электрондық
концентрациясы бірдей, бірақ кристалдың қүрылымы әр түрлі
көптеген қосындыларды көрсетуге болады. Бүл мәліметтерге
қарағанда, кристалл қүрылымын тек электрондық концентрация
анықтай алмайды, сонымен қатар қүрылымға яшық элементтері
арасындағы өріс күші де (оның интенсивтілігі, геометриясы), т.б.
факторлар да өзінің әсерін тигізеді.
Кеңістіктік яшықлар бос электрондар мен сыртқы қабаттардың
арасында пайда болатын2 күштердің көмегімен қүрылады. Аталған
күштер қыздыру температурасына2 тәуелді болады, сонымен қатар,
терлелу периодынан, атомдардың (иондардың) орналасуынан, олардың
арасындағы ара - қашықтықтан және сол сияқты факторларға2 тәуелді
болады. Кеңістіктік яшықды бүзу үшін, аталған күшті жеңу жою
керек, ол2 үшін қандай да бір2 жүмыс істеу керек.
Кристалдық яшықдағы атомдар түрақты тербеліс қозғалысында
болады. Қыздыру температурасы неғүрлым жоғары болса, соғүрлым
тербеліс амплитудасы жоғары болады. Балқу температурасы кезінде
тербеліс амплитудасы2 үлкейетіндіктен, яшық қирауға үшырайды.
Егер дененің сүйық күйден қатты күйге өтуі біртіндеп өтетін
болса, онда түйірлердің дүрыс кеңістіктік орналасуы, қатты дененің
дүрыс сыртқы пішінді болуымен бірге жүреді кристалл түрінде).
Температураға байланысты атомдар кейде өзінің кеңістіктік яшықдағы
орнын өзгертуі мүмкін. Ол өз кезегіндеауыспалыауыспалы металдар
мен қорытпалардың қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі. Кеңістіктік
яшықтың қайта қүрылуы белгілі бір мөлшерде жылудың бөлінуімен
немесе жүтылуымен бірге жүреді.ауыспалыауыспалы металдың
27
Ф-ОБ -- 03301 8
қасиетіне яшықтың жинақы болуы әсер етеді, атап айтсақ,
атомдардың алатын2 көлемінің қатынасы яшық көлеміне қатынасымен
анықталады. Бүл қатынасты жинақтылық коэффициенті деп
аталады.
Берілген атомнан бірдей қашықтықта орналасқан атомдар саны
координациялық сан деп аталады. Координациялық сан2 неғүрлым
жоғары болса, онда2 яшық жинақты және түрақты болады. Текшелік
яшықтың координациялық саны алтыға тең, ңентрленген текшеде -
8, қабырғаларына ңентрленге текше яшығында - 12 тең болады.
Кристалдарда әрқашан кристалдық яшықдағы атомдардың
орналасуының бүзылуынан туындайтын қүрылымдық ақаулар болады.
Кристалдық қүрылым дүрыстығының бүзылуының сипаты мен
дәрежесіауыспалыауыспалы металдардың қасиеттеріне айтарлықтай
мөлшерде әсер етеді. Геометриялық көрсеткіштері бойынша
кристалдық қүрылым ақауларын нүктелік, сызықтық және беттік деп
бөлуге болады.2
Нүктелік ақауларға вакансиялар және2 түйін аралық атомдар
жатады. Атомдар2 яшық түйіндерінің маңайында тербелісте болатыны
белгілі. Қыздыру осы2 тербелістердің амплитудасын үлғайтады.
Берілген яшықдағыауыспалыауыспалы металл атомдарының көбі бірдей
(орташа) енергияға ие болады,2 бірақ жеке атомдар орташа
энергиядан жоғары энергияға ие болады және бір орыннан екінші
орынға ауыса алады. Осындай атомдар,2 әсіресе, дененің бетіне
жақын орналасқан атомдар дене бетіне шығады, ал олардың орнын
беткі қабаттан қашық орналасқан атомдар басады. Пайда болған бос
орын вакансия деп аталады(2 сурет 14) . Қысыммен өңдеу,
сәулелендіру, және өңдеудің басқа түрлері кезінде температура
жоғарлаған сайын вакансиялар саны жоғарлайды.
Сурет 14. Вакансия.
28
Ф-ОБ -- 03301 8
д
Сурет 15. Түйін аралық атом.
Кристалл яшықларда вакансия және Дислокация ақаулары
кездеседі.
Вакансияларауыспалыауыспалы металдар мен қорытпаларда2
өтетін диффузиялық процестерде маңызды роль атқарады.2 Түйін
аралық ақаулар атомдардың2 яшық түйінінен кристалдық яшықтың
түйін аралығына өту нәтижесінде түзіледі. Нүктелік ақаулар
кристалдық яшықтың қисаюына әкеледі.
Дислокаңиялар - сызықты ақаулар. Дислокацияның екі түрі бар
- ернеулік (краевой) және бүрандалық (винтовой).
Ернеулік дислокация деп кристалдық яшықтың бір бөлігінің
бүрмалануын айтамыз, бүрандалық дислокация жазықтықтар бойынша
кристалдың толық емес жылжуында2 түзіледі. Дислокациялар
кристалдану процесінде, термиялық және химия - термиялық
өңдеуде, созымдылық деформация және қорытпа2 қүрылымына әсер
ететін өңдеудің басқа түрлерін жүргізгенде түзіледі. Дислокациялар
жылдам қозғалыспен сипатталады. Бүл жағдай кристалдық яшық
дислокация аймағында серпімді2 бүрмаланған, ал жылжытылған
атомдар тепе -2 теңдік күйге көшуге үмтылады.ауыспалыауыспалы
металдардың қасиеттеріне дислокация тығыздығы ғана емес, сонымен
қатар олардың барлық көлемде орналасуы да әсер етеді.беттік
ақаулар деп жеке кристалдар немесе олардың жиынтықтарының
арасындағы беттік2 бөлінулерден түрады. Түйір шекараларындағы
атомдардың орналасуы2 түйірдегі атомдардың орналасуына қарағанда2
дүрыс емес болады.
Елеулі яшық кемшіліктеріне дислокациялар және3 зкситондар
жатады. Дислокацияны қатты3 денелердің механикалық қасиеттерін
анықтау барысында, ал жартылай өткізгіштердің ток өткізгіштік
қасиетіне жарық сәулесінің әсерін анықтау барысында зкситондарды
қарастырамы
Қоспалар нақты кристалдардың ішіндегі ең мәнді және
қүрылым ақаулары көп тараған болып келеді. Ең таза, қоспалардың
10'7%3 қүрайтын химиялық элементтің 1 CM3 көлемінде 1013 қоспа
29
Ф-ОБ -- 03301 8
атомдары бар.
Сурет 16. Кристалл яшықтың қүрылым кемшіліктері.
Қоспалардың табиғатына және3 мөлшеріне байланысты олар
кристалдарда ерітілген3 күйді немесе азды-көпті үлкен бөлшектерді
қүрайды. Кристалда ерітілген қоспалар дегеніміз - қоспа атомының
негізгі атомдар арасына енуі немесе3 яшықдағы негізгі атомның
орнына орналасуы. Бірінші жағдайдағы қатты ерітіндіні ендірілген
деп, ал екінші жағдайдағы қатты ерітіндіні орнын басу деп атайды.
Бөгде атомдардың физикалық табиғаты және3 өлшемі кристалдың
негізгі атомдарынан ерекшелігі болғандықтан, олардың кристалда
болуы кристалл3 яшықларын өзгертеді, яғни қүрылым кемшілігі пайда
болады (сурет 15).3
Қоспа атомдар қатты3 денелердің химиялық, оптикалық,
магниттік және механикалық3 қасиеттеріне елеулі әсер етеді. Қоспа
атомдар ток тасымалдайтын3 бөлшектерді эффективті шашырататын
орталық болады, яғни нақты3 дененің электр кедергісін үлғайтады,
бүл кедергі абсолют ноль температурада да орын алады. Жартылай3
өткізгіш кристалдарда қоспа атомдар жаңа энергетикалық3 деңгейлерді
тудырады, соның арқасында қоспа электр3 өткізгіштігі пайда болады.
1.3 Наноқүрылым аралық атомдар және вакансия ақаулары
Қатты денедегі атомдар арасында, газдардағы және3 суйықтағы
молекулалар арасындағы секілді энергияның таралуы бірдей мөлшерде
болмайды. Кез-келген температурада кристалда атомның еркін3
дәрежесі бойынша энергияның тең таралуы заңына сәйкес атомның
орташа энергия шамасынан энергиясы көптеген есе көп немесе
көптеген есе кіші болуы3 мүмкін. Әрбір уақыт мерзімінде энергиясы
үлкен атомдар3 өзінің тепе-теңдік орнынан (яшық түйінінен) тек
елеулі ауытқумен шектелмей, қасындағы атомдар тудыратын
потенциалдық тосқауылдан3 өтіп, жаңа үяшықа орналасуы мүмкінП2-
30
Ф-ОБ -- 03301 8
17]. Мүндай атомдар өзінің яшық түйінінен кетіп, кристалдың ішкі
қуысына (атомдар аралығына) конденсациялану3 мүмкіндігіне ие
болады (сурет 17).
Сурет 17.3 Атомдар конденсациялану.
Бүл процестің арқасында вакантты түйіннің (вакансияның,
тесіктің) және түйінаралық атомның (дислокацияланған атомның)
пайда болуына алып келеді. Яшықдағы мүндай ақау түрін Френкель
бойынша пайда болу ақауы деп атайды.3
Яшық аралығындағы атом және пайда болған вакансия бір
орында локализацияланбайды, олар кристалл3 яшықларында
диффузияланады.
Дислокацияланған атомның диффузиясы бір атом аралықтан
екінші атом аралыққа ету арқылы болады, ал вакансияның
диффузиясы бос3 яшық түйіні қасындағы түйіндеғі атомның өтуі
арқылы болады; бірінші вакантты орынға екінші атом етіп, оның
орнына үшінші атом өтеді. Сонымен бос орын, яғни вакансия3
үшінші орында болады, тағы сол сияқты вакансияның диффузиясы
жалғаса береді [18].
Ішкі буланудан басқа толық немесе жартылай атом кристалл
бетінен буланады. Толық булану болғанда атом кристалл бетін тастап
буға айналады (сурет 18).
:?
313
Ф-3 ОБ -- 03301 8
Сурет 18. Атом кристалл бетін тастап3 кету.
Ал жартылай булануда атом кристалл бетінен бір қабат жоғары
бетке3 өтеді, бүл (сурет 19) жерде атом жаңа орында3 бүрынғы бес
жақын орналасқан атомдардың орнына (сол жақтағы, оң жақтағы,
алдындағы, артындағы және астындағы) тек бір астындағы жақын
орналасқан атом оны3 үстап түрады.
Егер Е мен жақын орналасқан бір атоммен байланысқан
энергияны белгілесек, онда толық булану болу3 үшін 5E энергия
керек екен, ал жартылай булануға 4Е қажет екен. Осыған
байланысты жартылай буланудың ықтималдылығы толық булану
ықтималдығынан жоғары. Ішкі булануға одан да көп (5Е-ден)
энергия қажет, себебі жақын орналасқан 6 атоммен байланысты үзу
керек болады. Сондықтан ішкі буланудың ықтималдылығы толық
буланудың ықтималдылығынан да төмен болады. Кристалл бетінде
толық және жартылай атом буланса, кристалл бетінде вакансия пайда
болады. Бос орынға кристалл ішіндегі атом орналасса, вакансия
кристалл ішіне енеді және вакансия кристалл3 көлеміне
диффузияланады.
ІІ
_
II
II
ажб
Сурет 19. Атом кристалл бетінен бір қабат жоғары
бетке3 өтіу.
Бүл вакансияға дислокацияланған атомды (3 түйін арасына енген)
салыстыруға болмайды, себебі вакансияның пайда болуы сол мезгілде3
түйін аралығына атомның енуімен байланысты емес. Вакансияның3
мүндай түрде пайда болуын (вакансияның кристалл бетінен көлем
ішіне тартылуы) Шотки ақауы деп атайды[19].
Осы сияқты бос вакансияның пайда болуы секілді ішкі
буланудың арқасында3 дислоңирленген атомның кристалл бетінде
пайда болуы3 мүмкін, яғни кристалл бетінен атомның3 түйін
аралығына өтіп, ары қарай кристалл көлеміне енуі мүмкін.
32
Ф-ОБ -- 03301 8
Кристалдағы ақаулардың тепе-теңдіктегі концентрациясы температураға
тәуелді, себебі температура өскен сайын атомдардың қасындағы
жақын орналасқан атомдармен байланысын үзу3 мүмкіндігіне ие
_ЕД
атомдардың саны е kT -ға пропорционал, мүндағы ЕД - ақаулардың
пайда болу энергиясы. Олай болса, ақаулардың концентрациясы да
_3 ЕД
kT .
e -ға пропорционал. Дәшрек, статистикалық есептерге қарағанда,
Шотки ақаулары басқа ақаулар3 түрінен артық болғанда, Шотки
ақауларының санын мына қатынаспен анықтауға болатынын3 көрсетеді:
_в,
_ kl~
NJ _ NFe (6)
мүндағы Ы-кристалдағы жалпы атомдардың саны, Ғ-шамамен 103-104
тең және температураға байланысты баяу3 өзгеретін фактор. ЕД --
вакансияныц пайда болу энергиясы, шамамен3 ЕДш1-22В; Т=300К°
болғанда, кТ=12В деп есептегенде вакансияның салыстырмалы
концентрациясы:3 ЫдЫш10"1²%. Т=6ООК° болғанда 10"3% дейін өседі, ал
Т=900К ° болғанда 1% Дейін болады. Кристалдың балқу
температурасына жақындағанда вакансия концентрациясы осы 1%
шамада болады.
Френкель және Шотки ақаулары кристалдардағы көптеген3 өтетін
процестерге үлкен әсерін тигізеді. Вакансиялар электр тогын
тасымалдайтын3 бөлшектерді шашырататын орталығы болып есептеледі,
олар (вакансиялар) ток тасымалдайтын3 бөлшектердің қозғалу
мүмкіндігін төмендетеді. Сонымен қатар олар ток тасымалдаудың көзі
де болуы мүмкін, яғни донор және акцепяшық рольдерін атқаруы
мүмкін (негізінде ақаулар акцепяшықтың ролін атқарады).
Ақаулар кристалдың оптикалық, магниттік, механикалық және
термодинамикалық3 қасиеттерін қатты өзгертеді, әсіресе жүқа жартылай
өткізгіш пленкалардың және үсақ кристалды үлгілердің қасиеттерін
қатты өзгертеді.
Кристалдағы кез-келген бағытта қозғалып жүрген еркін
электрондарда3 яшықды бүзады, яғни кристал қүрылымының өзгеруіне
алып келеді. Бүл электрондар, біріншіден шашырататын орталық
ролін атқарады, екіншіден өзінің электр өрісімен яшыққа әсер етеді,
өрістің әсерінен яшықды елеулі деформациялайды, әсіресе
электронның қасында орналасқан3 яшықларды деформациялайды. Егер
электрон қоспа атомнан3 бөлініп шықса, онда пайда болған иондарда3
яшықды өзгертеді. Еркін электрондар басқа да3 яшықды өзгертетін
қүбылыстармен әсерлеседіВОІ.
Негізгі процестерге рекомбинация, фонондармен әсерлесу, қоспа
333
Ф-3 ОБ -- 03301 8
атомдармен әсерлесу, дислокациялармен әсерлесу, т.б. жатады.
1.43 Ауыспалы метал қортпаларының созылу деформациясы
Металдар деформациясы. Деформация деп -- денеге түсірілетін
күштің әсерінен дененің өлшемдері мен пішінінің өзгеруі
аталады.Деформацияны сыртқы күштер (денеге2 түсірілген жүктемелер),
сонымен қатар2 денелердің өзінде өтетін, мысалы, температура
градиентінің қыздыру (салқындату) кезіндегі байланысымен дененің
біртексіз кеңеюі (сығылуы) әсерінен өтетін, әр түрлі физика -
механикалық процестер, фазалық түрленулер кезіндегі2 көлемнің
өзгеруі және т.б. тудырады. Деформация2 түрлерін серпімді және
созымды деп бөлуге болады. Серпімді2 деформация деп - жүктеу
аяқталғаннан кейін қалпына келетін деформация2 түрін айтамыз.
Серпімді деформацияауыспалыауыспалы металдарда қүрылым мен
қасиеттердің қалдық өзгерісін тудырмайды.
Созылу деформациясы деп - жүктеу аяқталғаннан кейін
қалпына келмейтін деформация түрін айтамыз. Созылу
деформацияауыспалыауыспалы металдардың қүрылымы мен
қасиеттерінде қалдық өзгерістер қалдырады.
Деформация процессінің физикалық мәні. Серпімді
деформация.
Кристалдың серпімді деформациясы кезінде әсер ететін
342
Ф-2 ОБ -- 03301 8
кернеулер тепе - теңдік күйінен атомдардың қайтымды сырғуын
тудырады, осының нәтижесінде кристалдық яшықдағы атомдар
арасындағы ара - қашықтық2 өзгереді. Созылу кезінде ол жоғары, ал
сығылу кезінде ол төмен болады. Атомдардың арасындағы ара -
қашықтық2 неғүрлым үлкен болса, соғүрлым кристалдың серпімді
деформациясы жоғары болады. Кристалл2 яшығындағы атомдардың
кері қайтатын сырғуы өте аз және атом аралық қашықтықтың аз2
мөлшерін қүрайды.
Атомдардың тепе - теңдік күйінен ауытқуы олардың
арасындағы тартылыс және тебілу2 күштерінің арасындағы әсер етуші
балансын2 бүзады (көрші атомдардың арасындағы байланыс күш
(энергия) оң зарядталған иондар және электрондар арасындағы
тартылыс2 күшінен түрады, екінші ағынан иондардың басқа иондардан
тебілу2 күшімен сипатталады).
Тартылыс және тебілу2 күштерінің әрекеті атомдардың
арасындағы қашықтыққа байланысты болады. Атомдар мен
кристалдық2 яшықлардың тепе - теңдік күйіне сәйкес келетін кейбір
ара - қашықтықтарда тартылыс күші тебілу күшімен теңеседі.
Жүктемені алғаннан кейін осы2 күштердің әсерінен атомдар қайтадан
тепе -2 теңдік күйге көшеді, осының нәтижесіндеауыспалыауыспалы
металдың уақытша өзгерген пішіні мен қасиеттері қайта қалпына
келедіПІ-121.
Созымды деформация. Кристалдарды деформациялау кезінде
бірінші серпімді деформация пайда болады,2 бірақ кернеу
жоғаралағанда кристалдың бір2 бөлігінің екінші бөлігіне қатысты
жылжуы өтеді, ол өз кезегінде созымдылық, қалдық деформацияны
тудырады. Жылжу2 түйіспелі кернеулер мәні білгілі бір критикалық
мәннен up асқанда өтеді.
Кристалдарға сыртқы бір бағытта тарту1 күштің әсерінен
атомдардың бір-бірінен ара қашықтығы1 өседі және олардың
кристалдағы тепе-1 теңдікте орналасуы бүзылады. Яшықдағы
атомдардың тепе-теңдікте болуына сәйкес атомдардың бірін-бірі тарту
және бірін-бірі тебу1 күштерінің теңдік шартының бүзылуына алып
келеді, соның арқасында атомдарды бүрынғы тепе-теңдік орнына
алып келетін ішкі күш пайда болады. Кристалдың бірлік көлденең
қимасына келетін күш шамасын кернеу деп атайды. Қайтымды
шексіз баяу жылдамдықпен кристалды созғанда кристалдың кез-келген
ауданында пайда болған ішкі күш сыртқы әсер ететін1 күшті
компенсациялайды.
Сондықтан, деформацияның бірінші стадиясында кристалда
пайда болған кернеу жобамен деформацияның1 өсуімен сызықты өседі
(Гук заңы):
35
Ф-ОБ -- 03301 8
' (7)
АІ
мүндағы Е-серпінді модулі, 8 I -кристалдың салыстырмалы
деформациясы (шындығында1 бүл заң жобамен орындалады).1 Бүл
деформация қайтымды, күш кристалдан алынған кезде кристалл
атомдарды1 бүрынғы тепе-теңдік кездегі орнына келеді.1 Бүл
деформацияны серпінді деформация деп, ал қалдық деформация
қалдырмайтын кездегі максимал жүктелген сыртқы кернеуге тең ішкі
кернеуді серпімді шегі деп атайды.
Кез-келген s деформацияға сәйкес (; кернеу және Е серпімді
модуліне тең се қатынас тек атомдар табиғатына және олардың
өзара кристалда орналасуына1 тәуелді. Серпімді модулін тек кристалл1
қүрылымын елеулі өзгерту арқылы немесе қатты1 дененің ішкі
қүрылымын өзгерту арқылы өзгертуге болады.1
Бірақ бүл кезде де Е серпімді1 модульдің өзгеру шамасы аса
үлкен болмайды. Мысалы болатқа елеулі шамада легрлейтін
қоспаларды енгізгенде, термиялық өңдегенде, суық прокатка
жасағанда, т.б. болаттың қаттылығы және басқа да механикалық
сипаттамалары қатты1 өзгереді, ал серпімді модулі аса1 өзгермейді
(10%-ға дейін өзгередіЛ 1 3].
Үздіксіз сыртқы әсер ететін күшті көбейткенде, үздіксіз ішкі
кернеуді (с) кебейтеді және деформацияда (s) өседі (сурет 20).
Әрбір материалға белгілі шамаға кернеу (1 cs) жеткенде кристалдың
қирауы немесе кернеу мен деформация арасындағы сызықты
пропорционалдық заңы1 өзгереді және қалдық пластикалық1 ек
деформация пайда болады, яғни жүктелген1 жүкті алған кезде
деформация толық қайтып келмейді.1 Материалдық ағуы басталғанға
сәйкес1 cs кернеуді ағу шегі деп атайды.
361
Ф-1 ОБ -- 03301 8
Сурет 20. Үздіксіз ішкі кернеуді (с) көбейтеді және
деформацияда (s) еседі.
Кристалдардың пластиктивті ағуының негізгі заңдылықтары.
Пластиктивтілік кристалдарды созып және қысып сынағанда
сырттан әсер ететін кернеу ағу шегінен жоғары болғанда қалдық
деформация пайда болады.5 Бірақ қалдық деформацияның пайда
болуына созу және қысу себепті емес. Кристалды созу1 дәрежесі
өскен сайын күш бағытына перпендикуляр бағыттағы атомдар
жазықтығының ара қашықтығы1 өседі, белгілі дәрежеге жеткенде
атомдардың өзара тарту1 күші сыртқы күшті теңестіре алмай,
сонымен кристалл қирайды. Ал кристалды қысқан кезде атом
жазықтары бір-біріне жақындай1 түседі, бүл процесс атомдар арасында
тебу1 күшін тудырады. Тебу күштің шамасы сыртқы күшке
теңескенге дейін1 өседі. Бүл жағдайда идеал серпімді деформация1
өтеді және яшық бөлшектерінің қайтымсыз ығысуына алып келмейді,
яғни пластикалық деформацияға алып келмейді. Пластикалық
деформация тек кристалды ажырататын (скалывающих)1 кернеудің
әсерінен ғана пайда болады.1 Бүл кернеудің әсерінен атомдар
арасындағы байланыс бүзылмай кристалдың бір бөлігі екінші
бөлігінен бір атом арақашықтығына ығысады. Кристалдың бір
бөлігінің екіншісіне қатысты жылжуы сырғу немесе қосарлану
жолымен жүзеге асырылады.2 Мүндай ығысуды сырғанау деп атайды
(сурет 19).
Бүл ығысу кристал денелердің пластикалық ағу процесінің
негізін қүрайды. Кристалға жүктелген жүк (Ғ) аса үлкен болмаған
кезде кристал серпімді деформацияланады (21 Іб-сурет) және жанама
кернеу т салыстырмалы ығысу деформациясына Ө пропорционал
(Гук1 заңыЛ 14]:
Z" = G Ә (8)
мүндағы G -- ығысу модулі. Ығысу кернеуі (т) серпімді шегінен
жоғары болмау керек. Сыртқы әсер етуші күш денеден алынғанда
атомдар бастапқы орнына қайтып келеді. Сыртқы әсер ететін күш
серпімді шегінен үлкен болған кезде кристалдың белгілі бір
жазықтығында (S) кристалдың бір1 бөлігі екінші бөлігінен бір немесе
бірнеше атом аралығына ығысады.1 Бүл жазықтықты сырғанау
жазықтығы деп атайды. (21в-сурет).
371
Ф-1 ОБ -- 03301 8
Сурет 21. Атомдардың сырғанау.
Сыртқы күш денеден алынса,1 яшықтың серпімді кернеуі
жоғалады,1 бірақ кристалдың бір бөлігі екінші бөлігінен ығысқан
күйінше қалады. (21 г-сурет).
Осындай көптеген жазықтардағы қайтымсыз ығысулардан
кристалдағы жалпы қалдық деформация1 түрады.
Кристалдың пластикалық деформация1 қасиетін, бірінші кристалл
қүрылымы элементтері арасындағы байланыс күш характері
анықтайды, екіншіден әр1 түрлі өңдеулер анықтайды.
Сырғу - кристалдың бір2 бөлігінің сырғанау немесе жылжу
жазықтығына қатысты паралель жазықтықта орын ауыстыруы. Сырғу
кезінде параллель жазықтықтардың кристалл қабаттарының жылжуы
бірдей қашықтықта2 өтеді. Соның нәтижесінде деформацияланған
кристалдың кристаллографиялық бағыты2 өзгеріссіз қалады. Сырғу
белгілі бер кристаллографиялық жазықтықтар және белгілі бір
бағыттар бойынша атомдардың қайтымсыз ығысуының2 нәтижесі
болып табылады. Сырғу атомдардың жинақталған тығыздығы аз
болған жазықтықтар бойынша оңай2 өтеді.
Көрші параллель тығыз орналасқан жазықтықтар арасындағы
қашықтық, төмен тығыздықты атомдары бар жазықтықтар арасындағы
атом аралық күштерге қарағанда аз болады. Сондықтан сырғуға
қарсыластығы аз болады және жылжуды2 жеңілдетеді. 22-суретке
сәйкес көлемдік - ңентрленген текше яшықда бүл жазықтықтарға
( 1 1 0), қырларына ңентрленген текше яшықда ( 1 1 1), гексагональды
яшықда (00 1) жазықтықтары болады. Кристалдық2 яшықда
38
Ф-ОБ -- 03301 8
жазықтықтар және сырғу бағыттары2 неғүрлым көп болса,
соғүрлымауыспалыауыспалы металдың созымдылық деформацияға
қабілеттілігі жоғары болады.
39
Ф-ОБ -- 03301 8
Сурет 22.Әр түрлі пішінді яшықлардағы қристаллоғрафиялық
сырғу жазықтықтары.
Деформация белгілі бір жазықтықтар бойынша өтетіндіктен, әсер
ететін қүшті қүрайтын, әсер ететін қарқынды қүш тангенсальды
(жанама) ғана болады,2 бірақ бірақ ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Кристалл торы
Кристалл және аморфты денелер
Кристалл туралы түсінік
Әлеуметтік құрылым
Өндірістік құрылым
Электронды үкіметтің артықшылығымен кемшіліктері
Хромосоманың кемшіліктері. Радиоциондық қауіп
Муниципалды құрылым
Нарықтық шаруашылықтың артықшылықтары және кемшіліктері
Бюджеттік құрылым
Пәндер
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь