عیوب شبکه کریستالی 2

در یک توده فلزی، به مجموعه ای از نواقص بلوری در سطح مشترک،نقایص سطح یا حجم گفته می شود مانند مرز بین دانه ها و دوقلوها. از مهم ترین نقص های سطحی یا حجمی، مرزدانه ها هستند. فلزات تجارتی به ندرت به صورت تک کریستال مورد استفاده قرار می گیرند و عمدتا پلی کریستالین هستند. قطر متوسط دانه ها متنوع است اما برای یک قطعه، قطر دانه حدوده 0.05 میلیمتر است. هر بلور توسط مرزدانه از سایر بلورها جدا می شود.

نه تنها عیب نقطه ای و خطی در شبکه و مرزدانه وجود دارد بلکه علاوه بر این ها در بین دانه ها بی نظمی در ترتیب دیده می شود. معمولا ترتیب مربوط به دو دانه مجاور نامشخص بوده و تشکیل مرز (مرزدانه) مربوط به آن ها نامنظم است که عیب حجمی تلقی می گردد. در واقع مرزدانه یک عیب حجمی است.

مرزدانه ها که یک نقص حجمی هستند نقش مهمی در تعیین خواص فلز، بازی می کنند. به عنوان مثال در دماهای پایین، مرزدانه ها به قدر کافی مستحکم هستند و باعث تضعیف فلز نمی شوند. در فلزات خالص و بسیاری از آلیاژها که به شدت تغییر شکل داده باشند، شکست در دمای پایین به دلیل عبور ترک از درون دانه ها است و نه مرزدانه ها. شکست هایی از این گونه به نام شکست های درون دانه ای شناخته می شوند. ولی با افزایش دما استحکام مرز دانه ها نسبت به استحکام داخل دانه ها با سرعت بیشتری کاهش می یابد. بنابراین شکست در دماهای بالا از مرزدانه اتفاق می افتد. این نوع شکست ها، به شکست بین دانه ای معروف اند.

عیب لایه ای (Stacking Fault)

عیب لایه ای از قرار گرفتن بدون نظم و ترتیب صفحات اتمی روی یکدیگر به وجود می آید. به این ترتیب که در قسمتی از کریستال یکی از لایه ها وجود ندارد. برای مثال در سیستم هگزاگونال متراکم تکرار صفحات به صورت ABBABAB در می آید. در صورتی که تکرار عادی لایه ها به صورت ABABABAB است و یا در سیستم مکعب با وجوه مرکزدار با وجود این عیب تکرار صفحات اتمی به صورت ABCBCABC در می آید در صورتی که تکرار منظم لایه های اتمی در این نوع سیستم به صورت ABCABCABC است.

نواقص بلوری از نظر زمان ایجاد به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

دسته نخست که نواقص زمان انجماد می باشند عمدتا از طریق انجماد سریع و یکنواخت نبودن مایع در حال انجماد حاصل می شوند البته عوامل دیگری نیز در ایجاد کاستی های ناشی از زمان انجماد موثر هستند اما عامل اصلی همان کاهش سریع دما است.

در بررسی دسته دوم یعنی نواقص پس از انجماد لازم است کمی به فرآیند ایجاد نقص در شبکه بلوری فکر کنیم.

فرض کنید که می خواهیم یک نقص جای خالی در شبکه بلوری ایجاد کنیم، برای این کار لازم است که یک اتم یا یون را از محل خود خارج نماییم؛ از طرفی می دانیم که دلیل حرکت آزادانه اتم ها و یون ها در حالت مایع، وجود انرژی جنبشی زیاد (به دلیل دمای بالاتر) در آن ها می باشد، همچنین می دانیم که اتم ها و یون ها حتی در حالت جامد نیز دارای حرکت هستند. (البته این حرکات عموما به صورت ارتعاش در محل خود و گاهی به شکل جابه جایی های محدود است که با آزادی حرکت اتم ها و یون ها در حالت مایع قابل مقایسه نیست.) اما این حرکت برای کنده شدن یک اتم یا یون کافی نیست؛ پس می توان گفت برای این کار کافی است که انرژی لازم برای حرکت ذره مورد نظر را فراهم کنیم. با فراهم شدن انرژی لازم، اتم ها و یون های گیرند‌‌‌‌ه انرژی امکان خارج شدن از محل خود را خواهند داشت.

با توجه به توضیحات فوق در می یابیم که نواقص پس از انجماد از طریق قرار گرفتن شبکه بلوری در معرض انرژی کافی به وجود می آید. این انرژی می تواند از طریق گرم شدن، کار مکانیکی (مانند کشیدن، فشردن، خم کردن و ... )، قرار گرفتن در معرض امواج الکترومغناطیس (نور، اشعه ماوراء بنفش، پرتوهای ایکس، اشعه گاما و ... ) و پرتوهای پر انرژی (الکترونی، نوترونی و ...) تامین گردد.

مرکز یادگیری تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی