Номер 1, страница 176 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Какие дефекты бывают в структуре кристаллов?

Дефекты в структуре кристаллов — это любые нарушения идеальной периодичности кристаллической решетки. Они неизбежно возникают в процессе роста кристалла или в результате внешних воздействий (нагрев, деформация, облучение) и оказывают существенное влияние на физические и механические свойства материалов. Дефекты принято классифицировать по их размерности, то есть по числу измерений, в которых их размеры велики по сравнению с межатомным расстоянием.

Точечные (нульмерные) дефекты

Это локальные нарушения, размеры которых во всех трех измерениях сопоставимы с межатомными расстояниями. К ним относятся:

- Вакансии: пустые узлы кристаллической решетки, то есть места, где должен находиться атом, но он отсутствует.

- Межузельные атомы: атомы, расположенные не в узлах, а в межузельном пространстве решетки. Это могут быть как собственные атомы кристалла (атом внедрения), так и примесные.

- Примесные атомы: атомы другого химического элемента в решетке. Они бывают двух типов:
- Атомы замещения: примесный атом занимает место основного атома в узле решетки.
- Атомы внедрения: примесный атом малого размера располагается в межузельном пространстве.

- Дефекты по Шоттки: в ионных кристаллах это пара вакансий (катионной и анионной), возникающая для сохранения электронейтральности кристалла в целом.

- Дефекты по Френкелю: в ионных кристаллах это пара, состоящая из вакансии и собственного иона, сместившегося в межузелье. При этом ион покидает свой узел решетки, оставляя вакансию, и перемещается в соседнее межузельное положение.

Ответ: Точечные дефекты — это локальные нарушения решетки на уровне одного или нескольких атомов, включающие вакансии, межузельные и примесные атомы, а также их комбинации в ионных кристаллах (дефекты по Шоттки и Френкелю).

Линейные (одномерные) дефекты

Это нарушения, имеющие малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем. Основным типом линейных дефектов являются дислокации, которые представляют собой линии, вдоль которых нарушено правильное чередование атомных плоскостей. Они играют ключевую роль в процессах пластической деформации.

- Краевая дислокация: ее можно представить как край «лишней» полуплоскости атомов, вставленной в кристаллическую решетку. Вектор Бюргерса, характеризующий величину и направление сдвига, перпендикулярен линии дислокации.

- Винтовая дислокация: возникает при сдвиге одной части кристалла относительно другой. Атомные плоскости вокруг линии дислокации образуют винтовую поверхность. Вектор Бюргерса параллелен линии дислокации.

- Смешанная дислокация: имеет признаки как краевой, так и винтовой дислокации.

Ответ: Линейные дефекты, или дислокации, — это протяженные в одном направлении нарушения атомной структуры (краевые, винтовые и смешанные), отвечающие за пластичность кристаллов.

Поверхностные (двумерные) дефекты

Это нарушения, имеющие малый размер в одном измерении (толщину) и большую протяженность в двух других. Они представляют собой поверхности, разделяющие части кристалла с разной структурой или ориентацией.

- Внешняя поверхность кристалла: сама граница кристалла является дефектом, так как атомы на поверхности имеют ненасыщенные связи и иное координационное число, чем атомы в объеме.

- Границы зерен: поверхности, разделяющие отдельные кристаллиты (зерна) с разной кристаллографической ориентацией в поликристаллическом материале.

- Двойниковые границы: специальный тип границы, по обе стороны которой структура является зеркальным отражением друг друга.

- Дефекты упаковки: нарушения правильной последовательности укладки атомных слоев (например, в ГЦК-решетке правильная последовательность ABCABC... может нарушиться и стать, к примеру, ABCBCABC...).

Ответ: Поверхностные дефекты — это двумерные нарушения, такие как внешние поверхности, границы зерен, двойниковые границы и дефекты упаковки, которые являются границами раздела в кристалле.

Объемные (трехмерные) дефекты

Это нарушения, размеры которых велики во всех трех измерениях (обычно от десятков нанометров и более). Они часто являются скоплениями более простых дефектов.

- Поры и микротрещины: пустоты внутри материала, образовавшиеся в результате скопления вакансий или в процессе изготовления/эксплуатации материала.

- Включения: частицы посторонней фазы (например, оксиды, сульфиды в металлах), попавшие в материал в процессе его получения.

- Выделения (преципитаты): частицы новой фазы, образующиеся внутри исходной твердой фазы в результате термообработки, когда растворимость одного компонента в другом уменьшается.

Ответ: Объемные дефекты — это крупные трехмерные нарушения, такие как поры, трещины, инородные включения и выделения другой фазы, существенно влияющие на макроскопические свойства материала.