Cтраница 2
Как мы убедились, при деформации кристалла частично увеличивается порядок в расположении атомных плоскостей и уменьшается число простых дислокаций. Отсюда следует, что по мере того как кристалл подвергается деформациям, его прочность должна возрастать. Оказывается, что здесь важную роль играют спиральные дислокации, которые далеко не всегда исчезают при деформациях. [16]
Совершенно иначе обстоит дело в реальном кристалле. Наличие дефектов типа дислокаций или вакансий в существенной мере облегчает процесс внедрения в кристалл чужеродных атомов. Эти атомы могут попасть либо в вакансию, либо в область простой или спиральной дислокации, причем энергии теплового движения оказывается вполне достаточно, чтобы атом мог попасть в дефектную область. [17]
Совершенно иначе обстоит дело в реальном кристалле. Наличие дефектрв типа дислокаций или вакансий в существенной мере облегчает процесс внедрения в кристалл чужеродных атомов. Эти атомы могут попасть либо в вакансию, либо в область простой или спиральной дислокации, причем энергии теплового движения оказывается вполне достаточно, чтобы атом мог попасть в дефектную область. [18]
Кристалл действительно упрочняется по мере увеличения степени деформации, но далеко не в сто раз. Спасают положение спиральные дислокации. Оказывается ( но здесь читатель должен поверить нам на слово, так как очень трудно иллюстрировать это чертежом), спиральные дислокации не так-то просто выгнать из кристалла. Кроме того, сдвиг кристалла может происходить с помощью дислокаций обоих типов. Теория дислокаций удовлетворительно объясняет особенности явлений сдвига кристаллических плоскостей. Движение беспорядка вдоль кристалла - вот что такое с современной точки зрения представляет собой пластическая деформация кристаллов. [19]
Другие дислокации, которые часто встречаются в кристаллах, называются спиральными. Их схемы показаны на рис. 6.7. Здесь решетка разбита на два блока, один из которых своей частью как бы соскользнул на один период по отношению к свседнему. Наибольшие искажения сосредоточены около оси. Область, примыкающая к этой оси, и называется спиральной дислокацией. [20]
Прежде всего присутствие нескольких дислокаций является основным условием пластичности, поскольку образец без дислокаций стал бы совершенно твердым. Это состояние характеризуется приближением к усам - нитевидным кристаллам, содержащим очень мало спиральных дислокаций. Но если концентрация дислокаций станет очень большой, например при охлаждении, металл снова становится твердым. [21]
Как это ясно из рисунка, приложенная сила выгоняет дислокацию из кристалла. Значит, по мере увеличения степени деформации кристалл должен становиться все прочнее, и, наконец, когда последняя из дислокаций будет удалена, кристалл должен стать примерно в сто раз прочнее, чем идеально правильный кристалл. Таким способом непринужденно объясняется упрочнение. Правда, для получения количественного согласия теории с опытом приходится допустить, что сдвиг кристалла может происходить с помощью не только простых, но и спиральных дислокаций. [22]
Подсчеты показывают, что в некоторых случаях начало постройки новой плоскости связано с преодолением столь значительных трудностей, которые делают непонятным сам факт роста кристалла. В этом случае на первый план выходит спиральный механизм роста. Как это очевидно из схемы, показанной выше на рис. 272, спиральный рост продолжается сколь угодно долго и новые атомы и молекулы все время поступают в энергетически выгодные места. Таким образом, не приходится начинать застройку нового слоя. Начало спиральному росту дает ошибочное построение, называемое спиральной дислокацией. Возникновение такой ошибки может произойти скорее всего благодаря мельчайшему постороннему включению. [23]
Между относительными скоростями гидрогенизации и отложением углерода на различных гранях, как видно, не существует какой-либо связи. Более того, отсутствует сколько-нибудь заметная корреляция между относительной реакционной способностью граней при отложении углерода из окиси углерода и из этилена. Скорость отложения углерода может быть тесно связана с геометрическими факторами, которые должны играть определенную роль в образовании зародышей твердых отложений. Число малых участков слоя углерода, найденных на гранях ( 111) кристалла, не подвергнутого нагреванию в аргоне, оказывается того же порядка, что и число дислокаций на поверхности. Тот факт, что первое появление углерода на поверхности совпадает по времени с началом ее перестройки, также может быть истолкован как указание на наличие такой связи. Дислокации на этих реагирующих поверхностях могут образовываться по двум причинам. Некоторые дислокации получаются в процессе приготовления кристалла, а другие дислокации возникают в ходе реакции. В случае каталитических реакций водорода с кислородом на меди было обнаружено, что образование медного порошка связано с участками перегруппировки поверхности [4], а также с областями роста поверхности кристалла. Было предположено [3], что адсорбированный газ или другие посторонние вещества, находящиеся на поверхности, например окись меди, могут вызвать образование нарушений в решетке растущего кристалла, что меняет структуру его поверхности. Такие нарушения, особенно спиральные дислокации, могут инициировать рост порошка меди. При разложении этилена правильному росту кристаллов также могут препятствовать очень малые отложения углерода и адсорбированный газ. Таким путем могут образовываться дислокации относительно большого масштаба, которые в свою очередь будут способствовать образованию зародышей более плотных отложений углерода. [24]
Величина этой концентрации определяется процессом появления ( диссоциация и диффузия) и процессом исчезновения ( активация и десорбция) адатомов ( [35], стр. Важным параметром в этих уравнениях является среднее расстояние между моноатомными ступеньками на поверхности кристалла. Для граней с малыми индексами расстояние между ступеньками превосходит среднее расстояние, проходимое адатомом при диффузии. Отсюда следует, что скорость испарения будет определяться как генерацией ступенек на краях кристалла, так и диффузией адатомов по поверхности. На гранях кристалла с высокими индексами на поверхности создается много ступенек, расстояния между которыми сравнимы со средним диффузионным расстоянием, которое проходят адатомы, прежде чем они активируются и десорбируются. Были рассмотрены также и другие случаи, которые включали возможность затрудненной диссоциации атомов со ступеньки вследствие ограничения на энтропию, а также возможность большой энергии активации, необходимой для диссоциации атомов из узлового состояния. Малые величины а могут быть связаны и с адсорбированными примесями. Влияние этих примесей связано с тем, что, адсорбируясь на краях кристалла, они не позволяют образовываться новым ступенькам, с которых происходит испарение. Следовательно, адатомы поставляются только с уже существующих ступенек, которые вырастают до макроскопического размера и уменьшают скорость испарения. Экспериментальных данных, полученных на совершенных монокристаллах для подтверждения приведенных выше концепций, очень мало. Сире [53] показал, что испарение с краев кристалла облегчается, если внешнее давление уменьшить на 2 % по сравнению с равновесным давлением. Однако испарение с одиночной поверхности того же самого кристалла не происходит совсем, если внешнее давление уменьшить на половину равновесного давления. Это подтверждает то положение, что края кристалла являются источниками ступенек испарения. Теория поэтапного испарения может быть распространена на случаи несовершенных кристаллов и поликристаллических веществ ( [35], стр. Испарение этих веществ подчиняется тем же кинетическим законам, что и испарение совершенных кристаллов, за исключением различия в расстоянии между ступеньками испарения. Спиральные дислокации, например, служат дополнительным источником моноатомным ступенек, причем расстояние между последними следует считать таким же, как и в случае ступенек, возникших на краях кристаллов. В поликристаллических веществах источниками ступенек служат границы зерен, трещины, края кристаллов и дислокации. Число таких центров велико, поэтому среднее расстояние между ступеньками мало, что приводит к величине коэффициента испарения, близкой к единице, несмотря на то, что процесс подвержен ограничению как по энтропии, так и по примесям. [25]