Relis kristlyok kristlyhibk Gyakorlati fmek szilrdsga kevesebb mint
Reális kristályok, kristályhibák • Gyakorlati fémek szilárdsága kevesebb, mint 1 %-a az ideális modell alapján számítható szilárdságnak • Tiszta Si villamos vezetőképességét 10 -8 tömegszázalék bór adalékolása a kétszeresére növeli • KRISTÁLYHIBÁK 1
Kristályhiba-típusok • • Ponthibák (0 dimenziós) Vonalszerű hibák, 1 dimenziós: diszlokációk Felületszerű hibák (2 dimenziós) Térfogati hibák (3 dimenziós) 2
Ponthibák Termikusan aktivált hibák: • Vakancia (üres rácshely) • Saját interszíciós atomok • Idegen atomok (intersztíciós, szubsztitúciós helyeken) • Ponthiba komplexek (di-, tri-vakancia, idegen atom-vakancia. . . ) 3
Vakancia (üres rácshely) 4
Szubsztitúciós (helyettesítéses) atom 5
Intersztíciós (beékelődéses) atom 6
Ponthiba képződési mechanizmusok Frenkel-mechanizmus Frenkel hibapár: vakancia és intersztíciós atom együttese 7
Wagner-Schottky mechanizmus felületi üres hely vándorlása a szilárdtest belsejébe 8
Termikus ponthibák egyensúlyi koncentrációja Rácstorzulás aktiválási energia 9
Ponthibák keletkezése • képlékeny alakváltozás • nem egyensúlyi hűtés • részecske besugárzás (gyors neutron hibakaszkád) Termikus ponthibák eltűnése diffúziós mozgás • szemcsehatár • éldiszlokáció extrasík (kúszás) 10
Diszlokációk Frenkel elméleti folyáshatár számítása Számolt/mért folyáshatár: Fe: 440, Al: 423, Cu: 769 11
Tűkristály (whisker, 1950) kondenzátor Zn, d = 0, 1 - 0, 001 m 1934: Fransis Taylor, Orován Emil, Polányi Mihály 1960: Átvilágító elektronmikroszkópia (TEM) Definíció: Diszlokáció: a kristályban az elcsúszott és az el nem csúszott tartományok határoló vonala Éldiszlokáció Teljes (perfekt) diszlokáció Csavardiszlokáció Parciális diszlokáció Vegyes diszlokáció 12
Burgers-kör 13
Éldiszlokáció Diszlokáció vonala: l Csúszósík adott nem mozgékony Extra sík Burgers vektor: b b l 14
Csavardiszlokáció Diszlokáció vonala: l Nincs egyértelmű csúszósík mozgékony Extrasík sincsen ! Burgers vektor: b b II l 15
Diszlokációk alapvető tulajdonságai • Diszlokáció: elcsúszott és nem elcsúszott részek határa • Lineáris (lehet görbült is) • Felületen kezdődik és végződik, kristályban záródó görbe • Az elmozdulás mértéke a diszlokáció egésze mentén állandó • Burgers vektor a legsűrűbb irányban fekszik és b = d 16
Diszlokációk energiája Feszültség (nyomó, húzó) Poisson szám (0, 5 -0, 2): Energiatöbblet 17
Diszlokációk szerepe a képlékeny alakváltozásban Képlékeny alakváltozás diszlokációk mozgása. 18
Diszlokációsűrűség változása képlékeny alakváltozás során Definíciók Lágyított: 1010 -1011 m-2 Alakított: 1014 -1016 m-2 19
Diszlokációk mozgásának szabályai Diszlokáció csak abban a síkban tud csúszni amelyben a vonala és a Burgers vektora fekszik. Éldiszlokáció: 1 sík Csavardiszlokáció: sík (elméletileg) Diszlokáció mozgása mindig a legsűrűbb síkban és a legsűrűbb irányban történik. Csúszási rendszerek Csúszósík váltás Csavar keresztcsúszás Él mászás kúszás (tartós folyás, creep) üregek a szemcsehatáron 20
Csúszási rendszerek Tetszőleges csúszási rendszerhez azonos kritikus csúsztatófeszültség tartozik. 21
Síkok Miller-indexei 22
Irányok Miller-indexei 23
Lehetséges elcsúszások, FKK (111) 24
Diszlokációk kölcsönhatása Ellentétes előjelű éldiszlokációk, ellentétes sodrású csavardiszlokációk kioltják egymást. Ellentétes előjelű diszlokációk kölcsönhatása: = 45° egyensúly < 45° taszítás > 45° vonzás Azonos előjelű diszlokációk kölcsönhatása: sorba rendeződnek kisszögű szemcsehatár Egyesülhetnek, felbomolhatnak. (Energetikai feltétel) b 1 b 2 0 (tompaszög) egyesülnek b 1 b 2 0 (hegyesszög) felbomlik 25
Éldiszlokációk eltűnése 26
Diszlokációk keletkezése Frank-Read mechanizmus (diszlokáció forrás) Félkörív labilis zárt hurok 27
Frank-Read forrás működése 28
Frank-Read forrás TEM képe 29
Egykristályok képlékeny alakváltozása Alakváltozás: csúszósíkok a csúszási irányok mentén elcsúsznak egymáson. m: Schmid-tényező 30
Egykristályok képlékeny alakváltozása Egyszerű csúszás: alakváltozás egy csúszási rendszerben Többszörös csúszás: elcsúszás egyszerre több csúszási rendszerben FKK 4 db 111 síkban 2 -2 110 irányban 31
Egykristályok képlékeny alakváltozása I. : egyszerű csúszás (lépcsős felület, sok diszlokáció mozgása Frank-Read) II. : bonyolult / többszörös csúszás (Lomer-gátak erős alakítási keményedés) III. : keresztcsúszás, ikerképződés 32
Zn egykristály alakváltozása az I. szakaszban Cu egykristály egymást metsző csúszási vonalai Csúszósík - felület metszésvonala 33
Ikerképződéssel járó képlékeny alakváltozás Diszlokációs csúszás: elmozdulás csak néhány csúszósíkon Ikresedés: az ikertartomány valamennyi síkja elmozdul 34
Sokkristályos anyagok képlékeny alakváltozása Minden szemcsében többszörös csúszás. Alakítási keményedés intenzívebb. I. szakasz hiányzik. Mindig nagyobb feszültségek mint az egykristály esetén. 35
Polikristályos anyagok alakítási keményedése Hall-Petch egyenlet (alsó folyáshatár) A határon felhalmozódó diszlokációk feszültségtere indítja meg az alakváltozást a szomszédos krisztallitban. Szemcseméret szemcsehatáron felhalmozódó diszlokációk száma 36
Felületszerű hibák (2 D) Makrofelület Szemcsehatár (nagyszögű, kisszögű) Fázishatár (inkoherens, szemikoherens, koherens) Ikersík Rétegződési hiba 37
Szemcsehatár Nagyszögű Kisszögű ( = 1 -5°) 38
Fázishatár Inkoherens Szemikoherens Koherens Inkoherens 39
Szemikoherens Koherens (Heteroepitaxia) 40
FKK (111) szoros síkok lehetséges elrendeződései ABCABC FKK ABABAB HCP 41
Ikerhatár FKK ABCABCBACBA Párhuzamos vonalak a mikroszkópi képen. 42
Rétegződési hiba …ABCABC… C sík egy felülete hiányzik! FKK - Hexagonális - FKK Zárt görbe 43
FKK - Szoros hexagonális 44
Térfogati hibák (3 D) (üregek, repedések) Kúszási üregsor 45
46
47
- Slides: 47