Поверхности кристаллов

п — у поверхности кристалла; и — на границе твердой и жидкой фаз в начальный период их контакта

Т о ч е ч и ы е дефект ы (рис 8) — малы во всех трех измерениях, и размеры их не превышают нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся: 1) вакансии (дефекты Шот-тки), т. е. узлы решетки, в которых атомы отсутствуют (рис. 8). Вакансии чаще образуются в результате перехода атома из узла решетки на поверхность или полного испарения с поверхности кристалла и реже в результате их перехода в междоузлие.

С увеличением угла разориен-тировки а субзерен и уменьшением их величины плотность дислокаций в металле повышается. Атомы на границах зерен (или субзерен) и атомы, расположенные на поверхности кристалла, вследствие нескомпенсированности сил межатомного взаимодействия, имеют более высокую потенциальную энергию, по сравнению с атомами в объеме зерен.

случае рост кристалла может протекать даже без обрззования двумерного ззродыша. В растущем кристалле всегда имеются дислокации. В месте выходз на поверхность винтовой дислокации имеется ступенька, к которой легко присоединяются атомы, поступающие из жидкости (рис. 21, б). Винтовые дислокации ведут к образовзнию на поверхности кристалла спиралей роста высотой от одного до нескольких тысяч атомов. Спиральный рост экспериментально обнаружен при изучении роста монокристаллов магния, кадмия, серебра и других металлов.

кристалла на одно межплоскостпое расстояние (рис. 28, о), при этом справа па поверхности кристалла образуется ступенька. Следует иметь в виду, что перемещение дислокаций, образовавшихся в процессе кристаллизации, ограничено. Большие деформации возможны только вследствие того, что движение этих дислокаций вызывает появление или размножение большого количества новых дислокаций в процессе пластической деформации.

Несовершенства строения кристаллов влияют на энергетическую неустойчивость кристаллической системы в целом. В наибольшей степени несовершенства строения проявляются в бездиффузионных процессах при самопроизвольной перестройке кристаллической решетки. Поскольку несовершенства строения характеризуются повышенной величиной свободной энергии Т7 и их передвижение, как указывалось ранее, в зависимости от типа кристаллической решетки также обусловлено энергетическими факторами, большое значение в установлении наиболее оптимальных в энергетическом отношении способов перестройки решетки кристаллов играют дислокации. Винтовая дислокация, например, на поверхности кристалла стимулирует кристаллизацию с минимальными затратами энергии по сравнению с кристаллизацией на идеально плоской грани.

Рис. 1.2. Энергетический барьер потенциальной энергии системы атомов у поверхности кристалла (а) и на границе твердой и жидкой фаз в начальный период их контакта (б)

Внутри кристалла каждый атом удерживается симметрично направленными силами связи. На свободной поверхности кристалла или жидкости атом неуравновешен вследствие отсутствия связи с одной стороны (вакуум) или из-за ее ослабления. Это вызывает повышение энергии поверхностного слоя кристалла wn. Если для перемещения внутри тела атому необходима энергия WQ (см. рис. 1.2), то для выхода в окружающую среду wn, причем wn>w0. Поэтому для соединения двух монокристаллов в один требуется деформационная, или тепловая, энергия извне, превышающая граничную энергию wr.

Представленные выше перестройки поперечно намагниченных подсистем в продольно намагниченные, при растяжении ферромагнетиков разной ориентации, связаны с ростом магнитоупругой энергии и осуществляются по единому механизму: путем измельчения 90° краевых замыкающих доменов и зарождения новых 180° основных ферромагнитных областей в форме полос. Наиболее четко это можно видеть вблизи края "кубически" ориентированного кристалла кремнистого железа (рисунок 2.2.3). Поверхности кристалла строго совпадают с кристаллографическими плоскостями (100), магнитная доменная структура имеет вид известной модели доменов Ландау-Лифшица [84]. Упругие продольные растягивающие напряжения, ориентированные вдоль оси легчайшего намагни-

Полученные результаты объясняются на основе представлений о возникновении регулярных диссинативных структур (РДС) дефектов в Процессе образования остаточного нарушенного слоя При множественном локальном микроразрушении поверхности кристалла. РДС формируется из метастабильных комплексов неравновесных точечных дефектов, взаимодействующих через упругие и электрические поля и профиль распределения которых промодулирован дислокационным «каркасом» в области вдавливания абразивных частиц. Переход кристалла после обработки в новое квазиравновесное состояние сопровождается распадом РДС, при котором возможны локальные фазовые переходы, проявляющиеся как отрицательная микроползучесть кремния. Обсуждаются аспекты практического использования обнаруженного явления для оптимизации механической обработки монокристаллов.

Некоторые кристаллы (кварц, турмалин, сегнетова соль и др.) дают пьезоэлектрический эффект: под действием упругой деформации на поверхности кристалла появляются электрические заряды (прямой пьезоэффект); и наоборот, под действием электрического поля они испытывают упругие деформации — сжимаются или растягиваются в зависимости от направления поля (обратный пьезоэффект). Поэтому, если пластинку, вырезанную из пьезоэлектрического кристалла, поместить между обкладками конденсатора, к которому подводится переменное электрическое напряжение, то в пластинке будут возникать переменные упругие деформации, т. е. будут происходить вынужденные механические колебания. Но сама пластинка, как и всякое упругое тело, обладает собственными частотами колебаний, зависящими от

жидкого металла в твердый, а с другой стороны, возрастает в результате образования поверхности раздела с избыточной поверхностной энергией, равной AF,Mm So. Общее изменение свободной энергии можно определить из следующего выражения: AF -----.: —AFon -j- AF1I01)) или AF - —I/A/ ! Scr, где А/ — разность объемных свободных энергий жидкого и твердого металлов (F)K — — FT); V — объем зародыша; S — суммарная величина поверхности кристаллов; а — поверхностное натяжение.

Однако при зарождении и росте кристаллов на их границе с жидкостью возникает и увеличивается поверхностная энергия oSn (a — поверхностное натяжение, 5„ — суммарная площадь поверхности кристаллов) .

которое устанавливает связь между параметрами разориентировки и плоскости границы. Стыковка двух кристаллов (без их деформации) для образования границы с заданной разориентировкой возможна только в том случае, когда стыкующиеся поверхности кристаллов удовлетворяют соотношению (2.14). Если это соотношение не выполняется, то для образования границы нужна деформация кристаллов. Кроме того, матрица разориентировки R должна быть матрицей линейного поворота и при этом разориентировка должна быть постоянной вдоль всей границы, т. е. уравнение

В табл. 3 представлены расчетные данные, характеризующие равновесие в системе графит с различной степенью совершенства^ кристаллической решетки — примеси металлов в газовой фазе. С увеличением степени совершенства графита возрастает количество-атомов примесей, адсорбирующихся на поверхности кристаллов. Однако удельная концентрация адсорбированных атомов на поверхности кристалла для каждого металла есть величина постоянная.

Показано, что при одинаковых условиях, адсорбция переходных металлов обратно пропорциональна среднему Диаметру кристаллов углеродных материалов. Разность концентраций примесей при максимальном различии степени совершенства кристаллической решетки составляет 2 порядка (стеклоуглерод и естественный графит). Удельная концентрация адсорбированных атомов на боковой призматической поверхности кристаллов — величина постоянная для каждого металла и составляет сотые доли процента к количеству ненасыщенных углеродных атомов на этой поверхности. Табл. 3, рис. 1.

Развитие рельефа скольжения на поверхности кристаллов в процессе нагружения изучали с помощью оптической микроскопии [5]. Дислокационная структура исследовалась высоковольтным ТЭМ. Образцы для ТЭМ-исследований были приготовлены параллельно плоскости {110} на разном расстоянии от поверхности: из центральной части образца на расстоянии 10 мкм от поверхности и с использованием односторонней полировки для сохранения истинной поверхности.

Прочность и дисперсия прочности нитевидных кристаллов главным образом зависят от качества боковой поверхности кристаллов и степени загрязненности примесями, неизбежно попадающими в кристаллы в процессе их выращивания. О влиянии качества боковой поверхности на прочность нитевидных кристаллов сапфира свидетельствует хорошо известная [25 ] масштабная зависимость (рис. 14). Штриховая линия на рис. 14 указывает на стабильность предела прочности тщательно отполированных усов диаметром 5 — 15 мкм. Прочность нитевидных кристаллов, несмотря на значительный разброс частных значений, монотонно понижается по мере повышения площади поперечного сечения или площади боковой поверхности (длина кристаллов при испытании

рентгеновская дифракция, дающая возможность фотографировать положение отдельных дислокаций в кристалле металлов; ионный микропроектор, обеспечивающий наблюдение атомной структуры поверхности кристаллов.

Согласно [3 ] W стремится распределиться в сплаве по осям дендритов, Мо — в междендритных слоях, a Nb — в пограничных слоях кристалла. Последнее связано с образованием карбидов ниобия, так как углерод у многих сплавов стремится в первую очередь к выделению на поверхности кристаллов, когда содержание его в сплаве невысоко.

При пробое кристаллов алмаза образуются графитные чешуйки на поверхности кристаллов алмаза как в зоне канала пробоя, так и в зоне трещин, отходящих от канала разряда. Последнее, как и случае с пробоем органического стекла, связано с истечением плазмы и

Необходимо отметить, что множество В конечно, т. е. имеет конечное число членов, а множество А — бесконечно (по крайней мере в теоретическом плане). Например, даже самая простая реальная деталь имеет большое число микронеровностей на поверхности, кристаллов металла, дислокаций и т. д. Взаимное расположение множеств А и В представлено на рис. 2. Из него видно1, что