Metode Experimentale de Evidențiere a Dislocațiilor

Introducere

Metalele si cele mai multe nemetale se gasesc sub forma cristalina, adica atomii constituienti sunt aranjati intr-un sablon ce se repeta periodic pe cele trei directii. Aranjamentul atomilor este numit structura cristalina. Structura cristalina a celor mai multe metale este una simpla, structurile cristaline cele mai des intalnite fiind: cub centrat, cub cu fete centrate si structuri hexagonale. Pe de alta parte structurile cristaline ale aliajelor si compusilor nemetalici sunt cel mai adesea complexe.

Aranjamentul atomilor intr-un cristal poate fi descris folosind o retea tridimensionala de linii drepte. Acestea impart spatiul in paralelipipede egale, numite celule unitate. Intersectia acestor linii este numita retea spatiala. In structurile cristaline simple reteaua spatiala este de obicei construita in asa fel incat punctele acesteia sa corespunda pozitiilor atomilor in cristal, dar nu este esential ca fiecarui atom sa-i corespunda un punct in reteaua spatiala.

Defectele de structura cristalina ce se intampla intr-un cristal sunt important de studiat. Pentru acest lucru s-au pus la punct o serie de metode cu ajutorul carora se pot pune in evidenta aceste defecte de structura. Aceasta lucrare isi propune sa prezinte cateva dintre aceste metode. Mai intai vom discuta despre formarea defectelor de structura in timpul cresterii cristalelor dupa care vom prezenta si analiza cateva metode cu care acestea pot fi puse in evidenta.

cap. I

Formarea defectelor de structură în timpul

creşterii cristalelor

cap.I.1 Defectele structurale în cristale

A. Clasificarea defectelor în cristale

Un cristal se caracterizează prin aşezarea ordonată a particulelor constituente, adică printr-un aranjament geometric bine definit al acestora, care permite stabilirea unei periodicitati tridimensionale. În studiul cristalului se foloseşte noţiunea geometrică de reţea cristalină, constând dintr-un număr infinit de puncte geometrice, numite noduri, care se suprapun prin anumite translatii după trei direcţii necoplanare. Existenţa particulelor în noduri determină structura cristalului ideal.

Experimentele şi teoria au arătat că există diferite tipuri de abateri faţă de structura cristalină ideală. Aşadar în fiecare cristal există deci din acest punct de vedere defecte sau imperfecţiuni.

A.1. Defecte datorate mişcării termice

Se ştie că particulele, atomii şi ionii, dintr-un cristal efectuează vibraţii termice în jurul pozitiilor de echilibru, care coincid cu nodurile reţelei cristaline. Astfel atomii nu se găsesc în general la un moment dat chiar în nodurile corespunzătoare, structura ideală a cristalului fiind permanent perturbată. Vibraţiile termice se propagă în cristal sub forma unor unde elastice. În analogie cu dualismul undă-particulă s-a dovedit utilă asocierea acestor unde cu nişte particule fictive, numite fononi.

A.2. Defecte electronice

Electronii liberi, golurile si excitorii (excitorii = starea excitata a unui ion cristalin) pot fi priviti si ei ca defecte, deoarece constituie elemente care perturba starea perfecta a structurii cristaline si interactioneaza cu ionii retelei.

A.3. Defecte tranzitorii

O radiatie (fotoni, particule incarcate sau neutre), trecand printr-un cristal, are efecte temporare asupra structurii ideale, putand fi considerate ca un defect tranzitoriu.

A.4. Defecte structurale

Cristalele prezinta abateri de la ordinea perfecta si datorita unor neregularitati ce apar in arhitectura lor intima. Ele se numesc defecte structurale si se clasifica in functie de analogia lor cu notiunile geometrice de punct, linie si suprafata.

A.4.1 Defecte punctiforme sau zerodimensionale

Abaterile de la periodicitatea retelei cristaline care au dimensiuni atomice, se numesc defecte punctiforme sau zerodimensionale. Aceste defecte pot fi de mai multe feluri:

a) Vacante. Daca un nod al retelei cristaline ramane neocupat, in locul respective se formeaza un defect numit vacanta (Fig.I.1 V).

b) Interstitiali. Daca un atom ocupa in cristal o pozitie care nu este un nod al retelei, adica se afla intr-un loc ,,nepermis”, unde in mod normal el nu ar trebui sa existe, atunci aici se naste un defect numit interstitial. Interstitialul poate fi un atom propriu sau un atom strain (de impuritate) (Fig. I.1 IP, respective IS).

c) Atomi substituiti. Se poate intampla ca intr-un cristal format dintr-un anumit fel de atomi un nod sa fie ocupat de un atom de alta natura. In felul acesta atomul substituit formeaza un defect punctiform (Fig.I.1 S).