پارامتر شبکه در مواد-عيوب
عيوب
در داخل يك تك كريستال يا دانه ، ساختار كريستالي كامل نيست. ساختار داراي عيوبي مانند جاي خالی است، جائيكه يك اتم كلا حذف مي شود و يا نابجايي ، جائيكه تكامل ساختار در طول يك خط گسيخته شود . مرز دانه ها در پلي كريستالها را مي توان از لحاظ دو عيب ، در شبكه كامل مورد بررسي قرارداد.
عيوب كريستالي در مشخص كردن بسياري از خواص مواد مهم هستند. مانند سرعت نفوذ اتمي و استحكام مكانيكي.
ما مي توانيم از يك مدل توپي shot model براي گرفتن يك عكس از عيوب كريستالي استفاده كنيم .
اين مدل از تعداد زيادي توپ كوچك تشكيل شده كه از يك دريچه وارد يك لايه (شكاف) ميان دو صفحه شفاف مي شوند. آنها مانند اتم ها در داخل كريستال عمل مي كنند و مي توانند نمونه هاي مشابهي از عيوب را نشان دهند.
زمانيكه shot model بصورت افقي نگه داشته مي شود كه توپها بتوانند آزادانه حركت كنند، ساختار حاصله مانند مايع است.
مدل توپي بصورت افقي قرار داده مي شود. توپها ساختاري شبيه مايع ايجاد مي كنند.
به محض اينكه مدل براي عمودي شدن كج شود. توپها نزديك هم جمع مي شوند. اين امر كريساليزاسيون را تداعي مي كند. يك يا دو توپ ممكن است بالاي بدنه اصلي بوسيله نيروهاي الكترواستاتيك معلق بمانند. اين با بخاري كه بالاي كريستال يافت مي شود قابل مقايسه است.
در بعضي نقاط توپها نواحي با ساختار فشرده ايجاد مي كنند. ضربه زدن به مدل باعث مي شود توپها بازچيني ناقص تري داشته باشند، مخصوصا در بالاي قسمت جامد. اين به ديفوزيون شبيه است. در چنين نمونه هايي ضربه با فعاليت حرارتي مقايسه شده است. گاهي عمل ديفوزيون باعث مي شود و دانه به هم بپيوندند يا براي بعضي دانه ها منجر به رشد آنها مي شود. تطابق دادن شكل زير رفتار مدل توپي را زمانيكه بوسيله ضربه زدن بازچيني شده نشان مي دهد كه از حالت پلي كريستالي با تعداد زيادي دانه كوچك شروع شده و با دانه هاي بزرگتر پايان يافته ، وجود جاهاي خالي را در ساختار فراموش نكنيد.
با دقت بيشتر ممكن است بتوان يك تك كريستال ساخت البته زمانيكه تمامي توپها يك نمونه واحد تشكيل دهند. توجه كنيد كه ديفوزيون بيشتر در بالاي توپها انجام مي شود، همانطور كه شكل نشان مي دهد آن ها به سمت وسط و زير نمي توانند به آساني حركت كنند.
حتي در يك تك كريستال يا نمونه هاي با دانه هاي درشت هنوز هم جاي خالي هايي وجود دارند، همان طور كه در مدل توپي هم نشان داده مي شود. اين مسئله مستلزم وجود آنتروپي است. در همه دماهاي محدود در كريستال تا حدي بي نظمي وجود خواهد داشت. توپها در داخل يك دانه چيدمان خود را براي رسيدن به يك سطح فشرده تنظيم مي كنند. در فلزات ساختار فشرده اي اتم ها ساختار بسيار رايجي است. اين الگو نمونه اي است از شبكه هگزاگونال فشرده (hcp ) و مكعب فشرده.
توجه كنيد كه در مدل دو بعدی هر توپ با 6 توپ ديگر در تماس است. در يك كريستال سه بعدي ، مانند يك نمونه واقعي آن، هر توپ با سه توپ ديگر را در صفحه بالايي و سه توپ در صفحه پايين در ارتباط است.
در مدل توپي توپها در حالت نرمال بصورت پلي كريستالي شكل مي گيرند.
يك پلي كريستال داراي نواحي كريستالي ( دانه ها) است كه بوسيله مرزدانه هاي بي نظم بهم متصل شده اند. توجه كنيد كه چيدمان اتمها در مرز دانه ها در مقايسه با خود دانه ها بي نظم است. در يك مرزدانه ساختار معمولي كريستال به وضوح به هم ريخته بنابراين مرزها نواحي پر انرژي هستند. حالت ايده آل كم انرژي يك تك كريستال خواهد بود.
پلي كريستالها از يك مذاب بوجود مي آيند. زيرا كريستاليزاسون از تعدادي مركز جوانه زني شروع مي شود. اين كريستالها به رشد خود ادامه مي دهند تا با هم برخورد كنند. از آنجا كه دانه ها تا قبل از اينكه به هم برخورد كنند هم جهت نشده اند ، بنابراين احتياجي ندارند كه لزوما براي تبديل به يك تك كريستال با هم تركيب شوند، از اين رو به صورت پلي كريستال در مي آيند.
پس از كريستاليزاسيون جامد تمايل به كاهش مرز و در نتيجه كاهش انرژي دروني بوسيله رشد دانه دارد. اين امر فقط با انجام يك پروسه نفوذ اتمي در جامد امكان پذير است. اين ديفوزيون در دماهاي بالا بسيار سريعتر انجام مي پذيرد ، زيرا واكنشي است كه با دما فعال مي شود.
گردآورنده و مترجم : مهندس نفیسه رحمانی زاده
فهرست
پارامتر شبکه در مواد-تک کريستالها
پارامتر شبکه در مواد-تک کريستالها 2
پارامتر شبکه در مواد-تک کريستالها 3
پارامتر شبکه در مواد-پلی کریستالها
