عیوب شبکه کریستالی

تعداد بازدید: 6042
چهارشنبه 03 دي 1393

عیوب شبکه کریستالی

بلورهای فلزی کامل نیستند یعنی دارای عیوب شبکه کریستالی (Crystal Defects) هستند. در طبیعت جسمی یافت نمی شود که تمام بلورهای آن بی نقص باشد. از نقطه نظر ترمودینامیکی (انرژی) عیوب دو دسته هستند پایدار و ناپایدار. این نوع دسته بندی بسیار کلی و نامناسب است. از نظر هندسی عیوب و نواقص شبکه بلوری به صورت نقطه ای، خطی، سطحی و حجمی تقسیم بندی می شوند. این دسته بندی مناسب تر است.

عیوب شبکه کریستالی

ساختمان بلوری اجسام مطابق ساختمان های مشابه با شبکه‏ های براوه، بلورهایی بی نقص، کامل، بی عیب و ایده آل هستند. در این شرایط با استفاده از نیروهای چسبندگی بین اتم ها {{استحکام نظری}} مواد محاسبه می شود. تنش برشی مربوط به لغزش پلاستیک در یک تک بلور به مقدار قابل توجهی از استحکام برشی نظری همان بلور کامل، کمتر است. به طور مثال بلور منیزیم در یک ده هزارم استحکام نظری خود تغییر شکل پلاستیک می دهد. به طور مشابه بلور های واقعی سایر فلزات نیز در کسر کوچکی از استحکام نظری (یک هزارم تا یک صد هزارم) تغییر شکل می دهد و مهم ترین دلیل این امر وجود نواقص در ساختمان بلوری شود نقص (defect) تلقی می شود.

عیوب نقطه ای (Point Defects)

عیب نقطه ای جای خالی (تصویر a) یا Vacancy

وقتی یک اتم در نقطه تعیین شده وجود نداشته باشد نقص جای خالی نام دارد. یعنی آنکه یک اتم در محل خود در ساختمان بلوری حضور نداشته باشد. به طور مثال فقط در 7 گوشه از 8 گوشه یک مکعب، اتم وجود داشته باشد و جای یکی از آن ها در گوشه مکعب خالی باشد به این ترتیب این مکعب یک جای خالی دارد. وجود نقص جای خالی منجر به نزدیک شدن اتم های اطراف جای خالی می شود و لذا نظم اتمی قدری به هم می ریزد. در یک جسم در حالت تعادل همیشه تعدادی جای خالی وجود دارد که تعداد آن ها رابطه مستقیمی با درجه حرارت دارد. اما اگر درجه حرارت تغییر کند مدتی وقت لازم است تا تعداد جای خالی به حالت تعادل جدید خود برسد.

عیب نقطه ای اتم بین نشین (تصویر b) یا Interstitial Atom

بین اندازه اتمی اتم های بین نشین و اتم های حلال، اختلاف وجود دارد که سبب اعوجاج در شبکه بلوری می شود و نظم اتمی قدری به هم می ریزد. اختلاف اندازه اتمی ذکر شده منجر به ایجاد تنش فشاری در مکان نقص می شود و بر انرژی محرکه نفوذ اتم بین نشین می افزاید یعنی حرکت اتم بین نشین راحت تر می شود. نفوذ (diffusion) حالت جامد عبارت است از مهاجرت اتم ها، این پدیده به دما و زمان بسیار وابسته است. اتم های فلزی در حالت جامد در شبکه  فضایی همراه حول مکان های ثابتی در نوسان هستند. گاهی اوقات اتم ها از یک مکان اتمی به مکان دیگر حرکت می کنند. این تغییر مکان اتم ها درون یک بلور جامد نفوذ نامیده می شود. سرعت نفوذ حالت جامد به نیروی محرکه اتم ها برای کسب یک مکان با انرژی پایینتر و به مقاومت به تغییر مکان اتمی فلز بستگی دارد.

عیب نقطه ای اتم جانشین (تصاویر c و d)  یا Substitutional Defect

بین اندازه اتمی اتم های جانشین و اتم های حلال، اختلاف وجود دارد که سبب اعوجاج در شبکه بلوری می شود و نظم اتمی قدری به هم می ریزد. اگر اندازه اتمی اتم جانشین بزرگتر از اندازه اتمی اتم حلال باشد تنش فشاری ایجاد می شود و اگر اندازه اتمی اتم جانشین کوچکتر از اندازه اتمی اتم حلال باشد، تنش کششی ایجاد می شود. در هر صورت انرژی محرکه نفوذ اتم جانشین افزوده می شود یعنی حرکت اتم جانشین راحت تر می شود.

عیب نقطه ای فرنکل (تصویر e) یا Frenkel Defect

وجود یک جای خالی با یک عیب بین نشینی همراه با هم ذر یک شبکه کریستالی عیب فرنکل نامیده می شود. ساختارهای کریستالی با شبکه متراکم، عیوب بین نشینی و فرنکل کمتری نسبت به عیوب جای خالی و شوتکی دارد، زیرا برای انتقال اتم های جدید به درون محل های جدید انرژی زیادتری لازم است.

عیب نقطه ای شوتکی (تصویر f) یا Schottky Defect

عیوب شوتکی از جمله عیوب نقطه ای هستند که در کریستال های با پیوندهای یونی یافت می شود. جای خالی می تواند یون مثبت یا یون منفی باشد. هرگاه یک یا چندین بار الکتریکی موجود نباشد و یا بیشتر از حد معمول موجود باشند در این حالت صحبت ازیک جای خالی آنیونی یا کاتیونی می شود.

عیوب خطی (Line Defects)

نابه جایی (Dislocation)

نباید عدم حضور چند اتم در یک ردیف از شبکه بلوری با نوعی از عیب که {{نابجایی}} نامیده می شود اشتباه گرفته شود. نظریه نابجایی ها نظریه جدیدی است و وقتی به وجود آمد که تشریح تغییر شکل پلاستیک بلورها بدون وجود نابجایی غیر ممکن شد. نابجایی ناحیه ای از شبکه را که لغزیده است از ناحیه دیگر شبکه که هنوز لغزندگی در آن انجام نشده است جدا می سازد. به عبارت دیگر نابجایی مرز بین منطقه لغزش یافته و لغزش نیافته بلور است و یا نابجایی ها مرزهای یک برش روی صفحه لغزش هستند. در واقع نابجایی یک پیوستگی است که در آن، شبکه برش نیافته به شبکه برش خورده تبدیل می شود که مرز برش، نابجایی است. اندازه و جهت لغزش به وسیله {{بردار برگرز}} معین می شود. طول بردار برگرز معمولا برابر فاصله اتمی است.

نابجایی

عیوب حجمی و سطحی (Planar Defects)

در یک توده فلزی، مجموعه ای از نواقص بلوری در سطح مشترک، نقایص سطح یا حجم عنوان می شوند مانند مرز بین دانه ها و دوقلوها. از مهمترین نقص های سطحی یا حجمی، مرزدانه ها هستند. فلزات تجارتی به ندرت به صورت تک کریستال مورد استفاده قرار می گیرند و عمدتا پلی کریستالین هستند. قطر متوسط دانه ها متنوع است اما برای یک قطعه، قطر دانه حدوده 0.05 میلیمتر است. هر بلور توسط مرزدانه از سایر بلورها جدا می شود.

نه تنها عیب نقطه ای و خطی در شبکه و مرزدانه وجود دارد بلکه علاوه بر این ها در بین دانه ها بی نظمی در ترتیب دیده می شود. معمولا ترتیب مربوط به به دو دانه مجاور نامشخص بوده و تشکیل مرز (مرزدانه) مربوط به آن ها نامنظم است که عیب حجمی تلقی می گردد. در واقع مرزدانه یک عیب حجمی است.

مرزدانه ها که یک نقص حجمی هستند نقش مهمی در تعیین خواص فلز، بازی می کنند. به عنوان مثال در دماهای پایین، مرزدانه ها به قدر کافی مستحکم هستند و باعث تضعیف فلز نمی شوند. در فلزات خالص و بسیاری از آلیاژها که به شدت تغییر شکل داده باشند، شکست در دمای پایین به دلیل عبور ترک از درون دانه ها است و نه مرزدانه ها. شکست هایی از این گونه به نام شکست های درون دانه ای شناخته می شوند. ولی با افزایش دما استحکام مرز دانه ها نسبت به استحکام داخل دانه ها با سرعت بیشتری کاهش می یابد. بنابراین شکست در دماهای بالا از مرزدانه اتفاق می افتد. شکست هایی به این ترتیب به نام شکست بین دانه ای معروف است.

مرزدانه

 

عیب لایه ای (Stacking Fault)

عیب لایه ای از قرار گرفتن بدون نظم و ترتیب صفحات اتمی بر روی یکدیگر به وجود می آید. به این ترتیب که در قسمتی از کریستال یکی از لایه ها وجود ندارد. برای مثال در سیستم هگزاگونال متراکم تکرار صفحات به صورت ABBABAB در می آید. در صورتی که تکرار عادی لایه ها به صورت ABABABAB است و یا در سیستم مکعب با وجوه مرکزدار با وجود این عیب تکرار صفحات اتمی به صورت ABCBCABC در می آید در صورتی که تکرار منظم لایه های اتمی در این نوع سیستم به صورت ABCABCABC است.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

احمد رزاقیان ، خواص فیزیکی مواد ، انتشارات دانشگاه بین المللی امام خمینی ، 1390.

حسین تویسرکانی، اصول علم مواد، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان، 1382.

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

عیوب شبکه کریستالی از دید ndt-ed.org

A perfect crystal, with every atom of the same type in the correct position, does not exist. All crystals have some defects. Defects contribute to the mechanical properties of metals. In fact, using the term defect is sort of a misnomer since these features are commonly intentionally used to manipulate the mechanical properties of a material. Adding alloying elements to a metal is one way of introducing a crystal defect. Nevertheless, the term defect will be used, just keep in mind that crystalline defects are not always bad. There are basic classes of crystal defects...more

عیوب شبکه کریستالی از دید britannica.com

Crystal defect, imperfection in the regular geometrical arrangement of the atoms in a crystalline solid. These imperfections result from deformation of the solid, rapid cooling from high temperature, or high-energy radiation (X-rays or neutrons) striking the solid. Located at single points, along lines, or on whole surfaces in the solid, these defects influence its mechanical, electrical, and optical behaviour. Point defects include the Frenkel type, the Schottky type, and the impurity type. The Frenkel defect involves a single ion, which is displaced from its normal lattice point and shifts to a nearby interstice, or space, between atoms in the lattice. In the Schottky defect, two ions of opposite sign leave the lattice. Impurity defects are foreign atoms that replace some of the atoms making up the solid or that squeeze into the interstices; they are important in the electrical behaviour of semiconductors, which are materials used in computer chips and other electronic devices...more

عیوب شبکه کریستالی از دید wikipedia.org

Crystalline solids exhibit a periodic crystal structure. The positions of atoms or molecules occur on repeating fixed distances, determined by the unit cell parameters. However, the arrangement of atom or molecules in most crystalline materials is not perfect. The regular patterns are interrupted by crystallographic defects...more

عیب شبکه کریستالی
عیوب کریستالی
عیوب کریستال
Crystal Defects
برچسب ها: خواص فیزیکی موادعلم موادبلور شناسی
راه اندازی سایت مشعل شرکت پاکمن
سایت مشعل شرکت پاکمن با هدف بهبود در شیوه ی انتخاب مشعل، راه اندازی شد . جهت کسب ...بیشتر
حضور شرکت پاکمن در نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجاری از کشورهای اسلامی
عنوان: نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجا ...بیشتر
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر