क्रिस्टल जालकों में दोष. क्रिस्टल में दोषों की प्रस्तुति क्रिस्टल जाली प्रस्तुति में दोष
दोष के क्रिस्टल की संरचनावास्तविक धातुएँ जिनका उपयोग संरचनात्मक के रूप में किया जाता है
सामग्रियों में बड़ी संख्या में अनियमित आकार के क्रिस्टल होते हैं। इन
क्रिस्टल
बुलाया
अनाज
या
क्रिस्टल,
ए
संरचना
पॉलीक्रिस्टलाइन या दानेदार. मौजूदा उत्पादन प्रौद्योगिकियाँ
इसलिए, धातुएँ उन्हें आदर्श रासायनिक शुद्धता प्राप्त करने की अनुमति नहीं देती हैं
वास्तविक धातुओं में अशुद्धता परमाणु होते हैं। अशुद्धि परमाणु हैं
क्रिस्टल संरचना में दोषों के मुख्य स्रोतों में से एक। में
धातुओं को उनकी रासायनिक शुद्धता के आधार पर तीन समूहों में विभाजित किया जाता है:
रासायनिक रूप से शुद्ध - सामग्री 99.9%;
उच्च शुद्धता - सामग्री 99.99%;
अल्ट्राप्योर - सामग्री 99.999%।
किसी भी अशुद्धता के परमाणु आकार और संरचना में बिल्कुल भिन्न होते हैं
मुख्य घटक के परमाणुओं से भिन्न होता है, इसलिए चारों ओर बल क्षेत्र होता है
ऐसे परमाणु विकृत होते हैं। किसी भी दोष के आसपास एक लोचदार क्षेत्र दिखाई देता है।
क्रिस्टल जाली का विरूपण, जो आयतन द्वारा संतुलित होता है
क्रिस्टल संरचना में दोष के निकट क्रिस्टल।
सभी धातुओं में निहित है। ये ठोसों की आदर्श संरचना का उल्लंघन हैं
उनके भौतिक, रासायनिक, पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है
तकनीकी और परिचालन गुण। बिना उपयोग के
वास्तविक क्रिस्टल में दोषों के बारे में विचार, घटना का अध्ययन करना असंभव है
प्लास्टिक का विरूपण, सख्त होना और मिश्रधातुओं का नष्ट होना आदि दोष
क्रिस्टल संरचना को उनकी ज्यामितीयता के अनुसार आसानी से वर्गीकृत किया जा सकता है
आकृति और माप:
सतह (द्वि-आयामी) केवल एक दिशा में छोटी होती हैं और होती हैं
सपाट आकार - ये अनाज, ब्लॉक और जुड़वाँ की सीमाएँ हैं, डोमेन की सीमाएँ हैं;
बिंदु (शून्य-आयामी) तीनों आयामों में छोटे होते हैं, उनके आकार नहीं होते हैं
कई परमाणु व्यासों से अधिक रिक्तियां, अंतरालीय परमाणु हैं,
अशुद्धता परमाणु;
रैखिक (एक-आयामी) दो दिशाओं में छोटे होते हैं, और तीसरे में
दिशा वे क्रिस्टल की लंबाई के अनुरूप हैं - ये अव्यवस्थाएं, श्रृंखलाएं हैं
रिक्तियां और अंतरालीय परमाणु;
वॉल्यूमेट्रिक (त्रि-आयामी) अपेक्षाकृत तीनों आयामों में है
बड़े आकार का अर्थ है बड़ी विषमताएँ, छिद्र, दरारें, आदि; सतही दोष इंटरफेस हैं
पॉलीक्रिस्टलाइन धातु में अलग-अलग अनाजों या उप-अनाजों के बीच
इसमें क्रिस्टल में "पैकिंग" दोष भी शामिल हैं।
अनाज सीमा एक सतह है जिसके दोनों ओर
क्रिस्टल जाली स्थानिक अभिविन्यास में भिन्न होती हैं। यह
सतह एक द्वि-आयामी दोष है जिसमें महत्वपूर्ण आयाम हैं
दो आयाम, और तीसरे में - इसका आकार परमाणु के बराबर है। अनाज सीमाएं
- ये उच्च अव्यवस्था घनत्व और असंगति वाले क्षेत्र हैं
आसन्न क्रिस्टल की संरचना. अनाज की सीमाओं पर परमाणु बढ़ गए हैं
अनाज के अंदर परमाणुओं की तुलना में ऊर्जा और, परिणामस्वरूप, अधिक
विभिन्न अंतःक्रियाओं और प्रतिक्रियाओं में संलग्न होने की प्रवृत्ति रखते हैं। अनाज की सीमाओं पर
परमाणुओं की कोई व्यवस्थित व्यवस्था नहीं है। धातु क्रिस्टलीकरण के दौरान अनाज की सीमाओं पर, वे जमा हो जाते हैं
विभिन्न अशुद्धियाँ, दोष, गैर-धात्विक समावेशन बनते हैं,
ऑक्साइड फिल्में. परिणामस्वरूप, दानों के बीच का धात्विक बंधन टूट जाता है
और धातु की ताकत कम हो जाती है। टूटी हुई सीमा संरचना के परिणामस्वरूप
धातु को कमजोर या मजबूत करना, जो क्रमशः, की ओर ले जाता है
इंटरक्रिस्टलीय (इंटरग्रेन्युलर) या ट्रांसग्रेन्युलर (अनाज के शरीर के साथ)
विनाश। प्रभाव में उच्च तापमानधातु कम हो जाती है
अनाज की वृद्धि और संकुचन के कारण अनाज की सीमाओं की सतही ऊर्जा
उनकी सीमाओं की लंबाई. जब रासायनिक रूप से अनाज की सीमाओं के संपर्क में आते हैं
अधिक सक्रिय हो जाते हैं और परिणामस्वरूप, संक्षारण विनाश होता है
अनाज की सीमाओं पर शुरू होता है (यह सुविधा सूक्ष्म विश्लेषण को रेखांकित करती है
पॉलिश अनुभागों के निर्माण में धातुएँ)।
क्रिस्टलीय सतह के विरूपण का एक अन्य स्रोत भी है
धातु संरचना. धातु के कण परस्पर अनेक भागों में विभाजित हो जाते हैं
डिग्री, टुकड़ों को मिनटों में गुमराह किया जाता है, और जो ब्लॉक बनते हैं
टुकड़ा, केवल कुछ सेकंड के लिए पारस्परिक रूप से गलत दिशा में। अगर
उच्च आवर्धन पर अनाज की जांच करें, यह उसके अंदर का पता चलता है
15"...30" के कोण पर एक दूसरे के सापेक्ष दिशाहीन क्षेत्र हैं।
इस संरचना को ब्लॉक या मोज़ेक कहा जाता है, और क्षेत्रों को ब्लॉक कहा जाता है
मोज़ाइक. धातुओं के गुण ब्लॉक और अनाज के आकार और दोनों पर निर्भर होंगे
और उनके पारस्परिक अभिविन्यास पर। ओरिएंटेड ब्लॉकों को बड़े टुकड़ों में जोड़ा जाता है
जिसका सामान्य अभिविन्यास मनमाना रहता है, इस प्रकार सभी अनाज
एक दूसरे के सापेक्ष गलत दिशा में रहना। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है
अनाज का भ्रांति बढ़ जाता है। अनाज विभाजन का कारण बनने वाली तापीय प्रक्रिया
टुकड़ों में विभाजित करना बहुभुजीकरण कहलाता है।
धातुओं में दिशा के आधार पर गुणों में अंतर होता है
नाम अनिसोट्रॉपी है। अनिसोट्रॉपी सभी पदार्थों की विशेषता है
क्रिस्टलीय संरचना. इसलिए, अनाज मात्रा में बेतरतीब ढंग से स्थित होते हैं
विभिन्न दिशाओं में परमाणुओं की संख्या लगभग समान होती है
गुण समान रहते हैं, इस घटना को अर्ध-अनिसोट्रॉपी कहा जाता है
(झूठा - अनिसोट्रॉपी)। बिंदु दोष तीन आयामों और आकारों में छोटे होते हैं
मुद्दे के करीब पहुंच रहा हूं. सामान्य दोषों में से एक है
रिक्तियाँ, अर्थात वह स्थान जो किसी परमाणु द्वारा व्याप्त न हो (शोट्की दोष)। किसी रिक्त पद को बदलने के लिए
नोड, एक नया परमाणु गति कर सकता है, और एक खाली स्थान - एक "छेद" - बनता है
अड़ोस-पड़ोस। बढ़ते तापमान के साथ, रिक्तियों की सांद्रता बढ़ जाती है। इसलिए
परमाणुओं की तरह. सतह के निकट स्थित है. सतह पर आ सकता है
क्रिस्टल. और परमाणु उनका स्थान ले लेंगे। सतह से दूर स्थित है।
जाली में रिक्तियों की उपस्थिति परमाणुओं को गतिशीलता प्रदान करती है। वे। उन्हें अनुमति देता है
स्व-प्रसार और प्रसार की प्रक्रिया से गुजरें। और इस प्रकार प्रदान करता है
उम्र बढ़ने, द्वितीयक चरणों की रिहाई आदि जैसी प्रक्रियाओं पर प्रभाव।
अन्य बिंदु दोष विस्थापित परमाणु हैं
(फ्रेनकेल दोष), अर्थात्। स्वयं की धातु के परमाणु नोड छोड़ रहे हैं
जाली और इंटरनोड्स में कहीं जगह ले ली। एक ही समय में जगह पर
परमाणु के गतिशील होने से एक रिक्त स्थान बन जाता है। ऐसे दोषों की सघनता
छोटा। क्योंकि उनके निर्माण के लिए ऊर्जा के महत्वपूर्ण व्यय की आवश्यकता होती है। किसी भी धातु में विदेशी अशुद्धता परमाणु होते हैं। में
अशुद्धियों की प्रकृति और उन स्थितियों के आधार पर जिनके तहत वे धातु में प्रवेश करते हैं, वे कर सकते हैं
धातु में घुल जाना या अलग-अलग समावेशन के रूप में मौजूद होना। पर
धातु गुण सबसे बड़ा प्रभावविदेशी भंग कर दिया है
अशुद्धियाँ जिनके परमाणु परमाणुओं के बीच रिक्त स्थान में स्थित हो सकते हैं
आधार धातु - अंतरालीय परमाणु या क्रिस्टल जाली स्थलों पर
आधार धातु - प्रतिस्थापन परमाणु। यदि अशुद्धता परमाणु महत्वपूर्ण हैं
कम आधार धातु परमाणु, तो वे अंतरालीय समाधान बनाते हैं, और यदि
अधिक - तब वे प्रतिस्थापन समाधान बनाते हैं। दोनों ही स्थितियों में जाली बन जाती है
दोषपूर्ण और इसकी विकृतियाँ धातु के गुणों को प्रभावित करती हैं। रैखिक दोष दो आयामों में छोटे होते हैं, लेकिन तीसरे में हो सकते हैं
क्रिस्टल (अनाज) की लंबाई तक पहुंचें। रैखिक दोषों में जंजीरें शामिल हैं
रिक्त पद। अंतरालीय परमाणु और अव्यवस्थाएँ। अव्यवस्थाएं विशेष हैं
क्रिस्टल जाली में खामियों के प्रकार. अव्यवस्था सिद्धांत के दृष्टिकोण से
ताकत, चरण और संरचनात्मक परिवर्तनों पर विचार किया जाता है। अव्यवस्था
इसे एक रैखिक अपूर्णता कहा जाता है जो क्रिस्टल के अंदर एक क्षेत्र बनाती है
बदलाव अव्यवस्था सिद्धांत पहली बार तीस के दशक के मध्य में लागू किया गया था
20वीं सदी के भौतिक विज्ञानी ओरोवन, पॉलीनी और टेलर ने इस प्रक्रिया का वर्णन किया
क्रिस्टलीय पिंडों का प्लास्टिक विरूपण। इसके उपयोग की अनुमति है
धातुओं की मजबूती और लचीलेपन की प्रकृति की व्याख्या करें। अव्यवस्था सिद्धांत दिया
सैद्धांतिक और व्यावहारिक के बीच भारी अंतर को समझाने की क्षमता
धातुओं की ताकत.
अव्यवस्थाओं के मुख्य प्रकारों में किनारा और पेंच शामिल हैं। क्षेत्रीय
अतिरिक्त होने पर अव्यवस्था बनती है
परमाणुओं का अर्ध तल, जिसे बाह्य तल कहते हैं। उसकी बढ़त 1-1 है
एक रैखिक जाली दोष बनाता है जिसे किनारे की अव्यवस्था कहा जाता है।
यह परंपरागत रूप से स्वीकार किया जाता है कि यदि अव्यवस्था ऊपरी हिस्से में है तो यह सकारात्मक है
क्रिस्टल का हिस्सा और यदि अव्यवस्था नीचे स्थित है तो इसे "" चिन्ह से दर्शाया जाता है
भाग - नकारात्मक "टी"। एक ही चिन्ह की अव्यवस्थाएं एक दूसरे को प्रतिकर्षित करती हैं, और
इसके विपरीत - वे आकर्षित करते हैं। किनारे के तनाव के प्रभाव में
एक अव्यवस्था क्रिस्टल के आर-पार (कतरनी तल के साथ) तब तक घूम सकती है
अनाज (ब्लॉक) सीमा तक पहुंच जाएगा। यह एक चरण का आकार बनाता है
एक अंतरपरमाणु दूरी. प्लास्टिक कतरनी एक परिणाम है
विमान में अव्यवस्थाओं की क्रमिक गति
बदलाव एक विमान के साथ पर्ची का प्रसार
फिसलन क्रमिक रूप से होती है। प्रत्येक
किसी अव्यवस्था को दूर करने का प्राथमिक कार्य
एक पद से दूसरे पद को पूरा किया जाता है
केवल एक ऊर्ध्वाधर परमाणु का टूटना
विमान। अव्यवस्थाओं को दूर करने के लिए यह आवश्यक है
कठोर की तुलना में काफी कम बल
अपरूपण तल में क्रिस्टल के एक भाग का दूसरे भाग के सापेक्ष विस्थापन। पर
संपूर्ण क्रिस्टल के माध्यम से कतरनी दिशा के साथ एक अव्यवस्था की गति
इसके ऊपरी और निचले हिस्सों का विस्थापन केवल एक अंतरपरमाणु द्वारा होता है
दूरी। आंदोलन के फलस्वरूप अव्यवस्था सतह पर आ जाती है
क्रिस्टल और गायब हो जाता है. सतह पर एक फिसलने वाला चरण बना हुआ है। पेंच अव्यवस्था. क्रिस्टल के अपूर्ण विस्थापन से निर्मित
घनत्व Q. किनारे की अव्यवस्था के विपरीत, एक पेंच अव्यवस्था
शिफ्ट वेक्टर के समानांतर।
धातुओं के क्रिस्टलीकरण के दौरान अव्यवस्थाएं बनती हैं
रिक्तियों के समूह का "पतन", साथ ही प्लास्टिक विरूपण के दौरान
और चरण परिवर्तन। अव्यवस्था संरचना की एक महत्वपूर्ण विशेषता
अव्यवस्था घनत्व हैं. अव्यवस्था घनत्व को इस प्रकार समझा जाता है
कुल अव्यवस्था लंबाई एल (सेमी) प्रति इकाई आयतन वी
क्रिस्टल (सेमी3)। इस प्रकार। अव्यवस्था घनत्व का आयाम, सेमी-2। यू
एनील्ड धातुएँ - 106...108 सेमी-2। जब ठंडा प्लास्टिक
विरूपण, अव्यवस्था घनत्व बढ़कर 1011...1012 सेमी-2 हो जाता है। अधिक
उच्च अव्यवस्था घनत्व से माइक्रोक्रैक की उपस्थिति होती है और
धातु विनाश.
अव्यवस्था रेखा के निकट, परमाणु विस्थापित हो जाते हैं
उनके स्थान और क्रिस्टल जाली विकृत है, जो
एक तनाव क्षेत्र (रेखा के ऊपर) के निर्माण का कारण बनता है
अव्यवस्थाएं, जाली संकुचित होती है, और नीचे यह खिंच जाती है)।
समतलों के एक इकाई विस्थापन का मान
बर्गर वेक्टर बी द्वारा विशेषता, जो
शिफ्ट और उसके दोनों के पूर्ण मूल्य को दर्शाता है
दिशा। मिश्रित अव्यवस्था. अंदर अव्यवस्था ख़त्म नहीं हो सकती
किसी अन्य अव्यवस्था से जुड़े बिना क्रिस्टल। यह इस तथ्य से पता चलता है कि
अव्यवस्था एक कतरनी क्षेत्र की सीमा है, और हमेशा एक कतरनी क्षेत्र होता है
एक बंद रेखा, और इस रेखा का कुछ भाग बाहरी भाग से गुजर सकता है
क्रिस्टल सतह. इसलिए, अव्यवस्था रेखा बंद होनी चाहिए
क्रिस्टल के अंदर या उसकी सतह पर समाप्त होता है।
जब कतरनी क्षेत्र सीमा (अव्यवस्था रेखा एबीसीडीएफ) बनती है
सीधे खंड कतरनी वेक्टर के समानांतर और लंबवत, और
घुमावदार अव्यवस्था रेखा gh का एक अधिक सामान्य मामला। अनुभागों में एवी, सीडी और
ईएफ एक किनारे अव्यवस्था है, और अनुभागों में सभी और डी में एक पेंच अव्यवस्था है। अलग
घुमावदार अव्यवस्था रेखा के अनुभागों में एक किनारा या पेंच होता है
अभिविन्यास, लेकिन इस वक्र का हिस्सा न तो लंबवत है और न ही समानांतर है
कतरनी वेक्टर, और इन क्षेत्रों में मिश्रित अव्यवस्था है
अभिविन्यास। क्रिस्टलीय पिंडों का प्लास्टिक विरूपण मात्रा से संबंधित है
अव्यवस्थाएं, उनकी चौड़ाई, गतिशीलता, दोषों के साथ बातचीत की डिग्री
जाली, आदि। परमाणुओं के बीच बंधन की प्रकृति प्लास्टिसिटी को प्रभावित करती है
क्रिस्टल. इस प्रकार, अधातुओं में उनके कठोर दिशात्मक बंधन के साथ
अव्यवस्थाएं बहुत संकीर्ण हैं, उन्हें शुरू करने के लिए उच्च तनाव की आवश्यकता होती है - 103 में
धातुओं की तुलना में कई गुना अधिक। जिसके परिणामस्वरूप गैर-धातुओं में भंगुर फ्रैक्चर होता है
शिफ्ट से पहले होता है.
वास्तविक धातुओं की कम मजबूती का मुख्य कारण है
सामग्री की संरचना में अव्यवस्थाओं और अन्य खामियों की उपस्थिति
क्रिस्टलीय संरचना. अव्यवस्था मुक्त क्रिस्टल प्राप्त करना
सामग्रियों की ताकत में तीव्र वृद्धि होती है।
वक्र की बायीं शाखा सृजन से मेल खाती है
उत्तम
अव्यवस्था से मुक्त
filamentous
क्रिस्टल (तथाकथित "मूंछ"), ताकत
जो सैद्धांतिक के करीब है. सीमित के साथ
अव्यवस्था घनत्व और अन्य विकृतियाँ
क्रिस्टलीय
ग्रेटिंग्स
प्रक्रिया
बदलाव
जितनी अधिक अव्यवस्थाएँ होंगी उतनी अधिक आसानी से घटित होती है
धातु के बड़े भाग में स्थित है। अव्यवस्था की विशेषताओं में से एक विस्थापन वेक्टर - वेक्टर है
बर्गर. बर्गर वेक्टर एक अतिरिक्त वेक्टर है जिसकी आवश्यकता है
बंद करने के लिए अव्यवस्था के चारों ओर वर्णित समोच्च में डालें
एक आदर्श क्रिस्टल की जाली में संबंधित सर्किट खुला होता है
अव्यवस्था की उपस्थिति के कारण. क्षेत्र के चारों ओर एक ग्रिड के साथ खींची गई एक रूपरेखा
जिसमें अव्यवस्था है वह खुला हो जाएगा (बर्गर समोच्च)। अंतर
समोच्च संचित जाली के सभी लोचदार विस्थापनों के योग को दर्शाता है
अव्यवस्था के आसपास का क्षेत्र बर्गर वेक्टर है।
किनारे की अव्यवस्था के लिए बर्गर वेक्टर लंबवत है, और स्क्रू अव्यवस्था के लिए
अव्यवस्था - अव्यवस्था रेखा के समानांतर। बर्गर वेक्टर एक माप है
इसमें उपस्थिति के कारण क्रिस्टल जाली का विरूपण
अव्यवस्थाएँ यदि शुद्ध कतरनी द्वारा क्रिस्टल में एक अव्यवस्था पेश की जाती है, तो वेक्टर
शिफ्ट और बर्गर वेक्टर है। बर्गर की रूपरेखा विस्थापित हो सकती है
अव्यवस्था रेखा के साथ, लंबवत दिशा में फैला या संपीड़ित
अव्यवस्था रेखाएँ, जबकि बर्गर वेक्टर का परिमाण और दिशा
स्थिर रहना। जैसे-जैसे तनाव बढ़ता है, अव्यवस्था के स्रोतों की संख्या बढ़ती है
धातु और उनका घनत्व बढ़ जाता है। समानांतर अव्यवस्थाओं के अलावा
विभिन्न तलों और दिशाओं में अव्यवस्थाएँ उत्पन्न होती हैं। विस्थापन
एक-दूसरे को प्रभावित करना, एक-दूसरे को घुलने-मिलने से रोकना, उनका
विनाश (आपसी विनाश), आदि (जिसने जे. गॉर्डन को लाक्षणिक रूप से अनुमति दी
प्लास्टिक विरूपण की प्रक्रिया में उनकी अंतःक्रिया को "अंतरंग" कहें
अव्यवस्थाओं का जीवन")। जैसे-जैसे अव्यवस्थाओं का घनत्व बढ़ता है, उनकी गति बढ़ती है
यह अधिकाधिक कठिन होता जा रहा है, जिसके लिए लागू में वृद्धि की आवश्यकता है
विरूपण जारी रखने के लिए लोड करें। परिणामस्वरूप, धातु मजबूत होती है, जो
वक्र की दाहिनी शाखा से मेल खाता है।
अव्यवस्थाएं, अन्य दोषों के साथ, चरण परिवर्तन में भाग लेती हैं।
परिवर्तन, पुनर्क्रिस्टलीकरण, वर्षा के दौरान तैयार केंद्रों के रूप में कार्य करते हैं
ठोस विलयन से दूसरा चरण. अव्यवस्थाओं के साथ, प्रसार दर है
दोष रहित क्रिस्टल जाली से अधिक परिमाण के कई क्रम।
अव्यवस्थाएं विशेष रूप से अशुद्धता परमाणुओं की एकाग्रता के लिए एक स्थान के रूप में कार्य करती हैं
अंतरालीय अशुद्धियाँ, क्योंकि यह जाली विकृति को कम करती है। यदि बाह्य शक्तियों के प्रभाव में धातु में अव्यवस्था उत्पन्न हो जाये,
तब धातु के लोचदार गुण बदल जाते हैं और प्रभाव प्रभावित होने लगता है
प्रारंभिक विकृति का संकेत. यदि धातु कमजोर हो
एक ही चिन्ह के भार से प्लास्टिक विरूपण, तब जब चिन्ह बदलता है
लोड, प्रारंभिक प्लास्टिक के प्रतिरोध में कमी
विकृतियाँ (बॉशिंगर प्रभाव)।
प्राथमिक विकृति के दौरान उत्पन्न होने वाली अव्यवस्थाएँ कारण बनती हैं
धातु में अवशिष्ट तनाव की उपस्थिति, जिसके साथ संयुक्त होने पर
जब लोड का संकेत बदलता है तो ऑपरेटिंग वोल्टेज में कमी आती है
नम्य होने की क्षमता। प्रारंभिक प्लास्टिक विकृतियों में वृद्धि के साथ
कमी की मात्रा यांत्रिक विशेषताएंबढ़ती है।
प्रभाव
बाउशिंगर
ज़ाहिर तौर से
खुद प्रकट करना
पर
तुच्छ
प्रारंभिक
ठंडा सख्त होना
छोटा
छुट्टी
riveted
सामग्री
सभी अभिव्यक्तियों को समाप्त कर देता है
बाउशिंगर प्रभाव. प्रभाव
द्वारा काफी कमजोर कर दिया गया है
एकाधिक
चक्रीय
भार
सामग्री
साथ
छोटे प्लास्टिक की उपस्थिति
विभिन्न चिन्हों की विकृतियाँ। क्रिस्टल संरचना में उपरोक्त सभी दोष उत्पन्न होते हैं
आंतरिक तनाव की उपस्थिति. मात्रा के अनुसार, वे कहाँ हैं
संतुलित हैं, पहले, दूसरे और तीसरे प्रकार के तनाव प्रतिष्ठित हैं।
पहले प्रकार के आंतरिक तनाव आंचलिक तनाव हैं,
अलग-अलग अनुभाग क्षेत्रों के बीच या अलग-अलग व्यक्तियों के बीच होता है
भागों भागों. इनमें प्रकट होने वाले तापीय तनाव भी शामिल हैं
वेल्डिंग और ताप उपचार के दौरान त्वरित तापन और शीतलन के साथ।
दूसरे प्रकार के आंतरिक तनाव - अनाज के अंदर या बीच में होते हैं
पड़ोसी कण धातु की अव्यवस्था संरचना के कारण होते हैं।
तीसरे प्रकार के आंतरिक तनाव - ऑर्डर की मात्रा के अंदर उत्पन्न होते हैं
कई प्राथमिक कोशिकाएँ; मुख्य स्रोत बिंदु है
दोष के।
आंतरिक अवशिष्ट तनाव खतरनाक हैं क्योंकि
वर्तमान ऑपरेटिंग वोल्टेज में जोड़ें और इसका कारण बन सकता है
संरचना का समय से पहले नष्ट होना।
क्रिस्टल में दोष
किसी भी वास्तविक क्रिस्टल में एक आदर्श संरचना नहीं होती है और इसमें आदर्श स्थानिक जाली के कई उल्लंघन होते हैं, जिन्हें क्रिस्टल में दोष कहा जाता है।
क्रिस्टल में दोषों को शून्य-आयामी, एक-आयामी और द्वि-आयामी में विभाजित किया गया है। शून्य-आयामी (बिंदु) दोषों को ऊर्जा, इलेक्ट्रॉनिक और परमाणु में विभाजित किया जा सकता है।
सबसे आम ऊर्जा दोष फोनन हैं - थर्मल गति के कारण क्रिस्टल जाली की नियमितता में अस्थायी विकृतियाँ। क्रिस्टल में ऊर्जा दोषों में विभिन्न विकिरणों के संपर्क के कारण होने वाली अस्थायी जाली खामियां (उत्तेजित अवस्थाएं) भी शामिल हैं: प्रकाश, एक्स-रे या γ-विकिरण, α-विकिरण, न्यूट्रॉन प्रवाह।
इलेक्ट्रॉनिक दोषों में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन, इलेक्ट्रॉन की कमी (क्रिस्टल-छिद्रों में भरे हुए वैलेंस बांड) और एक्सिटॉन शामिल हैं। उत्तरार्द्ध एक इलेक्ट्रॉन और एक छेद से युक्त युग्मित दोष हैं, जो कूलम्ब बलों द्वारा जुड़े हुए हैं।
परमाणु दोष रिक्त स्थानों के रूप में प्रकट होते हैं (शोट्की दोष, चित्र 1.37), एक परमाणु के एक स्थान से अंतरालीय स्थल पर विस्थापन के रूप में (फ्रेनकेल दोष, चित्र 1.38), एक की शुरूआत के रूप में जाली में विदेशी परमाणु या आयन (चित्र 1.39)। आयनिक क्रिस्टल में, क्रिस्टल की विद्युत तटस्थता बनाए रखने के लिए, शॉट्की और फ्रेनकेल दोषों की सांद्रता धनायनों और आयनों दोनों के लिए समान होनी चाहिए।
क्रिस्टल जाली में रैखिक (एक-आयामी) दोषों में अव्यवस्थाएं शामिल हैं (रूसी में अनुवादित, शब्द "अव्यवस्था" का अर्थ "विस्थापन") है। सबसे सरल प्रकार की अव्यवस्थाएं किनारे और पेंच अव्यवस्थाएं हैं। चित्र से उनकी प्रकृति का अंदाजा लगाया जा सकता है। 1.40-1.42.
चित्र में. 1.40, और एक आदर्श क्रिस्टल की संरचना को एक दूसरे के समानांतर परमाणु विमानों के परिवार के रूप में दर्शाया गया है। यदि इनमें से एक विमान क्रिस्टल के अंदर टूट जाता है (चित्र 1.40, बी), तो जिस स्थान पर यह टूटता है वह किनारे की अव्यवस्था बनाता है। पेंच अव्यवस्था के मामले में (चित्र 1.40, सी), परमाणु विमानों के विस्थापन की प्रकृति भिन्न होती है। किसी भी परमाणु तल के क्रिस्टल के अंदर कोई दरार नहीं है, लेकिन परमाणु तल स्वयं एक सर्पिल सीढ़ी के समान प्रणाली का प्रतिनिधित्व करते हैं। मूलतः, यह एक पेचदार रेखा के साथ मुड़ा हुआ एक परमाणु विमान है। यदि हम पेंच अव्यवस्था की धुरी (चित्र 1.40, सी में धराशायी रेखा) के चारों ओर इस विमान के साथ चलते हैं, तो प्रत्येक क्रांति के साथ हम इंटरप्लानर दूरी के बराबर पेंच की एक पिच तक बढ़ेंगे या गिरेंगे।
क्रिस्टल की संरचना के एक विस्तृत अध्ययन (एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और अन्य तरीकों का उपयोग करके) से पता चला कि एक एकल क्रिस्टल में बड़ी संख्या में छोटे ब्लॉक होते हैं, जो एक दूसरे के सापेक्ष थोड़ा भटके हुए होते हैं। प्रत्येक ब्लॉक के अंदर स्थानिक जाली को काफी सही माना जा सकता है, लेकिन क्रिस्टल के अंदर आदर्श क्रम के इन क्षेत्रों के आयाम बहुत छोटे हैं: ऐसा माना जाता है कि ब्लॉक के रैखिक आयाम 10-6 से 10 -4 सेमी तक होते हैं।
किसी भी दिए गए अव्यवस्था को एक किनारे और एक पेंच अव्यवस्था के संयोजन के रूप में दर्शाया जा सकता है।
द्वि-आयामी (तलीय) दोषों में क्रिस्टल अनाज और रैखिक अव्यवस्थाओं की पंक्तियों के बीच की सीमाएं शामिल हैं। क्रिस्टल सतह को स्वयं द्वि-आयामी दोष भी माना जा सकता है।
रिक्तियों जैसे बिंदु दोष हर क्रिस्टल में मौजूद होते हैं, चाहे उसे कितनी भी सावधानी से उगाया गया हो। इसके अलावा, एक वास्तविक क्रिस्टल में, थर्मल उतार-चढ़ाव के प्रभाव में रिक्तियां लगातार उत्पन्न होती हैं और गायब हो जाती हैं। बोल्ट्ज़मान सूत्र के अनुसार, किसी दिए गए तापमान (टी) पर क्रिस्टल में पीवी रिक्तियों की संतुलन एकाग्रता निम्नानुसार निर्धारित की जाती है:
जहां n क्रिस्टल के प्रति इकाई आयतन में परमाणुओं की संख्या है, e प्राकृतिक लघुगणक का आधार है, k बोल्ट्जमैन का स्थिरांक है, Ev रिक्ति निर्माण की ऊर्जा है।
अधिकांश क्रिस्टलों के लिए, रिक्ति निर्माण की ऊर्जा लगभग 1 eV है, कमरे के तापमान पर kT »0.025 eV,
इस तरह,
बढ़ते तापमान के साथ, रिक्तियों की सापेक्ष सांद्रता काफी तेज़ी से बढ़ती है: T = 600° K पर यह 10-5 तक पहुँच जाती है, और 900° K-10-2 पर।
फ्रेनकेल के अनुसार दोषों की सांद्रता के संबंध में इसी तरह का तर्क दिया जा सकता है, इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि अंतरालीय गठन की ऊर्जा बहुत अधिक है (लगभग 3-5 ईवी)।
यद्यपि परमाणु दोषों की सापेक्ष सांद्रता छोटी हो सकती है, लेकिन उनके कारण क्रिस्टल के भौतिक गुणों में परिवर्तन बहुत बड़ा हो सकता है। परमाणु दोष क्रिस्टल के यांत्रिक, विद्युत, चुंबकीय और ऑप्टिकल गुणों को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, हम सिर्फ एक उदाहरण देंगे: शुद्ध अर्धचालक क्रिस्टल में कुछ अशुद्धियों के परमाणु प्रतिशत का हजारवां हिस्सा उनके विद्युत प्रतिरोध को 105-106 गुना तक बदल देता है।
अव्यवस्थाएं, विस्तारित क्रिस्टल दोष होने के कारण, विकृत जाली के अपने लोचदार क्षेत्र के साथ परमाणु दोषों की तुलना में बहुत बड़ी संख्या में नोड्स को कवर करती हैं। अव्यवस्था कोर की चौड़ाई केवल कुछ जाली अवधियों तक होती है, और इसकी लंबाई कई हजारों अवधियों तक पहुंचती है। अव्यवस्थाओं की ऊर्जा अव्यवस्था की लंबाई के प्रति 1 मीटर 4 10 -19 जे के क्रम पर होने का अनुमान है। विभिन्न क्रिस्टलों के लिए अव्यवस्था की लंबाई के साथ एक अंतरपरमाणु दूरी के लिए गणना की गई अव्यवस्था ऊर्जा 3 से 30 ईवी की सीमा में होती है। अव्यवस्थाएं पैदा करने के लिए इतनी बड़ी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, यही कारण है कि उनकी संख्या व्यावहारिक रूप से तापमान (अव्यवस्थाओं की तापीयता) से स्वतंत्र होती है। रिक्तियों के विपरीत [देखें सूत्र (1.1), थर्मल गति के उतार-चढ़ाव के कारण अव्यवस्था की घटना की संभावना पूरे तापमान रेंज के लिए गायब हो जाती है जिसमें क्रिस्टलीय स्थिति संभव है।
अव्यवस्थाओं की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति उनकी आसान गतिशीलता और एक दूसरे के साथ और किसी भी अन्य जाली दोष के साथ सक्रिय बातचीत है। अव्यवस्था गति के तंत्र पर विचार किए बिना, हम बताते हैं कि अव्यवस्था गति पैदा करने के लिए, क्रिस्टल में 0.1 kG/mm2 के क्रम का एक छोटा कतरनी तनाव पैदा करना पर्याप्त है। पहले से ही इस तरह के वोल्टेज के प्रभाव में, अव्यवस्था क्रिस्टल में तब तक चलती रहेगी जब तक कि उसे किसी बाधा का सामना न करना पड़े, जो कि एक अनाज सीमा, एक अन्य अव्यवस्था, एक अंतरालीय परमाणु आदि हो सकती है। जब यह एक बाधा का सामना करता है, तो अव्यवस्था झुक जाती है, चारों ओर झुक जाती है बाधा, एक विस्तारित अव्यवस्था लूप का निर्माण करती है, जो फिर अलग हो जाती है और एक अलग अव्यवस्था लूप बनाती है, और अलग विस्तार लूप के क्षेत्र में रैखिक अव्यवस्था का एक खंड (दो बाधाओं के बीच) रहता है, जो, के प्रभाव में होता है पर्याप्त बाहरी तनाव, फिर से झुक जाएगा, और पूरी प्रक्रिया फिर से दोहराई जाएगी। इस प्रकार, यह स्पष्ट है कि जब गतिमान अव्यवस्थाएँ बाधाओं के साथ परस्पर क्रिया करती हैं, तो अव्यवस्थाओं की संख्या बढ़ जाती है (उनका गुणन)।
अविकृत धातु क्रिस्टल में, प्लास्टिक विरूपण के दौरान 106-108 अव्यवस्थाएं 1 सेमी2 के क्षेत्र से गुजरती हैं, अव्यवस्था घनत्व हजारों और कभी-कभी लाखों गुना बढ़ जाता है।
आइए विचार करें कि क्रिस्टल दोषों का उसकी मजबूती पर क्या प्रभाव पड़ता है।
एक आदर्श क्रिस्टल की ताकत की गणना परमाणुओं (आयनों, अणुओं) को एक-दूसरे से दूर करने के लिए आवश्यक बल के रूप में की जा सकती है, या उन्हें अंतर-परमाणु आसंजन की ताकतों पर काबू पाने के लिए स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक बल के रूप में की जा सकती है, यानी क्रिस्टल की आदर्श ताकत किसके द्वारा निर्धारित की जानी चाहिए क्रिस्टल के संबंधित अनुभाग के प्रति इकाई क्षेत्र, परमाणुओं की संख्या द्वारा अंतरपरमाणु बंधन बलों के परिमाण का उत्पाद। वास्तविक क्रिस्टल की कतरनी ताकत आमतौर पर गणना की गई आदर्श ताकत से कम परिमाण के तीन से चार क्रम की होती है। क्रिस्टल की ताकत में इतनी बड़ी कमी को छिद्रों, गुहाओं और माइक्रोक्रैक के कारण नमूने के कामकाजी क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र में कमी से नहीं समझाया जा सकता है, क्योंकि यदि ताकत 1000 के कारक से कमजोर हो जाती है, तो गुहाएं क्रिस्टल के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के 99.9% हिस्से पर कब्जा करना होगा।
दूसरी ओर, एकल-क्रिस्टलीय नमूनों की ताकत, जिसकी पूरी मात्रा में क्रिस्टलोग्राफिक अक्षों का लगभग समान अभिविन्यास बनाए रखा जाता है, पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री की ताकत से काफी कम है। यह भी ज्ञात है कि कुछ मामलों में बड़ी संख्या में दोष वाले क्रिस्टल में कम दोष वाले क्रिस्टल की तुलना में अधिक ताकत होती है। उदाहरण के लिए, स्टील, जो कार्बन और अन्य योजकों द्वारा "खराब" किया गया लोहा है, में शुद्ध लोहे की तुलना में काफी अधिक यांत्रिक गुण होते हैं।
क्रिस्टल की अपूर्णता
अब तक हमने आदर्श क्रिस्टल पर विचार किया है। इससे हमें क्रिस्टल की कई विशेषताओं को समझाने की अनुमति मिली। वास्तव में, क्रिस्टल आदर्श नहीं हैं। वे कर सकते हैं बड़ी मात्राविभिन्न दोष विद्यमान हैं। क्रिस्टल के कुछ गुण, विशेष रूप से विद्युत और अन्य, इन क्रिस्टल की पूर्णता की डिग्री पर भी निर्भर करते हैं। ऐसे गुणों को संरचना-संवेदनशील गुण कहा जाता है। क्रिस्टल में 4 मुख्य प्रकार की अपूर्णताएँ और कई गैर-मुख्य अपूर्णताएँ होती हैं।
मुख्य अपूर्णताओं में शामिल हैं:
1) बिंदु दोष.उनमें खाली जाली स्थल (रिक्तियाँ), अंतरालीय अतिरिक्त परमाणु और अशुद्धता दोष (स्थानापन्न अशुद्धियाँ और अंतरालीय अशुद्धियाँ) शामिल हैं।
2) रैखिक दोष.(अव्यवस्थाएं)।
3) तलीय दोष.इनमें शामिल हैं: विभिन्न अन्य समावेशन की सतहें, दरारें, बाहरी सतह।
4) वॉल्यूमेट्रिक दोष.इनमें स्वयं का समावेश और विदेशी अशुद्धियाँ शामिल हैं।
गैर-प्रमुख खामियों में शामिल हैं:
1) इलेक्ट्रॉन और होल इलेक्ट्रॉनिक दोष हैं।
2) फ़ोनन, फोटॉन और अन्य क्वासिपार्टिकल्स जो एक क्रिस्टल में सीमित समय के लिए मौजूद होते हैं
इलेक्ट्रॉन और छिद्र
वास्तव में, उन्होंने अउत्तेजित अवस्था में क्रिस्टल के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को प्रभावित नहीं किया। हालाँकि, वास्तविक परिस्थितियों में, T¹0 (पूर्ण तापमान) पर, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को एक ओर जाली में ही उत्तेजित किया जा सकता है, और दूसरी ओर, उन्हें बाहर से इसमें इंजेक्ट (प्रवेशित) किया जा सकता है। ऐसे इलेक्ट्रॉन और छेद, एक ओर, जाली के विरूपण का कारण बन सकते हैं, और दूसरी ओर, अन्य दोषों के साथ बातचीत के कारण, क्रिस्टल के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को बाधित कर सकते हैं।
फोटॉनों
उन्हें सच्ची अपूर्णता के रूप में नहीं देखा जा सकता। यद्यपि फोटॉन में एक निश्चित ऊर्जा और गति होती है, यदि यह ऊर्जा इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त नहीं है, तो इस मामले में क्रिस्टल फोटॉन के लिए पारदर्शी होगा, यानी, यह सामग्री के साथ बातचीत किए बिना स्वतंत्र रूप से इसके माध्यम से गुजर जाएगा। उन्हें वर्गीकरण में शामिल किया गया है क्योंकि वे अन्य खामियों, विशेष रूप से इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के साथ बातचीत के कारण क्रिस्टल के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को प्रभावित कर सकते हैं।
बिंदु अपूर्णताएं (दोष)
T¹0 पर यह पता चल सकता है कि क्रिस्टल जाली के नोड्स पर कणों की ऊर्जा कण को नोड से अंतरालीय साइट पर स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त होगी। प्रत्येक क्या करता है निश्चित तापमानऐसे बिंदु दोषों की अपनी विशिष्ट सांद्रता के अनुरूप होगा। कुछ दोष कणों को नोड्स से अंतरालीय साइटों पर स्थानांतरित करने के कारण बनेंगे, और उनमें से कुछ अंतरालीय साइटों से नोड्स में संक्रमण के कारण पुनर्संयोजन (एकाग्रता में कमी) करेंगे। प्रवाह की समानता के कारण, प्रत्येक तापमान में बिंदु दोषों की अपनी सांद्रता होगी। ऐसा दोष, जो एक अंतरालीय परमाणु और शेष मुक्त साइट), कैंसिया) का संयोजन है, फ्रेनकेल के अनुसार एक दोष है। निकट-सतह परत से एक कण, तापमान के कारण, सतह तक पहुंच सकता है), सतह इन कणों के लिए एक अंतहीन सिंक है)। फिर निकट-सतह परत में एक मुक्त नोड (रिक्त) बनता है। इस मुक्त साइट पर गहरे स्थित परमाणु का कब्जा हो सकता है, जो क्रिस्टल में गहराई में रिक्तियों की गति के बराबर है। ऐसे दोषों को शोट्की दोष कहा जाता है। दोषों के निर्माण के लिए निम्नलिखित तंत्र की कल्पना की जा सकती है। सतह से एक कण क्रिस्टल में गहराई तक चला जाता है और क्रिस्टल की मोटाई में बिना रिक्त स्थान के अतिरिक्त अंतरालीय परमाणु दिखाई देते हैं। ऐसे दोषों को एंटी-शॉटकी दोष कहा जाता है।
बिंदु दोषों का निर्माण
क्रिस्टल में बिंदु दोषों के निर्माण के लिए तीन मुख्य तंत्र हैं।
सख्त होना। क्रिस्टल को एक महत्वपूर्ण तापमान (ऊंचे) तक गर्म किया जाता है, और प्रत्येक तापमान बिंदु दोषों (संतुलन एकाग्रता) की एक बहुत विशिष्ट एकाग्रता से मेल खाता है। प्रत्येक तापमान पर, बिंदु दोषों की एक संतुलन सांद्रता स्थापित की जाती है। तापमान जितना अधिक होगा, बिंदु दोषों की सांद्रता उतनी ही अधिक होगी। यदि गर्म सामग्री को इस तरह से तेजी से ठंडा किया जाता है, तो इस मामले में यह अतिरिक्त बिंदु दोष इस कम तापमान के अनुरूप नहीं, जमे हुए हो जाएगा। इस प्रकार, संतुलन के संबंध में बिंदु दोषों की एक अतिरिक्त एकाग्रता प्राप्त की जाती है।
बाहरी ताकतों (क्षेत्रों) द्वारा क्रिस्टल पर प्रभाव। इस मामले में, बिंदु दोष बनाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा क्रिस्टल को आपूर्ति की जाती है।
उच्च-ऊर्जा कणों के साथ क्रिस्टल का विकिरण। बाहरी विकिरण के कारण क्रिस्टल में तीन मुख्य प्रभाव संभव हैं:
1) जाली के साथ कणों की लोचदार अंतःक्रिया।
2) जाली के साथ कणों की बेलोचदार अंतःक्रिया (जाली में इलेक्ट्रॉनों का आयनीकरण)।
3) सभी संभावित परमाणु रूपांतरण (परिवर्तन)।
दूसरे और तीसरे प्रभाव में, पहला प्रभाव हमेशा मौजूद रहता है। इन लोचदार अंतःक्रियाओं का दोहरा प्रभाव होता है: एक ओर, वे स्वयं को जाली के लोचदार कंपन के रूप में प्रकट करते हैं, जिससे दूसरी ओर संरचनात्मक दोषों का निर्माण होता है। इस मामले में, आपतित विकिरण की ऊर्जा संरचनात्मक दोषों के निर्माण के लिए सीमा ऊर्जा से अधिक होनी चाहिए। यह दहलीज ऊर्जा आमतौर पर रुद्धोष्म परिस्थितियों में ऐसे संरचनात्मक दोष के निर्माण के लिए आवश्यक ऊर्जा से 2-3 गुना अधिक होती है। सिलिकॉन (Si) के लिए रुद्धोष्म स्थितियों के तहत, रुद्धोष्म निर्माण ऊर्जा 10 eV है, थ्रेशोल्ड ऊर्जा = 25 eV है। सिलिकॉन में रिक्ति के निर्माण के लिए, यह आवश्यक है कि बाह्य विकिरण की ऊर्जा कम से कम 25 eV से अधिक हो, न कि रुद्धोष्म प्रक्रिया के लिए 10 eV से। यह संभव है कि आपतित विकिरण की महत्वपूर्ण ऊर्जाओं पर, एक कण (1 क्वांटम) एक नहीं, बल्कि कई दोषों के निर्माण की ओर ले जाता है। यह प्रक्रिया व्यापक हो सकती है.
बिंदु दोष एकाग्रता
आइए फ्रेनकेल के अनुसार दोषों की सघनता ज्ञात करें।
आइए मान लें कि क्रिस्टल जाली के नोड्स पर एन कण हैं। इनमें से, n कण नोड्स से इंटरस्टिसेस की ओर चले गए। मान लीजिए फ्रेस्नेल के अनुसार दोष निर्माण की ऊर्जा Eph है। तब संभावना है कि एक अन्य कण एक नोड से एक इंटरस्टिस में चला जाएगा, नोड्स (एन-एन) पर अभी भी बैठे कणों की संख्या और बोल्ट्जमान गुणक, यानी ~ के समानुपाती होगा। और नोड्स से इंटरस्टिस तक जाने वाले कणों की कुल संख्या ~। आइए अंतरालों से नोड्स (पुनर्संयोजन) की ओर जाने वाले कणों की संख्या ज्ञात करें। यह संख्या n के समानुपाती है, और नोड्स में खाली स्थानों की संख्या के समानुपाती है, या अधिक सटीक रूप से संभावना है कि कण एक खाली नोड पर ठोकर खाएगा (अर्थात, ~)। ~. तब कणों की संख्या में कुल परिवर्तन इन मानों के अंतर के बराबर होगा:
समय के साथ, नोड्स से इंटरस्टिस तक और विपरीत दिशा में कणों का प्रवाह एक दूसरे के बराबर हो जाएगा, यानी एक स्थिर स्थिति स्थापित हो जाएगी। चूँकि अंतरालों में कणों की संख्या नोड्स की कुल संख्या से बहुत कम है, n को उपेक्षित किया जा सकता है और। यहां से हम ढूंढ लेंगे
- फ्रेनकेल के अनुसार दोषों की सांद्रता, जहां ए और बी अज्ञात गुणांक हैं। फ्रेनकेल के अनुसार दोषों की सांद्रता के लिए एक सांख्यिकीय दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए और इस बात को ध्यान में रखते हुए कि N' अंतरालों की संख्या है, हम फ्रेनकेल के अनुसार दोषों की सांद्रता पा सकते हैं:, जहां N कणों की संख्या है, N' संख्या है इंटरस्टिस का.
फ्रेनकेल के अनुसार दोषों के निर्माण की प्रक्रिया एक द्वि-आणविक प्रक्रिया (2-भाग वाली प्रक्रिया) है। वहीं, शॉट्की दोषों के निर्माण की प्रक्रिया एक मोनोमोलेक्यूलर प्रक्रिया है।
एक शॉट्की दोष एक रिक्ति का प्रतिनिधित्व करता है। फ्रेनकेल के अनुसार दोषों की सघनता के समान तर्क को आगे बढ़ाते हुए, हम शोट्की के अनुसार दोषों की सांद्रता निम्नलिखित रूप में प्राप्त करते हैं: जहां एनएसएच शोट्की के अनुसार दोषों की सांद्रता है, ईश दोषों के निर्माण की ऊर्जा है शोट्की. चूंकि शोट्की गठन प्रक्रिया मोनोमोलेक्यूलर है, तो, फ्रेनकेल दोषों के विपरीत, घातांक के हर में कोई 2 नहीं है, उदाहरण के लिए, फ्रेनकेल दोष, गठन प्रक्रिया परमाणु क्रिस्टल की विशेषता है। आयनिक क्रिस्टल के लिए, दोष, उदाहरण के लिए शोट्की, केवल जोड़े में बन सकते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि आयनिक क्रिस्टल की विद्युत तटस्थता बनाए रखने के लिए, यह आवश्यक है कि विपरीत संकेतों के आयनों के जोड़े एक साथ सतह पर उभरें। अर्थात्, ऐसे युग्मित दोषों की सांद्रता को द्वि-आणविक प्रक्रिया के रूप में दर्शाया जा सकता है:। अब हम फ्रेनकेल दोष सांद्रता और शोट्की दोष सांद्रता का अनुपात ज्ञात कर सकते हैं: ~। शोट्की एर के अनुसार युग्मित दोषों के गठन की ऊर्जा और फ्रेनकेल ईएफ के अनुसार दोषों के गठन की ऊर्जा 1 ईवी के क्रम पर है और ईवी के कई दसवें हिस्से के क्रम पर एक दूसरे से भिन्न हो सकती है। कमरे के तापमान के लिए KT 0.03 eV के क्रम पर है। फिर~. इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि किसी विशेष क्रिस्टल के लिए एक विशिष्ट प्रकार के बिंदु दोष प्रबल होंगे।
क्रिस्टल में दोष गति की गति
प्रसार थर्मल ऊर्जा में उतार-चढ़ाव (परिवर्तन) के कारण क्रिस्टल जाली में कणों को मैक्रोस्कोपिक दूरी पर स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है। यदि गतिमान कण स्वयं जाली के कण हैं, तो हम स्व-प्रसार के बारे में बात कर रहे हैं। यदि गति में ऐसे कण शामिल हैं जो विदेशी हैं, तो हम विषम प्रसार के बारे में बात कर रहे हैं। जाली में इन कणों की गति कई तंत्रों द्वारा की जा सकती है:
अंतरालीय परमाणुओं की गति के कारण।
रिक्तियों के संचलन के कारण.
अन्तरालीय परमाणुओं के स्थानों एवं रिक्तियों के पारस्परिक आदान-प्रदान के कारण।
अंतरालीय परमाणुओं की गति के कारण प्रसार
वास्तव में, इसका दो चरणों वाला चरित्र है:
जाली में एक अंतरालीय परमाणु अवश्य बनना चाहिए।
अंतरालीय परमाणु को जाली में घूमना चाहिए।
अंतरालों में स्थिति न्यूनतम संभावित ऊर्जा से मेल खाती है
उदाहरण: हमारे पास एक स्थानिक जाली है। एक अंतराल में कण.
एक कण को एक अंतरालीय स्थल से पड़ोसी स्थल तक ले जाने के लिए, उसे ऊंचाई एम के संभावित अवरोध को पार करना होगा। एक अंतराल से दूसरे अंतराल पर कण कूदने की आवृत्ति आनुपातिक होगी। मान लीजिए कि कणों की कंपन आवृत्ति अंतरालों v के अनुरूप है। पड़ोसी इंटर्नोड्स की संख्या Z के बराबर है। फिर छलांग की आवृत्ति:।
रिक्ति आंदोलनों के कारण प्रसार
रिक्तियों के कारण प्रसार प्रक्रिया भी 2-चरणीय प्रक्रिया है। एक ओर, रिक्तियों का गठन होना चाहिए, दूसरी ओर, उन्हें स्थानांतरित होना चाहिए। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक मुक्त स्थान (मुक्त नोड) जहां एक कण गति कर सकता है वह भी समय के एक निश्चित अंश के लिए ही मौजूद होता है, जहां ईवी रिक्ति गठन की ऊर्जा है। और छलांग की आवृत्ति का रूप होगा: , जहां Em रिक्तियों की गति की ऊर्जा है, Q=Ev+Em प्रसार की सक्रियण ऊर्जा है।
कणों का लंबी दूरी तक घूमना
आइए समान परमाणुओं की एक श्रृंखला पर विचार करें।
आइए मान लें कि हमारे पास समान परमाणुओं की एक श्रृंखला है। वे एक दूसरे से d दूरी पर स्थित हैं। कण बायीं ओर या दायीं ओर जा सकते हैं। कणों का औसत विस्थापन 0 है। दोनों दिशाओं में कण गति की समान संभावना के कारण:
आइए मूल-माध्य-वर्ग विस्थापन ज्ञात करें:
जहाँ n कण संक्रमणों की संख्या है, व्यक्त की जा सकती है। तब। मूल्य दी गई सामग्री के मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसलिए, आइए निरूपित करें: - प्रसार गुणांक, परिणामस्वरूप:
त्रि-आयामी मामले में:
यहां q का मान प्रतिस्थापित करने पर, हमें प्राप्त होता है:
जहां D0 प्रसार का आवृत्ति कारक है, Q प्रसार की सक्रियण ऊर्जा है।
स्थूल प्रसार
एक साधारण घन जाली पर विचार करें:
मानसिक रूप से, समतल 1 और 2 के बीच, आइए सशर्त रूप से समतल 3 का चयन करें और इस आधे तल को बाएँ से दाएँ और दाएँ से बाएँ पार करने वाले कणों की संख्या ज्ञात करें। माना कि कण उछलने की आवृत्ति q है। फिर, आधे-तल 3 के बराबर समय में, आधा-तल 1 कणों को काट देगा। इसी प्रकार, उसी समय के दौरान, अर्ध-तल 2 की ओर से चयनित अर्ध-तल कणों को काट देगा। फिर, समय t के दौरान, चयनित अर्ध-तल में कणों की संख्या में परिवर्तन को निम्नलिखित रूप में दर्शाया जा सकता है:। आइए अर्ध-तल 1 और 2 में कणों - अशुद्धियों की सांद्रता ज्ञात करें:
आयतन सांद्रता C1 और C2 में अंतर को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
आइए एक चयनित परत (L2=1) पर विचार करें। हम जानते हैं कि यह प्रसार गुणांक है, तो:
- फ़िक का प्रसार का पहला नियम।
त्रि-आयामी मामले का सूत्र समान है। केवल एक-आयामी प्रसार गुणांक के स्थान पर, हम 3-आयामी मामले के लिए प्रसार गुणांक को प्रतिस्थापित करते हैं। एकाग्रता के लिए तर्क की इस सादृश्यता का उपयोग करना, न कि वाहकों की संख्या के लिए, जैसा कि पिछले मामले में था, कोई दूसरा फिकियन प्रसार पा सकता है।
- फ़िक का दूसरा नियम।
फ़िक का प्रसार का दूसरा नियम गणना और व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए बहुत सुविधाजनक है। विशेष रूप से प्रसार गुणांक के लिए विभिन्न सामग्रियां. उदाहरण के लिए, हमारे पास कुछ सामग्री है जिसकी सतह पर अशुद्धता जमा है, जिसकी सतह की सांद्रता Q सेमी-2 के बराबर है। गरम करना पदार्थ, इस अशुद्धता का प्रसार इसकी मात्रा में करें। इस मामले में, समय के आधार पर, किसी दिए गए तापमान के लिए सामग्री की पूरी मोटाई में अशुद्धियों का एक निश्चित वितरण स्थापित किया जाता है। विश्लेषणात्मक रूप से, अशुद्धता सांद्रता का वितरण फ़िक प्रसार समीकरण को निम्नलिखित रूप में हल करके प्राप्त किया जा सकता है:
ग्राफ़िक रूप से यह है:
इस सिद्धांत का उपयोग करके, प्रसार मापदंडों को प्रयोगात्मक रूप से पाया जा सकता है।
प्रसार का अध्ययन करने के लिए प्रायोगिक तरीके
सक्रियण विधि
सामग्री की सतह पर एक रेडियोधर्मी अशुद्धता लागू की जाती है, और फिर यह अशुद्धता सामग्री में फैल जाती है। फिर, सामग्री का एक हिस्सा परत दर परत हटा दिया जाता है और शेष सामग्री या खोदी गई परत की गतिविधि की जांच की जाती है। और इस प्रकार सतह X(C(x)) पर सांद्रता C का वितरण पाया जाता है। फिर, प्राप्त प्रयोगात्मक मूल्य और अंतिम सूत्र का उपयोग करके, प्रसार गुणांक की गणना की जाती है।
रासायनिक विधियाँ
वे इस तथ्य पर आधारित हैं कि अशुद्धता के प्रसार के दौरान, आधार सामग्री के साथ इसकी बातचीत के परिणामस्वरूप, मूल से भिन्न जाली गुणों वाले नए रासायनिक यौगिक बनते हैं।
पीएन जंक्शन विधियाँ
अर्धचालकों में अशुद्धियों के फैलने के कारण अर्धचालक की कुछ गहराई पर एक क्षेत्र का निर्माण हो जाता है जिसमें उसकी चालकता का प्रकार बदल जाता है। इसके बाद, पी-एन जंक्शन की गहराई निर्धारित की जाती है और इस गहराई पर अशुद्धियों की सांद्रता का आकलन किया जाता है। और फिर वे इसे पहले और दूसरे मामले के अनुरूप करते हैं।
प्रयुक्त स्रोतों की सूची
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क्रिस्टल में दोष किसी भी वास्तविक क्रिस्टल में एक आदर्श संरचना नहीं होती है और इसमें आदर्श स्थानिक जाली के कई उल्लंघन होते हैं, जिन्हें क्रिस्टल में दोष कहा जाता है। क्रिस्टल में दोषों को शून्य-आयामी, एक में विभाजित किया गया हैस्लाइड 1
आदर्श क्रिस्टल, जिसमें सभी परमाणु न्यूनतम ऊर्जा वाली स्थिति में होंगे, व्यावहारिक रूप से मौजूद नहीं हैं। आदर्श जाली से विचलन अस्थायी या स्थायी हो सकता है। अस्थायी विचलन तब होते हैं जब क्रिस्टल यांत्रिक, थर्मल और के संपर्क में आता है विद्युत चुम्बकीय कंपन, जब तेज कणों की एक धारा क्रिस्टल से होकर गुजरती है, आदि। स्थायी खामियों में शामिल हैं:
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बिंदु दोष (अंतरालीय परमाणु, रिक्तियां, अशुद्धियाँ)। बिंदु दोष तीनों आयामों में छोटे होते हैं, सभी दिशाओं में उनका आकार कई परमाणु व्यासों से अधिक नहीं होता है;
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रैखिक दोष (अव्यवस्था, रिक्तियों की श्रृंखला और अंतरालीय परमाणु)। रैखिक दोषों के दो आयामों में परमाणु आकार होते हैं, और तीसरे में वे आकार में काफी बड़े होते हैं, जो क्रिस्टल की लंबाई के अनुरूप हो सकते हैं;
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समतल, या सतह, दोष (अनाज की सीमाएँ, क्रिस्टल की सीमाएँ)। सतही दोष केवल एक आयाम में छोटे होते हैं;
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वॉल्यूमेट्रिक दोष, या मैक्रोस्कोपिक गड़बड़ी (बंद और खुले छिद्र, दरारें, विदेशी पदार्थ का समावेश)। तीनों आयामों में आयतन दोषों का आकार परमाणु व्यास के अनुरूप अपेक्षाकृत बड़ा होता है।
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अंतरालीय परमाणु और रिक्तियां दोनों थर्मोडायनामिक संतुलन दोष हैं: प्रत्येक तापमान पर क्रिस्टलीय शरीर में दोषों की एक निश्चित संख्या होती है। चूँकि, जाली में हमेशा अशुद्धियाँ होती हैं आधुनिक तरीकेक्रिस्टल शुद्धिकरण अभी तक 10 सेमी-3 से कम अशुद्धता परमाणुओं की सामग्री वाले क्रिस्टल प्राप्त करना संभव नहीं बनाता है। यदि कोई अशुद्धि परमाणु जाली स्थल पर मुख्य पदार्थ के एक परमाणु को प्रतिस्थापित कर देता है, तो इसे संस्थागत अशुद्धता कहा जाता है। यदि एक अशुद्धता परमाणु को एक अंतरालीय स्थल में पेश किया जाता है, तो इसे अंतरालीय अशुद्धता कहा जाता है।
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रिक्ति क्रिस्टल जाली के स्थानों पर परमाणुओं की अनुपस्थिति है, "छेद" जो विभिन्न कारणों से बने थे। सतह से परमाणुओं के संक्रमण के दौरान निर्मित पर्यावरणया जाली नोड्स से सतह तक (अनाज की सीमाएं, रिक्तियां, दरारें, आदि), प्लास्टिक विरूपण के परिणामस्वरूप, जब शरीर पर परमाणुओं या उच्च-ऊर्जा कणों की बमबारी होती है। रिक्तियों की सघनता काफी हद तक शरीर के तापमान से निर्धारित होती है। एकल रिक्तियाँ मिल सकती हैं और रिक्तियों में संयोजित हो सकती हैं। कई रिक्तियों के संचय से छिद्रों और रिक्तियों का निर्माण हो सकता है।
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संघनित पदार्थ में दोषों के गुण और उनके संयोजन ठोस पदार्थों की विकिरण भौतिकीस्लाइड 2
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क्रिस्टल में दोष. क्रिस्टल दोषों से भरा है. दोष क्रिस्टल की मजबूती को कैसे प्रभावित करते हैं? वे ताकत को सैकड़ों, हजारों गुना कम कर देते हैं। लेकिन, जैसे-जैसे क्रिस्टल की विकृति बढ़ती है, उसमें दोषों की संख्या भी बढ़ती जाती है। और चूँकि दोष एक-दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जितने अधिक होंगे, उनके लिए क्रिस्टल में घूमना उतना ही कठिन होगा। यह एक विरोधाभास साबित होता है: यदि क्रिस्टल में कोई दोष है, तो क्रिस्टल विकृत हो जाता है और दोष न होने की तुलना में अधिक आसानी से नष्ट हो जाता है। और यदि बहुत अधिक दोष हैं, तो क्रिस्टल फिर से मजबूत हो जाता है, और जितने अधिक दोष होते हैं, वह उतना ही अधिक व्यवस्थित होता है। इसका मतलब यह है कि यदि हम दोषों की संख्या और स्थान को नियंत्रित करना सीख जाते हैं, तो हम सामग्रियों की ताकत को नियंत्रित करने में सक्षम होंगे।
स्लाइड 21प्रेजेंटेशन से "क्रिस्टल". प्रेजेंटेशन के साथ संग्रह का आकार 1397 KB है।रसायन शास्त्र 11वीं कक्षा
सारांशअन्य प्रस्तुतियाँ"पदार्थों का वर्गीकरण" - पदार्थों को वर्गीकृत करें। सरल पदार्थ - धातुएँ। सोना। Zn. सल्फर. पदार्थों का वर्गीकरण. कं सीएल2. धातु और अधातु. वर्गीकरण विशेषताओं के अनुसार जो पदार्थ अनावश्यक है उसे हटा दें। सरल पदार्थ अधातु होते हैं। Na2O. O2. चाँदी। ओ.एस. गेब्रियलियन। ग्रेड 11। पदार्थों को वर्गों में क्रमबद्ध करें।
"प्रकृति में तत्वों का चक्र" - विनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया। पादप प्रोटीन. बैक्टीरिया. वायुमंडल। बिजली चमकना। नाइट्रोजन चक्र. दीर्घ वृत्ताकार। क्षयकारी जीव. फॉस्फोरस विभिन्न खनिजों में अकार्बनिक फॉस्फेटिओन (PO43-) के रूप में पाया जाता है। फॉस्फोरस जीन और अणुओं का हिस्सा है जो कोशिकाओं के अंदर ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं। वायुमंडल में ऑक्सीजन का प्रमुख रूप O2 अणु है। कृत्रिम फॉस्फेट उर्वरक; डिटर्जेंट. फॉस्फेट पानी में घुलनशील होते हैं, लेकिन अस्थिर नहीं होते हैं।
"फैली हुई प्रणाली रसायन शास्त्र" - बिखरी हुई प्रणाली ठोस - तरल। झरझरा चॉकलेट. उपास्थि. धुआँ। खनिज. माध्यम और चरण तरल पदार्थ हैं। चीनी मिट्टी की चीज़ें। सिनेरिसिस भोजन, चिकित्सा और कॉस्मेटिक जैल का शेल्फ जीवन निर्धारित करता है। चिकित्सा में। गैस मिश्रित पेय। परिक्षिप्त प्रणाली गैस - तरल। धुंध. खाद्य उद्योग में. झागवाला रबर। ज़ोली गेलि. सच्चा समाधान. पॉलिस्टरीन। निलंबन. परिक्षिप्त प्रणाली द्रव - गैस। जैल. चरण और माध्यम को आसानी से व्यवस्थित करके अलग किया जा सकता है।
"रसायन विज्ञान की आवर्त सारणी" - आई. डोबेराइनर, जे. डुमास, फ्रांसीसी रसायनज्ञ ए. चैनकोर्टोइस, अंग्रेजी। प्रणाली में एक तत्व के स्थान के बारे में रसायनज्ञ डब्ल्यू. ओडलिंग, जे. मेंडेलीव; तत्व की स्थिति आवर्त और समूह संख्याओं द्वारा निर्धारित होती है। "एकालुमिनियम" (भविष्य का गा, जिसकी खोज पी. लेकोक डी बोइसबौड्रन ने 1875 में की थी), "एकाबोरोन" (एससी, जिसकी खोज 1879 में स्वीडिश वैज्ञानिक एल. निल्सन ने की थी) और "एकासिलिकॉन" (जीई, जो जर्मन वैज्ञानिक के. द्वारा खोजा गया था) की भविष्यवाणी 1886 में विंकलर)। 1829 - डोबेराइनर द्वारा "ट्रायड्स"; 1850 में पेट्टेनकोफ़र और डुमास द्वारा "डिफ़रेंशियल सिस्टम"। 1864 मेयर - तत्वों के कई विशिष्ट समूहों के लिए परमाणु भार के संबंध को दर्शाने वाली तालिका। न्यूलैंड्स - समान तत्वों के समूहों का अस्तित्व रासायनिक गुण. कोलचिना एन. 11 "ए"। आवधिक कानून आवर्त सारणी रासायनिक तत्वडी. आई. मेंडेलीव।
"स्वच्छता और कॉस्मेटिक उत्पाद" - डिटर्जेंट के रूप में। डिओडोरेंट्स के दूसरे समूह की क्रिया पसीने की प्रक्रियाओं के आंशिक दमन पर आधारित है। कलाकारों के लिए पाउडर हाइड्रोजन पेरोक्साइड। शब्दों का अर्थ. कॉस्मेटिक सजावटी पाउडर बहुघटक मिश्रण हैं। प्रसाधन सामग्री उपकरण. द्वारा पूरा किया गया: स्वेतलाना शेस्टेरिकोवा, छात्रा 11 ए, ग्रेड जीओयू सेकेंडरी स्कूल नंबर 186। थोड़ा इतिहास. स्टेज I डिटर्जेंट के कार्य. साबुन और डिटर्जेंट.
"सिल्वर केमिस्ट्री" - सिल्वर नाइट्रेट, या लैपिस - रोम्बिक सिस्टम के क्रिस्टल। सिल्वर नाइट्रेट से दागने के बाद मस्सा। कला में चाँदी. AgNO3 बहुत घुलनशील है. और रहस्यमय धातु किन खतरों को छिपाती है? अनेक धातुओं के साथ मिश्रधातु बनाता है। अधिकांश सिल्वर लवण पानी में थोड़ा घुलनशील होते हैं, और सभी घुलनशील यौगिक जहरीले होते हैं। शुद्ध धात्विक चांदी के उत्पादन की तकनीकें।