Анализ дефектов кристаллического строения металлов
Анализ дефектов кристаллического строения металлов: руководство к семинарам
Данное учебно-методическое пособие, разработанное О.М. Жигалиной, представляет собой руководство к семинарским занятиям по дисциплине "Физика металлов", посвященным изучению дефектов кристаллического строения металлов. Материалы предназначены для студентов, изучающих такие дисциплины, как "Металлография", "Материаловедение" и другие, связанные с исследованием структуры и свойств материалов. Цель пособия – помочь студентам освоить методы расчета характеристик точечных и линейных дефектов, а также понять их влияние на свойства металлов.
Точечные дефекты: расчет и анализ
Первый раздел пособия посвящен точечным дефектам, таким как вакансии, межузельные атомы и примесные атомы. Рассматриваются методы расчета равновесной концентрации вакансий, зависящей от температуры, и анализируется влияние температуры на поведение точечных дефектов. Особое внимание уделяется эмпирическим соотношениям, связывающим энергию образования вакансий с энергией активации самодиффузии. Обсуждаются процессы миграции вакансий и образование комплексов точечных дефектов, включая дивакансии. Рассматривается влияние примесных атомов на образование и поведение точечных дефектов, в частности, образование комплексов вакансия-примесь. Описываются процессы, происходящие с вакансиями при закалке и отжиге, включая образование вакансионных кластеров и микропустот. В заключение раздела представлены методы экспериментального определения концентрации вакансий, энергии их образования и миграции, включая методы, основанные на измерении изменения длины образца, рентгеноструктурном анализе и спектроскопии аннигиляции позитронов.
Дислокации: классификация и взаимодействие
Второй раздел посвящен линейным дефектам – дислокациям. Рассматриваются различные типы дислокаций, включая краевые, винтовые и смешанные, а также полные и частичные дислокации. Особое внимание уделяется вектору Бюргерса как основной характеристике дислокации. Представлены способы классификации дислокаций по ориентации вектора Бюргерса и его величине. Обсуждается энергетический критерий Франка, определяющий возможность протекания дислокационных реакций. Рассматриваются дислокационные реакции в ГЦК, ГПУ и ОЦК решетках, с использованием тетраэдра Томпсона для ГЦК решеток и стандартной бипирамиды для ГПУ решеток. Анализируются дислокационные реакции, приводящие к образованию скользящих и сидячих дислокаций, а также их влияние на пластическую деформацию. Рассматривается взаимодействие дислокаций с примесными атомами, включая образование атмосфер Коттрелла, Снука и Сузуки. Обсуждается влияние упругих полей дислокаций и примесных атомов на энергию связи и распределение примесей вокруг дислокаций.
Практические задания и самоконтроль
Пособие содержит практические задания для семинаров, направленные на закрепление теоретических знаний и развитие навыков расчета характеристик дефектов. Приведены примеры задач, охватывающих расчет энергии образования и концентрации вакансий, анализ дислокационных реакций и определение критических напряжений. В конце каждого раздела представлены вопросы для самоконтроля, позволяющие оценить уровень усвоения материала.
- ВО - Бакалавриат
- 11.03.04: Электроника и наноэлектроника
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.03.02: Металлургия
- 28.03.01: Нанотехнологии и микросистемная техника
О.М. Жигалина Анализ дефектов кристаллического строения металлов Методические указания к семинарам по дисциплине «Физика металлов» (модуль «Дефекты кристаллического строения»)
УДК 548.7
ББК 22.37
Ж68
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/46/book1733.html
Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Материаловедение»
Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия
Жигалина, О. М.
Анализ дефектов кристаллического строения металлов. МетоЖ68
дические указания к семинарам по дисциплине «Физика металлов»
(модуль «Дефекты кристаллического строения») / О. М. Жигалина. —
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 33, [7] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4783-1
Рассмотрены методы расчета основных характеристик точечных
и линейных дефектов кристаллического строения металлов, дислокационные реакции для металлов с различными решетками, критерии их
оценки, а также случаи взаимодействия точечных дефектов с дислокациями.
Для студентов, изучающих дисциплины: «Металлография», «Материаловедение», «Методы структурного анализа», «Современные методы исследования материалов», «Материалы микро- и наноэлектроники», «Микро- и наноструктурные материалы» и др.
УДК 548.7
ББК 22.37
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
© Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-4783-1
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
Предисловие Методические указания содержат материалы для подготовки к семинарам по темам «Точечные дефекты» и «Дислокации в кристаллической решетке». В материалы для каждого занятия входят теоретическая часть, задания, которые необходимо выполнить во время семинара, а также вопросы для самоконтроля и оценки уровня готовности к семинару. Теоретический раздел к семинару по первой теме содержит информацию о точечных дефектах, их поведении при термической обработке, методах расчета и экспериментального определения основных характеристик (концентрации, энергии образования и миграции и т. д.). В материалы к семинару по второй теме включены сведения о классификации дислокаций, их основной характеристике — векторе Бюргерса, способах описания и оценки протекания дислокационных реакций в металлах с различными кристаллическими решетками, а также взаимодействии дислокаций с точечными дефектами. После освоения теоретической части студенты будут подготовлены к решению задач и смогут ответить на вопросы, которые приведены по каждой теме. Цель занятий — формирование у студентов умений рассчитывать основные характеристики точечных дефектов, оценивать условия движения линейных дефектов и их взаимодействие между собой и с точечными дефектами в металлах. После проведения семинаров студенты будут уметь: • рассчитывать основные характеристики вакансий (энергию образования, концентрацию и т. д.) в металлах с различными решетками: объемноцентрированной кубической (ОЦК), гранецентрированной кубической (ГЦК), гексогональной плотноупакованной (ГПУ); • оценивать изменение основных характеристик точечных дефектов металлов при увеличении температуры от комнатной до точки плавления; 3
• сравнивать характеристики различных видов точечных дефектов и делать выводы об их поведении в кристаллической решетке; • анализировать роль точечных дефектов в процессах диффузии при различных температурах обработки металлов; • определять тип и характеристики дислокаций; • определять возможность протекания дислокационных реакций в металлах с различными кристаллическими решетками; • оценивать критические напряжения скола и сдвига в металлах в различных системах скольжения дислокаций. Для подготовки к занятиям студентам прежде всего следует пользоваться учебным пособием Жигалиной О.М. «Дефекты кристаллического строения» (М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 94 с.). В соответствии с рабочей программой дисциплины «Физика металлов» за каждое занятие студент получает от нуля до двух рейтинговых баллов. Итоговая оценка отражает степень готовности, активность на семинаре и правильность решения задач. До занятия студентам необходимо ознакомиться с содержанием теоретической части методических указаний, так как перед началом работы проводится опрос для оценки уровня подготовленности к семинару в форме тестирования: за 10 мин нужно ответить на два вопроса, за правильные ответы на два вопроса — один балл. По окончании семинара в качестве отчета студент предъявляет преподавателю правильно решенные задачи и получает еще один балл. В итоге выставляется рейтинговый балл, учитываемый при оценке модуля № 2 дисциплины «Физика металлов».
Похожие