Элементы с моноатомной объемноцентрированной кубической кристаллической структурой

Заметим, что кристаллов с простой кубической решеткой (узлы только в вершинах куба) чрезвычайно мало: из элементов при нормальных условиях ею обладает только α-фаза полония.

Другой важный случай кубической решетки принадлежит веществам с двумя типами атомов. Характерным примером служит всем известная поваренная соль NaCl, которую можно рассматривать или как ГЦК-решетку с узлами в виде ионов Na, или как две вставленные друг в друга (со сдвигом) простые кубические решетки с узлами из ионов Na и Cl, соответственно. Ниже в таблице 3 даны сведения о соединениях со структурой хлорида натрия.

Таблица 3

Некоторые соединения со структурой хлорида натрия

Из сравнения этой таблицы с предыдущими видно, что двухэлементная структура имеет ребро решетки а в 1,5-2 раза большее, чем в моноатомных структурах.

Дефекты в кристаллах

Виды дефектов

Дефектами кристаллов называют нарушения идеальной кристаллической структуры. Такое нарушение может заключаться в отсутствии атома в узле решетки (т.н. вакансия), в замене атома данного вещества (своего атома) чужим атомом (атомом примеси), во внедрении лишнего атома (своего или чужого) в междоузельное пространство. Подобные дефекты называют точечными. Они вызывают нарушения правильности решетки, распространяющиеся на расстояния порядка нескольких периодов.

Кроме точечных, существуют дефекты, сосредоточенные вблизи некоторых линий. Их называют линейными дефектами или дислокациями. Дефекты такого вида нарушают правильное чередование кристаллических плоскостей.

Простейшими видами дислокаций являются краевая и винтовая дислокации. Их типичный вид представлен на рис. 7 и рис. 8.

Рис. 7. Краевая дислокация и ее возможное перемещение

Рис. 8. Винтовая дислокация

Краевая дислокация обусловливается лишней кристаллической полуплоскостью, как бы вдвинутой между двумя соседними слоями атомов (рис. 7, а). Край этой полуплоскости образует дислокацию данного вида. Линией дислокации является перпендикулярная к плоскости рисунка прямая, отмеченная знаком ┴.

Винтовую дислокацию можно представить как результат разреза кристалла по полуплоскости и последующего сдвига лежащих по разные стороны разреза частей решетки навстречу друг другу на величину одного периода. Внутренний край разреза образует винтовую дислокацию, которая изображена на рисунке 8 штриховой линией. Кристалл с винтовой дислокацией фактически состоит из одной кристаллической плоскости, которая изогнута по винтовой поверхности.

В общем случае линии дислокации могут быть и кривыми.

У монокристаллов металлов легко происходит сдвиг вдоль атомных слоев при наличии соответствующей дислокации. При этом атомы перескакивают в новые положения поочередно, что можно истолковать как перемещение дислокации (рис. 7, б-г). В конечном итоге имеем сдвиг соседних слоев на один период.

Помимо точечных и линейных дефектов, выделяют также поверхностные дефекты (границы раздела между зернами микрокристаллов, поверхность самого кристалла и др.) и объемные (пустоты, трещины, включения другой фазы и прочее). Дефекты могут образовываться как на поверхности, так и в объеме кристалла.

Все перечисленные дефекты могут возникать как самопроизвольно (например, в процессе кристаллизации), так и создаваться искусственно, например, при механических воздействиях, при облучении кристалла электронами, нейтронами, рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами (такие дефекты называют радиационными). Посторонние атомы, проникающие в кристаллическую решетку, также нарушают ее упорядоченность.

Необходимость изучения дефектов кристаллов связана с тем, что именно дефекты определяют многие важные свойства твердых тел (электрические, механические, оптические).