плотноупакованных атомов для
перемещения одного из атомов / на место вакансии необходимо несколько
раздвинуть атомы 2 и 3 (рис. 1.6, г). Значит, при
переходе из узла решетки, где энергия атома минимальна, на место
вакансии атом должен преодолеть энергетический барьер Еи,
высота которого определяет энергию активации миграции вакансии.
Вакансии стремятся
распределиться в кристалле приблизительно равномерно по всему объему; даже
при температурах, близких к температуре плавления, среднее расстояние
между вакансиями — порядка двадцати межатомных расстояний. В некоторых
случаях распределение вакансий в кристалле изменяется; избыточные вакансии
могут конденсироваться, так как при этом уменьшается энергия
системы.
При случайных столкновениях
одиночных вакансий они могут объединяться в пары, или дивакансии (рис.
1.6, в). Энергия миграции (перемещения) дивакансии примерно вдвое
меньше, чем моновакансий, и дивакансии оказываются более подвижными.
Образование дивакансии энергетически
выгодно, так как в этом случае уменьшается число разорванных атомных
связей с 12 (у двух моновакансий) до 10. Легкоподвижные дивакансии
присоединяют третью, четвертую вакансии — так создаются комплексы
вакансий, называемые лакунами.
Неравновесную концентрацию
вакансий можно получить, быстро охлаждая металл от высокой температуры,
что приведет к повышению энергии кристалла и заметному изменению свойств.
При последующем нагреве количество вакансий в единице объема уменьшается
до равновесной величины в результате их диффузии к стокам. Возможна
коагуляция вакансий, т. е. их объединение в крупные скопления с
образованием микропор. Вакансии могут возникать при пластической
деформации металла, в этом случае их концентрация пропорциональна
степени деформации металла е. Образование вакансий при пластической
деформации вызывает уменьшение плотности и увеличение объема
металла.
Межузельные атомы представляют
собой атомы, вышедшие из равновесного положения, которым является узел
кристаллической решетки, и расположенные в межузельном пространстве.
Наличие меж-узельных атомов приводит к локальным искажениям
кристаллической решетки. Смещение соседних атомов может достигать 20 % от
межатомного расстояния.
Межузельные атомы, как и
вакансии, являются равновесными дефектами, однако энергия их образования
выше. Например, для меди она составляет около 3 эВ, тогда как для
возникновения вакансии затрачивается энергия, приблизительно равная 1 эВ.
Поэтому концентрация межузельных атомов в металлах значительно
меньше, чем концентрация вакансий. Поскольку искажения
кристаллической решетки вокруг межузельного атома больше, чем около
вакансии, энергия активации его миграции меньше, чем Еы
вакансии, поэтому межузельные атомы подвижнее, чем
вакансии.
Миграция межузельных атомов
проходит по механизму диффузии вытеснением (рис. 1.6, д).
Межузельный атом / в решетке ГЦК вытесняет атом 2,
находящийся в центре грани, в положение 3, а сам занимает
место в центре грани. При таком механизме миграции Еы
меж-
