Точечные дефекты. Часть атомов или ионов может отсутствовать на местах, соответствующих идеальной схеме решётки. Такие дефектные места называются вакансиями. В кристаллах могут присутствовать чужеродные (примесные) атомы или ионы, замещая основные частицы, образующие кристалл, или внедряясь между ними. Точечными Д. в к. являются также собственные атомы или ионы, сместившиеся из нормальных положений (межузельные атомы и ионы), а также центры окраски — комбинации вакансий с электронами проводимости (F-центры), с примесными атомами и электронами проводимости (Z-центры) либо с дырками (V-центры). Центры окраски могут быть вызваны облучением кристаллов.
В ионных кристаллах, образованных частицами двух сортов (положительными и отрицательными), точечные дефекты возникают парами. Две вакансии противоположного знака образуют дефект по Шотки. Пара, состоящая из межузельного иона и оставленной им вакансии, называется дефектом по Френкелю.
Атомы в кристаллах располагаются на равном расстоянии друг от друга рядами, вытянутыми вдоль определённых кристаллографических направлений. Если один атом сместится из своего положения под ударом налетевшей частицы, вызванной облучением, он может, в свою очередь, сместить соседний атом и т.д. Таким образом смещённым окажется целый ряд атомов, причём на каком-то отрезке ряда атомов один атом окажется лишним. Такое нарушение в расположении атомов или ионов вдоль определённых направлений с появлением лишнего атома или иона на отдельном участке ряда называется краудионом. Облучение выводит из положения равновесия атомы или ионы и в др. направлениях, причём движение передаётся по эстафете всё более далеко отстоящим атомам. По мере удаления от места столкновения налетевшей частицы с атомом кристалла передача импульса оказывается локализованной (сфокусированной) вдоль наиболее плотно упакованных направлений. Такая эстафетная передача импульса налетевшей частицы ионам или атомам кристалла с постоянной фокусировкой импульса вдоль плотно упакованных атомных рядов называется фокусоном.
Линейные дефекты. В реальных кристаллах некоторые атомные плоскости могут обрываться. Края таких оборванных (лишних) плоскостей образуют краевые дислокации. Существуют также винтовые дислокации, связанные с закручиванием атомных плоскостей в виде винтовой лестницы, а также более сложные типы дислокаций. Иногда линейные Д. в к. образуются из скопления точечных дефектов, расположенных цепочками (см. Дислокации).
Двумерные дефекты. Такими Д. в к. являются границы между участками кристалла, повёрнутыми на разные (малые) углы по отношению друг к другу; границы двойников (см. Двойникование), дефекты упаковки (одноатомные двойниковые слои), границы электрических и магнитных доменов, антифазные границы в сплавах, границы включений другой фазы (например, мартенситной), границы зёрен (кристаллитов) в агрегатах кристаллов. Многие из поверхностных дефектов представляют собой ряды и сетки дислокаций, а совокупность таких сеток образует в поликристаллах границы зёрен; на этих границах собираются примесные атомы и инородные частицы.
Объёмные дефекты. К ним относятся скопления вакансий, образующие поры и каналы; частицы, оседающие на различных дефектах (декорирующие), например пузырьки газов, пузырьки маточного раствора; скопления примесей в виде секторов (песочных часов) и зон роста.
В кристаллах дефекты вызывают упругие искажения структуры, обусловливающие, в свою очередь, появление внутренних механических напряжений (см. Напряжение механическое). Например, точечные дефекты, взаимодействуя с дислокациями, упрочняют или разупрочняют кристаллы. Д. в к. влияют на спектры поглощения, спектры люминесценции, рассеяние света в кристалле и т.д., изменяют электропроводность, теплопроводность, сегнетоэлектрические свойства (см. Сегнетоэлектрики), магнитные свойства и т.п. Подвижность дислокаций определяет пластичность кристаллов, скопления дислокаций вызывают появление внутренних напряжений и разрушение кристаллов. Дислокации являются местами скопления примесей. Дислокации препятствуют процессам намагничивания и электрической поляризации благодаря взаимодействию с границами доменов. Объёмные дефекты снижают пластичность, влияют на прочность, на электрические, оптические и магнитные свойства кристалла так же, как и дислокации.
Лит.: Бюрен Х. Г. ван, Дефекты в кристаллах, пер. с англ., М., 1962; Халл Д., Введение в дислокации, пер. с англ., М., 1968; Вакансии и другие точечные дефекты в металлах и сплавах, М., 1961; Некоторые вопросы физики пластичности кристаллов, М., 1960; Гегузин Я. Е., Макроскопические дефекты в металлах, М., 1962; Методы и приборы для контроля качества кристаллов рубина, М., 1968; Шаскольская М. П., физическая кристаллография, М., 1972 [в печати].
М. В. Классен-Неклюдова, А. А. Урусовская.
Дефекты металлов
Дефе'кты мета'ллов, несовершенства строения металлов и сплавов. Д. м. ухудшают их физико-механические свойства (например, электропроводность, магнитную проницаемость, прочность, плотность, пластичность). Различают Д. м. тонкой структуры (атомарного масштаба), например дислокации, вакансии и др. (см. Дефекты в кристаллах), более грубые — субмикроскопические трещины, образующиеся по границам блоков кристалла и на его поверхности. Ещё более грубые Д. м. — микро- и макроскопические дефекты, представляющие собой нарушения сплошности или однородности, образующиеся в металле вследствие несовершенства технологии и низкой технологичности многокомпонентных сплавов, требующих особенно точного соблюдения режимов на каждом этапе их изготовления и обработки.
Встречающиеся в металлических изделиях и полуфабрикатах дефекты различаются по размерам и расположению, а также по своей природе и происхождению. Они образуются при плавлении металла и получении отливок (неметаллические и шлаковые включения, усадочные раковины, рыхлоты, газовая пористость, плёны и т.д.), при обработке давлением (расслоения, заковы, закаты, волосовины, плёны, флокены), в результате термической, химико-термической, электрохимической и механической обработки (трещины, прижоги, обезуглероживание и т.д.), в процессе соединения металлов — при сварке, пайке, склёпывании и т.д. (непровар, непропай, трещины, коррозия и т.д.). Кроме того, дефекты в полуфабрикатах и готовых изделиях могут возникать при их хранении, транспортировке и эксплуатации (коррозионные поражения и др.).
По характеру дефекты могут быть: местными (различные нарушения сплошности — поры, раковины, трещины, расслоения, флокены, заковы, закаты и др.); распределёнными в ограниченных зонах (ликвационные скопления, зоны неполной закалки, зоны коррозионного поражения, местный наклёп); распределёнными по всему объёму изделия или по его поверхности (несоответствие химического состава, структуры, качества механической обработки).
Местные дефекты, локализованные в ограниченном объёме, могут быть точечными, линейными, плоскостными и объёмными. По расположению они разделяются на наружные (поверхностные и подповерхностные) и внутренние (глубинные).
Дефектами в прикладном, техническом понимании следует считать такие отклонения от нормального, предусмотренного стандартами качества, которые ухудшают рабочие характеристики металла или изделия и приводят к снижению сортности или забраковыванию изделий. Однако не всякий Д. м. является дефектом изделия; отклонения от нормального качества металла, которые не существенны для работы данного изделия, не должны считаться для него дефектами. Отклонения от нормального качества, являющиеся дефектами для изделий, работающих в одних условиях (например, при усталостном нагружении), могут не иметь значения при др. условиях работы (например, при статическом нагружении). Качество металла и рационально изготовленного из него изделия может быть повышено при полном исключении наиболее опасных дефектов (трещин, раковин, расслоений, флокенов и др.) и снижении до некоторого минимума др. дефектов, представляющих меньшую опасность в конкретных условиях эксплуатации данного изделия. Высокое качество металла и изготовляемых из него изделий может обеспечиваться двумя путями: совершенствованием технологии с целью исключения возможности появления дефектов и совершенствованием методов контроля качества металла с целью обнаружения дефектов и отбраковки дефектных заготовок, полуфабрикатов и изделий. Контроль качества металла производится методами химического, спектрального, рентгеноструктурного и металлографического анализа, позволяющими обнаружить отклонения от заданных состава и структуры. Эти методы, как правило, требуют взятия специальных проб металла и приводят к повреждению или разрушению контролируемых изделий и поэтому используются только для выборочного контроля их качества. Более надёжный, сплошной контроль Д. м., являющихся нарушением его сплошности или однородности, производится с помощью физических методов неразрушающего контроля (см. Дефектоскопия), основанных на исследовании изменений физических характеристик металла. При окончательном решении вопроса о соответствии качества заготовки или изделия заданному необходимо учитывать не только количество, размеры, расположение и характер обнаруженных дефектов, но и конкретные условия нагружения изделия и отдельных его зон в эксплуатации.