Строение и свойства напыляемой поверхности - Механизмы образования и свойства поверхности, созданной при помощи электронно-лучевого испарения

Неидеальный кристалл имеет различного рода отклонения от точной периодичности идеального. Обычно различают отклонения в виде точечных и линейных дефектов.

Точечные дефекты могут возникать в результате диффузии атомов из объема на поверхность кристалла. В этом случае в решетке образуются свободные узловые объемы - вакансии. Такие дефекты называются дефектами Шоттки. Из положения равновесия атомы могут перемещаться в междоузлия решетки, оставляя свои места вакантными. Такие дефекты называют дефектами Френкеля.

В твердом теле могут также существовать отклонения от параллельности отдельных структурных элементов и плоскостей кристаллической решетки. Такие отклонения вызывают появление дислокаций. Возможны два предельных вида дислокаций: краевая и винтовая. Путем сочетания этих двух видов можно представить любую конкретную дислокацию.

Точечные и линейные дефекты имеются на любой реальной поверхности твердого тела. При нанесении покрытий взаимодействие начинается в первую очередь на дефектах поверхности, поскольку расположенные вблизи них атомы выведены из равновесных, устойчивых положений и обладают высокой потенциальной энергией и, следовательно, химические более активны.

Если рассматривать поверхность кристалла в атомарных масштабах, то она является шероховатой. На поверхности в результате хаотического теплового движения атомов постоянно образуются разные дефекты. На рисунке 1 представлена модель кубической решетки, иллюстрирующая положения атомов на поверхности. Атомы могут занять следующие положения: на полностью заполненном крае 1, в вершине угла 2, на целиком заполненной поверхности 3, на незаполненном крае 4, в вершине незаполненного угла 5, на ступени 6 и на поверхности 7. Наибольший интерес представляет положение полукристалла Ѕ, т. к. он чаще всего встречается при нанесении покрытий в вакууме. Такое положение атома интересно, потому что поверхностная энергия кристалла не изменяется в зависимости от его присоединения или удаления с поверхности. Это отчетливо видно из рисунка, что количество граней, выходящих на поверхность кристалла, от такой операции не меняется.

схема возможных характерных положений атомов и выход дефектов на поверхность кристалла с кубической решеткой (модель косселя и странсксго)

Рис. 1. Схема возможных характерных положений атомов и выход дефектов на поверхность кристалла с кубической решеткой (модель Косселя и Странсксго)

Силы связи, которые действуют на атом со стороны соседних атомов, очень сильно зависят от его положения на поверхности кристалла. Для металлов и соединений, имеющих ковалентную связь, с достаточной для практики точностью можно считать, что энергия связи между атомами аддитивна. Естественно, атомы, находящиеся на поверхности твердого тела, будут иметь меньшую энергию связи. В зависимости от положения атома ее величина будет уменьшаться в следующем порядке: Е(3)> Е(1)> Е(1/2)> Е(2)> Е(6)> Е(7)> Е(4)> Е(5).

Связь по поверхности между кубами иллюстрирует действующую энергию связи в кристалле Е 1, а по граням куба энергию Е2

Реальная металлическая поверхность, кроме атомной шероховатости, имеет много других дефектов. К ним в первую очередь относятся дефекты, возникающие в местах выхода на поверхность дислокаций и границ зерен. Следы выхода границ зерен имеют вид канавки на поверхности кристалла. На рис. 1 показан выход на поверхность кристалла вакансии 8, краевой дислокации 9 и винтовой 10. Видно, что винтовая дислокация, вышедшая из объема кристалла на его поверхность, имеет вид ступеньки.

Состояние реальных поверхностей твердых материалов в значительной мере определяется также их происхождением. Большинство металлических поверхностей получают путем механической обработки. Поэтому даже после тщательной доводки, например, полировки тонкими абразивами, поверхностный слой металла оказывается сильно искаженным и наклепанным, что проявляется в виде выхода большого количества дефектов на его поверхность. Особенно возрастает количество дефектов поверхности при абразивно-струйной обработке, которая широко применяется для подготовки поверхностей изделий под покрытия.

Похожие статьи




Строение и свойства напыляемой поверхности - Механизмы образования и свойства поверхности, созданной при помощи электронно-лучевого испарения

Предыдущая | Следующая