0
04136674922

آشنایی با نابجایی ها

نابجایی­ یک عیب خطی است که درون شبکه ­های بلوری وجود دارد. نابجایی ها عامل اصلی استحکام، قابلیت تغییر شکل و خواص مکانیکی فلزات به شمار می آیند. در یک سانتی ­متر مکعب فلز آنیل شده حدود ۱۰۶ سانتی­ متر خط نابجایی وجود دارد که با ایجاد و افزایش تغییر شکل پلاستیکی مقدار آن به شدت افزایش می ­یابد. نابجایی ها در فلزات رفتاری مشابه با موجودات زنده دارند، آن­ ها به­ وجود می­ آیند، حرکت می کنند، رشد می کنند، بر یکدیگر اثر می ­گذارند، تکثیر می­ شوند، دارای انرژی هستند و حتی ممکن است نابود گردند. شناخت نابجایی ها از نظر بررسی رفتار مکانیکی مواد اهمیت زیادی دارد.

 

نابجایی و انواع آن

 

نابجایی یک عیب خطی در ساختار کریستالی است. این عیب در اثر تغییر شکل کریستال یا در هنگام انجماد و یا عملیات حرارتی به­ وجود می آید. نابجایی با ایجاد نیم­ صفحه ­های اتمی (صفحات ناقص) در بین صفحه­ های کامل اتمی به وجود می ­آید. در اثر اعمال تنش برشی به یک کریستال کامل ممکن است بخشی از آن به اندازه یک فاصله اتمی نسبت به بخش دیگر، در امتداد یک صفحه لغزشی، جا به ­جا شود که در این صورت یک نیم­ صفحه عمود بر جهت اعمال تنش برشی به وجود می آید و بقیه صفحات خود در امتداد یکدیگر قرار می­گیرند، همان ­طور که در یک کریستال کامل وجود دارند. حضور نیم­ صفحه ­­های اتمی اضافی درون کریستال موجب اعوجاج کریستال در جایی که به صفحه اتمی ختم می شود (یا در لبه نیم صفحه اتمی) می ­گردند. این اعوجاج با دور شدن از لبه نیم صفحه کاهش می ­یابد و کریستال حالت کامل خود را باز می ­یابد.

بنابراین با توجه به توضیحات بالا می ­توان نتیجه گرفت که نابجایی در واقع اعوجاج به ­وجود آمده در اثر قرار گرفتن یک نیم ­صفحه اتمی در لابه ­لای صفحات کامل اتمی می ­باشد. بنابراین نابجایی را می ­توان به ­صورت یک ناحیه دچار اعوجاج شده بین دو قسمت کامل یک کریستال تعریف کرد.

دو نوع کلی نابجایی وجود دارد: یکی لبه ­ای و دیگری پیچی. نوع لبه ­ای که در شکل زیر نشان داده شده است با حداکثر اعوجاج در لبه نیم صفحه (صفحه ناقص) همراه است. یا به عبارتی اتم ­ها حداکثر مقدار جابجایی خود را در اطراف لبه نیم صفحه دارند. پس چون حداکثر اعوجاج در اثر این نابجایی در لبه صفحه ناقص به­ وجود می آید، به آن نابجایی لبه­ ای می ­گویند. به بیانی دیگر، این نوع نابجایی در اثر ایجاد یک لبه به­ وسیله نیم­ صفحه قرار گرفته شده در لابه­ لای صفحات اتمی کامل به ­وجود می آید و در امتداد لبه یک نیم­ صفحه اتمی قرار دارد.

 

تصویری شماتیک از یک نابجایی لبه ای

 

نوع دیگر نابجایی، نابجایی پیچی می ­باشد. در این نقص، اتم ­ها از وضع واقعی کریستالی خود به وضعی شبیه پیچ جابه­ جا شده ­اند. بنابراین صفحات اتمی که در اصل به موازات یکدیگر بوده­ اند طوری دچار اعوجاج و جابه­جایی می­ شوند که سطح شیب ­دار مارپیچ پیوسته ­ای اطراف نابجایی که به ­صورت محور پیچ عمل می کند به ­وجود می آورند.

 

تصویری شماتیک از یک نابجایی پیچی

 

نابجایی ها تحت اعمال تنش برشی در کریستال حرکت می­ کنند. وقتی شبکه کامل است، تمام اتم­ ها در بالا و پایین صفحه لغزش در حالت حداقل انرژی هستند. در صورتی که یک تنش برشی به این کریستال اعمال شود، یک نیروی یکسانی که با حرکت اتم ها مخالفت می کند به تمام اتم ها وارد می شود. ولی وقتی یک نابجایی در کریستال وجود دارد اتم های دور از نابجایی همچنان در حالت حداقل انرژی قرار دارند ولی اتم های قرار گرفته در نابجایی فقط به یک مقدار کم جابه ­جایی و در نتیجه یک نیروی خیلی کم نیاز دارند تا باعث حرکت خطی نابجایی گردند.

وقتی نیم­ صفحه اضافی اتم ها به سطح آزاد کریستال رسید باعث ایجاد یک پله لغزشی به اندازه یک بردار برگرز (یا یک فاصله اتمی) روی سطح کریستال می شود. باید صدها یا هزاران نابجایی در امتداد یک صفحه لغزش حرکت کنند تا یک خط لغزش قابل مشاهده (با چشم) به ­وجود آید.

 

بردار برگرز

 

بردار برگرز از مشخصه ­های مهم یک نابجایی است، زیرا با مشخص بودن خط نابجایی و بردار برگرز، آن نابجایی به­ طور کامل شناخته می شود. بردار برگرز که با b نمایش داده می شود، برداری است که مقدار و جهت لغزش را مشخص می کند. برای تعیین بردار برگرز یک نابجایی از مدار برگرز استفاده می شود. اگر کریستال کامل باشد، پس از حرکت در یک جهت (مثلاً خلاف عقربه ساعت) با مسافت ­های مساوی از یک اتم به اتم دیگر از یک نقطه شبکه­ای (اتم)، باز به همان نقطه اول ختم می شود. ولی اگر این مدار در اطراف یک نابجایی باشد، دو نقطه شروع و خاتمه روی هم منطبق نخواهند شد و به اندازه یک فاصله اتمی اختلاف پیدا می کنند. فاصله نقطه پایان تا شروع (برای بسته شدن مدار) را بردار برگرز آن نابجایی لبه ای می ­گویند.

 

مقایسه بردار برگرز در دو کریستال کامل و دارای عیب خطی نابجایی

  

آرایش ­های مختلف نابجایی

 

از ملاحظات توپوگرافی بر می آید که یک نابجایی درون یک کریستال ختم نمی شود زیرا یک نابجایی مرز بین دو ناحیه لغزش کرده و لغزش نکرده را مشخص می کند. اگر منطقه لغزش کرده روی صفحه لغزش، به سطح نمونه یا مرزدانه نرسد باید مرز آن پیوسته باشد و یک حلقه بسته را به ­وجود آورد. پس نابجایی ها یا به سطح کریستال می ­رسند، یا به یک مرزدانه ختم می ­شوند و یا این ­که چند نابجایی در یک نقطه به ­هم برخورد کرده و یک گره را به­ وجود می ­آورند. گفتنی است یک حلقه نابجایی متشکل از چندین نوع نابجایی لبه ای و پیچی است. هم­ چنین ممکن است که نابجایی دارای دو مولفه لبه ای و پیچی باشد.

 

 مشاهده نابجایی ها

 

روش های شیمیایی

این روش ها روش هایی هستند که بر اساس واکنش ­های شیمیایی با نابجایی ها استوار می ­باشند.

 

– اچ کردن سطح پولیش شده نمونه:

با استفاده از این روش، هسته ­های پر انرژی نابجایی هایی که به سطح برخورد کرده و آن را قطع می کنند خورده می شود و حفره ­هایی را ایجاد می کنند که به Etch Pits معروف هستند. هر حفره نشانگر یک نابجایی است.

 

– تشکیل رسوب در امتداد خطوط نابجایی (دکوراسیون نابجایی):

در این روش عناصری را به سطح ماده اضافه می کنند که این عناصر بعداً در طی عملیات حرارتی مناسب می ­تواند رسوبی شفاف را روی محلی که خطوط نابجایی قرار دارند ایجاد نماید. این روش برای کریستال ­های یونی نظیر: AgBr-AgCl-MaCl و KCl مناسب است. این روش کاربرد چندانی در فلزات ندارد ولی می ­توان از آن در آلیاژهای رسوب سخت شده Al-Cu استفاده نمود.

 

روش های فیزیکی

این روش ها مبتنی بر تغییرات فیزیکی در اطراف محل نابجایی ها می ­باشند.

 

– استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری:

در این روش دیسک ­هایی به قطر ۴mm و ضخامت حدود ۰٫۳mm از قطعه مورد نظر تهیه می کنند. پس از نازک کردن وسط دیسک­ ها با روش های الکتروپولیش یا پاشش ذرات یون ­های باردار، آن را در زیر دستگاه میکروسکوپ قرار می ­دهند. این نمونه حالا در برابر اشعه الکترونی شفاف است. در این حالت اگر چه شبکه کریستالی قابل مشاهده نیست ولی نابجایی ها مشاهده می­ شوند زیرا میدان کرنش اطراف نابجایی باعث اختلاف شدت اشعه الکترونی تفرق کرده نسبت به جاهایی که نابجایی وجود ندارد می شود.

 

– استفاده از تفرق اشعه ایکس:

در این روش نمونه در معرض تابش اشعه ایکس قرار می ­گیرد. حد تفکیک در این روش کم است و بنابراین برای چگالی نابجایی کم کاربرد دارد. این روش بیشتر برای اندازه­گیری تنش باقیمانده و کرنش ­های موضعی کم به کار می ­رود.

 

– تابش یون:

در این روش نمونه به ­صورت یک سیم نازک خم شده می ­باشد که آن را در خلاء قرار می ­دهند و با اعمال اختلاف پتانسیل ۵-۱۵Kv بین آن و صفحه فلورسنت، گاز هلیوم را در خلاء به نمونه می ­تابانند. هر یون هلیوم وقتی به اتم های نمونه برخورد می کند یک لکه روشن را ایجاد می کند و وقتی با جاهای خالی اتمی برخورد می کند یک لکه تیره را ایجاد می کند. بدین ترتیب نابجایی ها به­ صورت خطوطی تیره در صفحه فلورسنت مشاهده خواهد شد.

 

منابع این نوشته نزد عصر مواد محفوظ است.

 

 

 

 

 

 

ارسال دیدگاه