Transcript โครงสร้างวัสดุ (ต่อ)

บทที่ 4
โครงสร้ างวัสดุ
ความไม่ สมบูรณ์ ผลึก
1. 0 มิติ : ความบกพร่ องแบบจุด (point defect)
2. 1 มิติ : ความบกพร่ องแบบเส้ น (dislocation)
3. 2 มิติ : ความบกพร่ องที่รวมทัง้ พืน้ ผิวภายนอกและ
ขอบเกรนภายใน และยังรวมถึงความบกพร่ องขนาดใหญ่
เช่ น ฟองอากาศ รอยแตก และการเกาะกลุ่มของสารเจือปน
ความบกพร่ องในลักษณะจุด (Point Defect)
ความบกพร่ องในลักษณะจุดนัน้ เกิดขึน้ เนื่องจากสาเหตุท่ ี
สาคัญดังนี ้
1. อนุภาคหายไปจากตาแหน่ งที่ควรมี จึงมีท่ วี ่ างเกิดขึน้
เรียกว่ าจุดว่ าง (Vacancy)
2.
มีอนุภาคชนิดอื่นเข้ าไปแทรกอยู่ในตาแหน่ งที่ควรเป็ นที่
ว่ าง (Interstitial Impurity Atom)
3.
อนุภาคชนิดอื่นเข้ าไปอยู่แทนที่อนุภาคเดิม
(Substitutional Impurity Atom)
Point Defect : Vacancy
เป็ นความบกพร่ องที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอะตอม (vacancy) เมื่อได้ รับ
พลังงานจากการเผาในกระบวนการผลิต
vacancy : เกิดขึน้ เมื่ออะตอมหายไปจากตาแหน่ งปกติ มักจะเกิดขึน้ เมื่อ
ผลึกอยู่ในระหว่ างการแข็งตัว (solidification) ที่อุณหภูมสิ ูง
ที่อุณหภูมหิ ้ อง จะพบ vacancy น้ อย และจะเพิ่มขึน้ เมื่ออุณหภูมสิ ูงขึน้ โดย
เพิ่มขึน้ แบบ exponential
http://www.soton.ac.uk/~engmats/xtal/deformation/vacancy.gif
nv
n
Q
R
T
=
=
=
=
=
จำนวน vacancy/m3
จำนวน lattice point/m3
พลังงำนทีใ่ ช้ ในกำรสร้ ำง vacancy (J/mol)
gas constance = 8.31 J/mol/K
Temperature (K)
ที่ thermal energy ใกล้เคียงกับ Tm จะทำให้ เกิด vacancy 1
vacancy per 1000 lattice point
Point Defect : Interstitial Defect
เกิดเมื่อมี extra atom เข้ าไปแทรกอยู่ใน lattice structure
Interstitial atom < atom located at lattice point
และ > interstitial site ที่มันเข้ าไปอยู่ ซึ่งจะทาให้ lattice ที่อยู่รอบๆ
นัน้ ถูกอัดและบิดเบีย้ วไป
www.soton.ac.uk/.../deformation/introduction.htm
Point Defect : Substitutional Defect
เกิดเมื่ออะตอมถูกแทนที่ด้วยอะตอมอื่น
อยู่ในตาแหน่ งเดิม ซึ่งอาจจะมีขนาดใหญ่ กว่ าอะตอมใน lattice ซึ่งจะทา
ให้ อะตอมรอบๆ ถูกอัด หรื อ อาจจะมีขนาดเล็กกว่ า ซึ่งจะทาให้ อะตอมรอบๆ
ถูกดึง ซึ่งการเกิดแบบนีจ้ ะเป็ นการรบกวนอะตอมรอบๆ ส่ วนใหญ่ จะเกิดจาก
สิ่งเจือปน (impurities)
www.soton.ac.uk/.../deformation/introduction.htm
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/dislocations/images/substitutional-solute.gif
Interstitialcy Defect
เกิดเมื่ออะตอมที่เหมือนกัน (อยู่ในตาแหน่ งปกติของ lattice point) ไป
อยู่ในตาแหน่ ง interstitial position
เป็ น defect ที่พบบ่ อยใน lattice ที่มี low packing factor
ความบกพร่ องแบบนีเ้ ป็ นความบกพร่ องที่เกิดจากอิออนเข้ าไปอยู่ผิดที่โดยไป
แทรกอยู่กับอิออนอื่น ซึ่งไม่ ได้ อยู่ในตาแหน่ งที่ถูกต้ องแต่ ไป เบียดอยู่กับ
อิออนอื่น เป็ นเหตุให้ ตาแหน่ งของอิออนในผลึกบางส่ วนบิดเบีย้ วไปจากรู ป
เดิม ความบกพร่ องของผลึกแบบนีเ้ กิดขึน้ ได้ ง่ายมาก โดยเฉพาะอิออนของ
โลหะหรื อเกิดจากผลึกของ ธาตุบางชนิดที่ไม่ นาไฟฟ้า แต่ เมื่อมีธาตุอ่ ืน เป็ น
สารปลอมปนอยู่ด้วยกลับทาให้ มีสมบัตเิ ป็ นสารกึ่งตัวนา
(Semiconductor) ได้
ความบกพร่ องแบบเฟรนเคล (Frenkel Defect)
Frenkel defect : พบเมื่อ อิออนกระโดดจาก normal lattice point ไปยัง
ตาแหน่ ง interstitial site ซึ่งทาให้ เกิด vacancy
https://www.chemistry.ohio-state.edu/~woodward/ch754/lect2003/ionic_cond_lect26.ppt
http://www.gprecision.net/metallurgy-Defect-Crystals.html
ความบกพร่ องแบบชอตต์ กี (Schottky Defect)
ความบกพร่ องแบบนีเ้ ป็ นความไม่ สมบูรณ์ ท่ เี กิดจากอนุภาคที่เป็ นอิออน
บวกและอิออนลบหายไป เป็ นจานวนเท่ า ๆ กัน ความไม่ สมบูรณ์ แบบ นีไ้ ม่ ได้ ทาให้
อานาจไฟฟ้าเกิดการเปลี่ยนแปลงแต่ อย่ างใด
Schottky defect :
พบในวั สดุ ท่ ีฟ อร์ มพั น ธะ
แ บ บ อิ อ อ นิ ก โ ด ย ที่ มี
anion & cation
ห า ย ไ ป จ า ก lattice
เพื่อ ให้ เ กิด electrical
neutrality มักจะพบ
ในเซรามิก
http://www.gprecision.net/metallurgy-Defect-Crystals.html
https://www.chemistry.ohio-state.edu/~woodward/ch754/lect2003/ionic_cond_lect26.ppt
www.bss.phy.cam.ac.uk/~amd3/teaching/A_Donald...
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/dislocations/images/raft3.jpg
Dislocation
เป็ น
linear
imperfection
มักจะเกิดในผลึกในขณะทีเกิด
solidification ของวัสดุ หรื อเมื่อวัสดุมีการเปลี่ยนรู ป
เกิดในวัสดุทุกชนิด มี 2 แบบ
http://www.siliconfareast.com/screwdislocation.jpg
http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/def_ge/kap_5/illustr/dislocation_3dim.jpg
Screw Dislocation
ข้ อบกพร่ องเชิงเส้ นของผลึกซึ่งมีเบอร์ เกอร์ สเวกเตอร์ ขนานกับแนวเส้ นของดิสโลเคชัน
http://www.material.science.sudeshnapaul.com/screw_dislocation.gif
Edge Dislocation
www.klingereducational.com/index.php?p=produc...
http://courses.eas.ualberta.ca/eas421/diagramspublic/bergerslarge.gif
http://www.roymech.co.uk/images10/mixed_dislocations.gif
http://www.bss.phy.cam.ac.uk/~amd3/teaching/A_Donald/Crystalline_Solids_1.htm
ทิศทางที่ dislocation ขยับไป = slip direction ซึ่งเป็ นทิศทางของ
Burgers vector ของ Edge dislocations
www.ic.arizona.edu/.../disclocation.html
www.tf.uni-kiel.de/.../backbone/r5_1_3.html
Surface defect
www.cartage.org.lb/.../Crystalline.htm
http://www.scielo.br/img/revistas/mr/v6n2/16034f4.gif