หน่วย3ข้อบกพร่องของผลึก

อ.สุ ณชั ชา ขนุ ศิริมา สาขาเขียนแบบเครื่องกล

• ขอ้ บกพรอ่ งในผลึก จะมผี ลต่อสมบตั ิทางกลของวสั ดุ ซ่ึง ขอ้ บกพรอ่ งแบบต่างๆในผลึก ยงั จะมผี ลต่อการเปลย่ี น รปู ของวสั ดุ โดยที่เมื่อมีการเปล่ียนรปู วสั ดุก็จะทาใหผ้ ลึก หรือเกรนต่างมีการเปล่ียนแปลงทาใหส้ มบตั ิของวสั ดุก็ เปล่ียนแปลงดว้ ยทาใหต้ อ้ งเขา้ ใจการอบอ่อน ซง่ึ จะ ประกอบไปดว้ ยการคืนตวั การเกิดผลึกใหม่ และการโต ของเกรน เพื่อไปปรบั ปรุงสมบตั ิทางกลในดา้ นต่างๆ

• ผลึกสมบรู ณ์ Perfect Crystal หรือผลึกในอุดมคติ Ideal Crystal ซึ่งผลึกที่สมบรู ณห์ าไดย้ ากมาก ถึงแมผ้ ลึกท่ีดูสมบรู ณแ์ บบจะมีหนา้ ผลึก Crystal Face ที่ครบถว้ นแต่ผลึกดงั กล่าวกม็ กั จะมีสารเจือปน ในระดบั โครงสรา้ งผลึก หรือมีตาหนิในลกั ษณะตา่ งๆให้ เห็นในระดงั โครงสรา้ งจุลภาค

1.ขอ้ บกพร่องแบบจุด 2.ขอ้ บกพร่องแบบเสน้

1.ขอ้ บกพรอ่ งแบบจุด Point Defects • ขอ้ บกพรอ่ งแบบจุดเป็ นขอ้ บกพร่องท่ีเกิดข้ ึนเฉพาะจุดใด จุดหน่ึงในแลตทิชของผลึกเกี่ยวขอ้ งกบั อะตอมไม่กี่ อะตอม ซึ่งแบง่ เป็ นหลายลกั ษณะดงั น้ ี

1.1ชอ่ งวา่ งในผลึก • เป็ นขอ้ บกพรอ่ งของผลึกแบบท่ีเป็ นตาแหน่งท่ีวา่ งในโครงสรา้ ง ผลึก 1.2 แทรกตวั • เป็ นขอ้ บกพรอ่ งที่เกดิ จากอะตอมหรือไอออนท่ีไมอ่ ยู่ใน ตาแหน่งในโครงสรา้ งผลึก แต่แทรกอยใู่ นชอ่ งวา่ งของ โครงสรา้ งผลึก



1.3 แทรกตวั จากธาตุหรอื สารไมพ่ ึงประสงค์ • เป็ นขอ้ บกพรอ่ งแบบจุดท่ีเกิดจากการแทรกตวั ของธาตุหรือ สารไมพ่ ึงประสงคใ์ นโครงสรา้ งผลึก ซึ่งสามารถแบง่ ยอ่ ยได้ 2 ลกั ษณะ คอื •1.3.1 แบบแทนที่ •1.3.2 แบบแทรกที่

1.4 แบบช็อตตก์ ี • เป็ นขอ้ บกพรอ่ งแบบจุดท่ีเกิดจากตาแหน่งวา่ งจากไอออนลบ หรอื ไอออนบวกขาดหายไปในผลึก 1.5 แบบเฟรนเคล • เป็ นขอ้ บกพรอ่ งแบบจุดท่ีเกดิ จากไอออนไมไ่ ดอ้ ยทู่ ่ีตาแหน่ง โครงสรา้ งผลึกแต่ไปแทรกอยใู่ นโครงสรา้ งผลึก



2.ขอ้ บกพรอ่ งแบบเสน้ Line Defect • ขอ้ บกพร่องแบบเสน้ เรียกอกี อยา่ งหนึ่งวา่ ดิสโลเคชนั Dislocation ซ่ึงเป็ นขอ้ บกพร่องที่เกิดจากการเลื่อน ตาแหน่งของกลุ่มอะตอมในโครงสรา้ งผลึก โดยกลุ่มอะตอมมี ลกั ษณะการเรียงตวั เป็ นเสน้ ซึ่งแบ่งออกเป็ น 2 ประเภท ใหญ่ๆได้ ดงั น้ ี 1.ดิสโลเคชนั แบบขอบ Edge Dislocation 2.ดิสโลเคชนั แบบเกลียว Screw Dislocation

2.1ดิสโลเคชนั แบบขอบ Edge Dislocation • ขอ้ บกพรอ่ งแบบเสน้ ท่ีมเี สน้ Burger’s Vector เป็ น เวกเตอรใ์ นแลกทิชของผลึก ซึ่งบ่งบอกลกั ษณะของ ดิสโลเคชนั ต้งั ฉากกบั ทิศทางของเสน้

2.2 ดิสโลเคชนั แบบเกลียว Screw Dislocation • ขอ้ บกพร่องแบบเสน้ ของผลึกซ่ึงมีเบอรเ์ กอรส์ เวกเตอร์ ขนานกบั แนวเสน้ ของดิสโลเคชนั

• ดิสโลเคชนั แบบผสม Mixed Dislocation เป็ นดิส โลเคชนั ท่ีมที ้งั 2 แบบ

การเปล่ียนรปู Deformation • การเปล่ียนรูป หมายถึง กระบวนการท่ีทาใหว้ สั ดุหรือ ช้ ินงานของแขง็ เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดหรือรปู ร่าง ซ่ึงโดยปกติจะตอ้ งใชแ้ รงกระทา เช่น การรีด การทุบข้ ึน รูป • เมื่อแท่งโลหะถูกกระทาในระดบั หน่ึงทาใหเ้ กิดการ เปลี่ยนรปู ซึ่งสามารถแบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ระดบั

1.การเปลี่ยนรูปร่างอยา่ งยดื หยุน่ Elastic Deformation • การเปล่ียนรูปอยา่ งยดื หยุน่ เป็ นการเปล่ียนแปลงรปู ร่างวสั ดุ เน่ืองจากถูกแรงกระทาแต่เมือ่ หยุดใหแ้ รงวสั ดุน้ันสามารถกลบั คืน รูปไดเ้ หมอื นเดิม 2.การเปลี่ยนรูปร่างอยา่ งถาวร Plastic Flow หรือ Plastic Deformation • เป็ นการเปล่ียนแปลงรปู ร่างอยา่ งถาวรหลงั ไดร้ บั แรงกระทา ซ่ึง ลกั ษณะน้ ีเมอ่ื ถูกแรงกระทาโดยทาใหเ้ กิดการเคลื่อนที่ของกลุ่ม อะตอมแบง่ ได้ 2แบบ

1.การเปลี่ยนรูปรา่ งอยา่ งถาวรโดยการเลื่อน Deformation by Slip • เมื่อผลึกเด่ียวของโลหะไดร้ บั แรงดึงเกินช่วงการ เปลี่ยนแปลงรปู รา่ งยดื หยุน่ โดยจะมีระนาบบางส่วนของ ผลึกเคล่ือนยา้ ยไปในขณะท่ีส่วนอ่ืนๆอยกู่ บั ท่ี ซึ่งแนวที่ อะตอมเลื่อนผ่านเรียกวา่ “ระนาบเล่ือน” และจะปรากฏ แถบเลื่อน เมื่อเพิ่มแรงดึงจะกอ่ ใหเ้ กิดการเคลื่อนไหว

2.การเปลี่ยนรปู ร่างอยา่ งถาวรโดยการทวนิ นิ่ง Deformation by Twinning • การเปลี่ยนรูปร่างอยา่ งถาวรโดยการทวนิ น่ิง ซึ่งเกิดจาก กลุ่มอะตอมถูกผลกั ใหเ้ อียงไปโดยแนวท่ีถูกผลกั ใหเ้ อียง เรียกวา่ “ระนาบทวนิ น่ิง”



การอบอ่อน Annealing • การอบออ่ นเป็ นกระบวนการอบโลหะที่อุณหภูมิสูงแลว้ ปล่อย ใหเ้ ยน็ ตวั อยา่ งชา้ ๆ เพ่อื ลดความเครียด สามารถแบง่ กระบวนการอบออ่ นได้ 3 ชว่ งใหญ่ๆไดแ้ ก่ 1.การคืนตวั Recovery 2.การเกิดผลึกใหม่ Recrystallization 3.การโตของเกรน

1.การคืนตวั Recovery • เป็ นปรากฏการณท์ ี่เกิดข้ ึนในช่วงแรกของการอบอ่อน เป็ นระยะที่ขอ้ บกพร่องแบบจุดลดจานวนลงไปมาก ในขณะท่ีดิสโลเคชนั จดั เรียงตวั ใหมแ่ ต่จานวนลดลงไม่ มาก ในระยะน้ ีสภาพการนาไฟฟ้าจะสูงข้ นึ แต่ความแขง็ และความแข็งแรงจะลดลงเพียงเล็กน้อย

2.การเกิดผลึกใหม่ Recrystallization • เป็ นปรากฏการณท์ ี่เกิดข้ ึนในชว่ งตอ่ จากการคืนตวั ระหวา่ งอบอ่อนโลหะ เป็ นชว่ งที่เกรนหรือผลึกใหม่ซึ่งไม่ มคี วามเครียดเกิดข้ ึนแทนที่เน้ ือโลหะเดิม ในระยะน้ ี ความแขง็ และความแข็งแรงจะลดลงอยา่ งรวดเร็วใน ขณะท่ีการยดื ตวั จะสงู ข้ นึ 3.การโตของเกรน • การโตของเกรนเป็ นปรากฏการณก์ ารขยายตวั ของเกรนของ โลหะซึ่งจะเกดิ ข้ ึนขณะท่ีอุณหภมู สิ งู