ГлавнаяВсе “собственные” источники точечных дефектов в решетке рождают только вакансии. Иные точечные дефекты появляются от взаимодействия вакансий или после сильного нарушения решетки облучением. Взаимодействие точечных дефектов осуществляется либо через их поле напряжений (дальнодействие), либо при непосредственном соприкосновении ядер дефектов (близкодействие). Поле вакансии не имеет гидростатической компоненты и потому между вакансиями дальнодействия нет. Если “ядро” вакансии имеет радиус 2b, то “радиус взаимодействия” вакансий составит Ab.
На предельно коротком расстоянии b две вакансии всегда притягиваются: для образования одной вакансии нужен разрыв z связей в первой координационной сфере, а двух вакансий в смежных узлах (2z ~ 1) связей (рис. 13, а). Разность соответствующих энергий UVV = 2UV — U2V = UV/z ~ 0,02Gb3 - энергия связи дивакансии. Точно так же есть выигрыш от присоединения третьей вакансии к двум и т. д.
Если дивакансия - просто два смежных пустых узла, то уже тривакансия устроена не так просто, как на рис. 13, б — в ГЦК решетке минимум энергии дает наиболее симметричная конфигурация (рис. 13, в): свободен тетраэдр из четырех смежных узлов, а один атом занимает его центр.
Оценки энергии активации миграции UM(n) групп n-вакансии из статики решетки для обычной (моно)вакансии, дивакансии и тривакансии в меди UM(1); UM(2) и UM(3) дали 1,3; 0,2 и 1,9 эВ. Отсюда отношение коэффициентов диффузии DV : D2V : D3V = 1 : 10в4 : 10в-2 в точке плавления и 1 : 10в8 : 10в-4 при 0,5 Tпл. Дивакансия гораздо подвижнее моновакансии потому, что при двух пустых узлах смежный атом переходит в один из них “через центр” - с гораздо меньшим смещением соседей, чем при миграции моновакансий (рис. 14). Зато для любого перемещения симметричной тривакансии (см. рис. 13 в) надо прежде полностью освободить хотя бы один из четырех узлов, сильно сместив центральный атом. В решетке ОЦК тривакансия легкоподвижна, а простейшим неподвижным дефектом будет 4-вакансия.
Для каждой реакции между группами вакансий типа V+V <—> V можно написать “закон действующих масс”-систему “квази-химических” уравнений, определяющую все равновесные концентрации. В частности, если есть только два типа дефектов - вакансии и дивакансии, то в равновесии cV2/c2V = exp(-UVV/kT), а поскольку UVV = UV/z, то exp (-UVV/kT) = (cV0)1/2, т. е. c2V0 = (cV0)2-1/z. Как видно, дивакансий всегда много меньше, чем вакансий. Поэтому, несмотря на огромную подвижность дивакансии, их вклад в макроскопическую диффузию настолько мал, что экспериментами до сих пор надежно не обнаружен. Однако они важны при образовании и превращениях групп вакансий.
В решетке ГЦК тривакансия и все более крупные группы практически неподвижны. Поэтому если концентрация вакансий достаточно велика, чтобы дивакансия на пути к стоку столкнулась с вакансией, то далее тривакансия играет роль нового неподвижного стока неравновесных вакансий.
Так вырастают неподвижные гнезда вакансий (кластеры). Их конфигурация — взаимное расположение пустых и занятых узлов — практически не рассчитываема из-за неопределенности выбора между вариантами, когда решают малые различия в виде потенциала.
Есть две тенденции развития гнезд по мере их роста: в конце концов они превратятся либо в равноосные почти пустые поры, либо в диск вакансий одноатомной толщины. В первом случае решает минимум площади (и энергии) поверхности, во втором — понижение поверхностной энергии полости из-за взаимодействия “через слой” — на расстоянии r ~ 2b. Дальнейшие преобразования диска могут порождать дефекты упаковки и петли дислокаций.