Kristaldefecten

Kristaldefecten zijn afwijkingen van de perfecte kristallijne orde in kristallijne materialen, zoals metalen, halfgeleiders en keramiek. Ze ontstaan tijdens kristallisatie, plastische vervorming, diffusie en blootstelling aan straling. Defecten kunnen lokaal voorkomen of zich over grotere delen van het materiaal verspreiden en zo de materiaaleigenschappen veranderen.

Defecten worden doorgaans onderverdeeld in punt-, lijn- en vlakdefecten. Puntdefecten omvatten vacancies (ontbrekende atomen), interstitiele atomen (onbedoelde atomen op tussenposities) en substitutie-defecten (onzureerde atomen die een lattice-positie innemen). Lijndefecten bestaan uit dislocaties, zoals rand- en schroefdislocaties, die een verplaatsing van het rooster mogelijk maken. Vlakdefecten omvatten korrelgrenzen, stapelingsfouten en andere planare defecten die de oriëntatie tussen aangrenzende kristalpartijen bepalen.

Oorsprong en beweging: defecten ontstaan bij kristalgroei, tijdens thermische verwering en onder mechanische belasting, door diffusie van atomen of door radiatieve straling. Dislocaties kunnen onder belasting bewegen en zo plastische vervorming veroorzaken; korrelgrenzen kunnen migreren en dragen bij aan veranderingen in korrelgrootte en sterkte.

Invloed op eigenschappen: kristaldefecten bepalen mechanische eigenschappen zoals sterkte, hardheid en ductiliteit, en beïnvloeden diffusie, elektrische geleidbaarheid en optische eigenschappen. Doping in halfgeleiders berust op gecontroleerde puntdefecten en stacking faults kunnen de elektrische kenmerken van materialen veranderen.

Observatie en toepassingen: defecten worden bestudeerd met technieken als röntgendiffractie (XRD), transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), scanning-elektronenmicroscopie (SEM) en atomprobe-tomografie (APT). Het beheer van defecten is van cruciaal belang in legeringsveredeling, verhardingsprocessen en in de fabricage van halfgeleiders.