פגמים בגבישים

בהנדסת חומרים, פגמים בגבישים הם הגדרה כללית לסדר לא תקין במבנה של גביש. מוצקים גבישיים הם בעלי מבנה מאוד מסודר ומובנה מבחינה אטומית. כלומר, קיימת מחזוריות במיקום היחסי של האטומים אחד ביחד לשני. קיימים סידורים מחזוריים שונים של האטומים בגביש, והמחקר שלהם נקרא קריסטלוגרפיה. עם זאת, רוב החומרים הגבישיים אינם מושלמים. כלומר, המבנה המסודר של האטומים מופרע על ידי הפרעות שונות, הנקראות פגמים. ישנם סוגים שונים של פגמים - ייתכן שיחסר אטום במבנה המחזורי, ייתכן שיוחלף אטום באחר, ייתכן שידחף אטום לאזור שבו לא אמור להיות כלל אטום, וכו'. הפגמים בגביש יכולים להיות נקודתיים, במקרה זה מדובר באטום בודד שהוחלף, נעלם או נדחף למקום שאינו מתאים לכך. הם יכולים להיות גם פגמים קוויים, כלומר פגמים אשר נפרשים לאורך קו ארוך בחומר (ולעיתים ניתן לראותם בעין בלתי מזוינת). כמו כן קיימים פגמים משטחיים, אשר נפרשים על פני משטח רחב בגביש. כאשר נוספים אטומים שלא היו מקודם, הדבר נקרא פגם חיובי. כאשר חסרים אטומים, נקרא הדבר פגם שלילי. אין הגדרה קשיחה לעד כמה "נקודתי" פגם שכזה צריך להיות, אך לרוב מדובר באטומים בודדים. פגם נקודתי הוא חוסר שלמות במבנה הגביש כגון היעדרויות במקום אחד או במספר אתרי שריג. כאמור היעדרות היא חוסר של אטום או יון במקום הטבעי שלו בגביש. סוגי הפגמים הנקודתיים הם: היעדרויות - במקרה זה חסרים אטומים במבנה המחזורי פגם חדירה - כאשר אטום נכנס בתוך המבנה המחזורי במקום שבו לא אמור להיות אטום כלל. זהו פגם נקודתי הנוצר מאטום שמתמקם בשריג באתר שאינו נקודת שריג. אטום החלפה - זהו פגם נקודתי הנוצר כאשר מוחלפים אטומים בדרך כלל בגדלים שונים. זיהומים - זהו שם אחר לאטום החלפה (למשל יסוד בלתי תואם). במקרה זה אטום אחר מחליף אטום במבנה המחזורי. פגם שוטקי (Schottky): צמד הכולל היעדרות של קטיון והיעדרות של אניון. פגם פרנקל (Frenkle): צמד הכולל היעדרות של קטיון וחדירון קטיוני. דוגמאות לפגמים נקודתיים נפוצים: תוספות פחמן לברזל - פגם חיובי (משפר הולכה חשמלית). זיהומים בנחושת (החלפות אטומים) מגדילים את ההתנגדות החשמלית. לפגמים יש השפעה חזקה על התכונות המכניות, הכימיות והפיזיקליות של החומר. למשל, יש השפעה על תכונות חשמליות (זיהומים מגדילים התנגדות חשמלית), הולכה תרמית, שינוי שקיפות וצבע לאלומינה. חשוב לחקור את הפגמים על מנת לדעת את השפעתם על תכונות החומרים ובמידת הצורך לשנות את תכונות החומרים. (למשל, תוך שינוי סוג הפגם). נקעים הם סוג של פגם קווי. אלה הפרעות קוויות שבהן חלק מן האטומים במבנה הגבישי סטו ממקומם. הנקע גורם לכך שנוצר עיוות במבנה הגבישי. נקע קצה (Edge): נוצר בגלל הוספת "חצי מישור נוסף" של אטומים לגביש. זהו מצב בו נכנסת שכבה חלקית של אטומים בתוך המבנה המחזורי וגורמת להפרעה מקומית. נקע בורגי (Screw): נוצר על ידי הזזת מישור אטומים אחד היוצר מדרגה סיבובית. נקע מעורב (Mixed): כולל בתוכו רכיב קצה ורכיב בורגי. החלקה: דפורמציה של חומר מתכתי על ידי תנועת נקעים בגביש. תנועה זו מדומה לתנועת זחל שכן יש תנועה של חוליה אחר חוליה ובאנלוגיה תנועה של מישור אחר מישור. פגמים אלה נמצאים בגבולות גרעין, כאשר המבנה המחזורי של הגביש לפתע משנה את כיוונו. למשל גבולות גרעין שהם פגם משטחי, מפרידים בין אזורים מרחביים שונים בגביש, אשר בהם מתקיים המבנה המחזורי, אך בכיוונים מרחביים שונים. אזורי המפגש נקראים גבולות גרעין. גבולות גרעין הם למעשה סדרה של נקעי קצה. חללים הם אזורים מרחביים בהם אין אטומים בכלל, ואפשר לחשוב עליהם כעל צרורות של אטומי היעדרות. כמו כן זיהומים יכולים להצטבר יחדיו וליצור פגם בעל ממדים מרחביים. מדיה וקבצים בנושא פגמים בגבישים בוויקישיתוף פגמים בגבישים, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)