4.3.2. Винтовая дислокация

Лекция № 6 от 28.10.2011

Винтовая дислокация в кристалле также возникает при сдвиге одной части кристалла относительно другой, но, в отличие от краевой дислокации, линия винтовой дислокации параллельна вектору сдвига.

Можно представить, что в кристалле произведён разрез (рис. а), а затем сдвиг вдоль плоскости разреза (рис. б). Линия BC, отделяющая сдвинутую часть от не сдвинутой, и есть линия винтовой дислокации. Кристалл, содержащий винтовую дислокацию, состоит не из параллельных атомных плоскостей, а как бы из одной атомной плоскости, закрученной как винтовая лестница. Ось этого винта – BC – есть линия винтовой дислокации.

Винтовые дислокации бывают правые и левые, причём направление вращения играет ту же роль, что и знак у краевых дислокаций. Две правые и две левые винтовые дислокации отталкиваются, а правая и левая – притягиваются.

Вывод: и винтовая, и краевая дислокации – границы между сдвинутой и не сдвинутой частями кристалла, причём краевая дислокация перпендикулярна вектору сдвига, а винтовая – параллельна ему. Линия дислокации не может кончаться внутри кристалла – она должна либо выходить на поверхность, либо разветвляться на другие дислокации, либо образовывать внутри кристалла замкнутую петлю.

4.3.3. Подвижность дислокаций

Характерной особенностью дислокаций является их подвижность. Под действием внешних сил дислокация может перемещаться внутри кристалла.

Пусть под действием внешней силы в кристалле произошёл сдвиг, и границей области сдвига является краевая дислокация (рис.а). Для того, чтобы этот сдвиг распространился дальше и дислокации передвинулись в плоскости скольжения на одно межплоскостное расстояние достаточно, чтобы разорвалась связь по одной соседней области. Тогда дислокация переместится на одно межатомное расстояние (рис.б), при этом целостность плоскости, которая была оборвана, восстанавливается, а соседняя плоскость становится оборванной и так далее. Когда скользящая краевая дислокация пересекает весь кристалл и выходит на его поверхность, верхняя половина кристалла оказывается сдвинутой относительно нижней на одно межплоскостное расстояние так, что на одной боковой поверхности кристалла образуется ступенька, а на всём пути, где прошла дисслокация, восстанавливается целостность решётки (рис.в).

NB: Плоскость, в которой движется краевая дислокация, называется плоскостью скольжения, а направление вектора сдвига определяет направление скольжение

4.4. Контур и вектор Бюргерса

Рисунок: Контур Бюргерса в реальном (а) и исходном идеальном кристалле (б).

Проведём в решётке замкнутый контур Бюргерса вокруг плоскости, не содержащего линии дислокации. Второй такой же контур Бюргерса построим в такой же области решётки, но так, чтобы внутри была дислокация, как на рисунке б). Контуры строятся таким образом, чтобы у них были одинаковые направления обхода и число шагов. На рисунке а) проведён путь 1-2, равный 5 шагам. Путь 2-3, равный 4-м шагам, 3-В равный 4-м шагам, А-1 – 4-м шагам. Контур замкнут. На рисунке б): если 3-В равно 4-м шагам, то контур не замкнут. Чтобы его замкнуть, нужно сделать ещё один шаг – В-А.

Вектор , замыкающий разрыв контура, называется вектором Бюргерса . Вектор Бюргерса – мера искажения решётки, обусловленная присутствием дислокации. Аналогично для винтовой дислокации. Для краевой дислокации виктор – межплоскостное расстояние оборванной плоскости, для винтовой – шаг винта в направлении оси дислокации.

Если движение дислокации не сопровождается переносом массы, то это консервативное движение или скольжение. Если происходит массоперенос, например когда движение краевой дислокации происходит не в плоскости скольжения, а происходит переползание дислокации ниже этой плоскости, например, к краю оборванной полуплоскости подойдут лишние внедрённые атомы из объёма кристалла, и дислокации ползут ниже, то такое движение называется переползанием.