1.3.2. Линейные дефекты

К линейным дефектам в кристаллах относятся дислокации, представляющие собой линейные искажения типа обрыва или сдвига атомных слоев, нарушающие правильность их чередования. Поперечные размеры линейного дефекта не превышают одного или нескольких межатомных расстояний, а длина может достигать размеров кристалла. Понятие о дислокации введено в 40-е годы XX века Френкелем и Тейлором для объяснения механизма процесса пластической деформации.

К раевая дислокация. Простой способ введения дислокаций в кристалл – сдвиг. Однако он требует больших энергетических затрат. На рис. 1.16 показано положение, когда сдвиг произошел не по всей плоскости скольжения, а только на одно межатомное расстояние. На n вертикальных атомных плоскостей, расположенных ниже плоскости скольжения, приходится (n–1) плоскость выше плоскости скольжения. Одна вертикальная плоскость из верхней половины не имеет продолжения в нижней половине. Неполная атомная плоскость – экстраплоскость. Если полуплоскость находится в верхней части кристалла, дислокацию называют положительной и обозначают (), в нижней части − отрицательной ( ). Линия OO', вдоль которой обрывается внутри кристалла «лишняя» полуплоскость, – линия краевой дислокации. Наибольшие искажения в расположении атомов имеют место вблизи нижнего края экстраплоскости. Область несовершенства кристалла вокруг края экстраплоскости называется краевой дислокацией. Дислокация не обрывается внутри кристалла, может выйти на поверхность, замкнуться сама на себя, образуя петлю, разветвиться на две дислокации.

В интовая дислокация. В кристалле сделан надрез по ABCD и произведен сдвиг одной части относительно другой вниз на одно межатомное расстояние (рис. 1.17,а). Верхняя атомная плоскость изогнута. Также деформируются вторая, третья и следующие атомные плоскости. Параллельность атомных слоев нарушается, кристалл превращается в плоскость, закрученную по винту.

Для оценки величины искажений кристаллической решетки вблизи дислокации служит вектор Бюргерса. Упругая энергия вокруг дислокации пропорциональна квадрату вектора. Чтобы найти вектор Бюргерса, надо построить вокруг дислокации замкнутый контур, и такой же контур на участке кристалла с идеальной решеткой. Протяженность сторон контура выбирается произвольно. Построение можно начинать из произвольной точки в любом направлении.

Д ля построения замкнутого контура вокруг краевой дислокации требуется определенное количество шагов (рис. 1.18). Контур ABCD вокруг краевой дислокации  содержит: по вертикали 4 параметра решетки, по горизонтали – над дислокацией 4 параметра, под ней – 3. Очевидно, что при построении контура в идеальном кристалле для его замыкания требуется еще один шаг. Отрезок АЕ, по модулю равный параметру решетки, принято считать вектором Бюргерса. Он перпендикулярен линии дислокации.

Дислокация является границей пластического сдвига в кристалле, поэтому вектор Бюргерса представляет собой вектор сдвига. В любом случае вектор Бюргерса перпендикулярен линии краевой дислокации. В 1939 г. Дж. Бюргерс предложил геометрический образ винтовой дислокации, вектор сдвига которой параллелен линии дислокации (рис. 1.19).