5. Дислокации

5.1. Понятие дислокации

Представим себе кристалл в виде параллелепипеда, верхняя часть которого сдвинута относительно нижней на одно межатомное расстояние, причем зафиксировано положение, когда сдвиг охватил не всю поверхность скольжения от правой грани до левой, а лишь часть этой плоскости (см. рис. 25).

АВСD - участок плоскости скольжения, в котором произошел сдвиг, АВ - граница этого участка. На поперечном разрезе параллелепипеда видно, что в результате сдвига под плоскостью сдвига содержится n вертикальных

атомных плоскостей ( 8 ), а над плоскостью сдвига n+1 вертикальных

атомных плоскостей ( 9 ). Лишнюю неполную атомную плоскость называют экстраплоскостью. Экстраплоскость действует, как клин, изгибая решетку

вокруг своего нижнего края.

Искажение решетки является не точечным, а линейным, оно распростра-

нено вдоль всей линии АВ. Такие линейные несовершенства решетки называются дислокациями. Над дислокацией атомы в кристалле уплотнены, а под ней - раздвинуты. Атом на самой кромке экстраплоскости имеет меньше соседей, чем другие атомы.

2. Механизм перемещения дислокации

Выше говорилось о том, что значительное (на несколько порядков) расхождение теоретического и экспериментального усилий сдвига атомных плоскостей можно объяснить только тем, что не все атомы, лежащие в плоскости сдвига, сдвигаются одновременно. Очевидно, сдвиг происходит последовательно от атома к атому и в этом случае усилие сдвига должно быть меньше, чем при одновременном сдвиге всех атомов. Для понимания этого процесса рассмотрим модель движения гусеницы (см. рис. 26) и модель перемещения ковра (см. рис. 27) [5].

Гусеница перемещается не путем подъема всех лапок одновременно и перескока на шаг ( это потребовало бы от нее большого усилия ), а путем последовательного подъема одной пары лапок и перестановки их в новое место. Когда все лапки последовательно выполнят эту операцию, гусеница переместится на шаг, и такой режим движения требует от нее значительно меньших усилий.

Точно так же происходит перемещение ковра по полу в случае прокатывания на нем складки. Это требует значительно меньших усилий, чем если бы мы тащили ковер целиком.

Возвращаясь к дислокации, можно представить, что экстраплоскость перемещается по плоскости скольжения от одного края кристалла к другому, и когда она выйдет на его свободную поверхность, верхняя часть кристалла сместится относительно нижней на одно межатомное расстояние «в», (см. рис. 28).

Такое представление о механизме сдвиговой деформации, как скольжение дислокаций, приводит в соответствие теорию и эксперимент в части необходимых напряжений для относительного сдвига атомных плоскостей.

Рассмотрим механизм перемещения дислокации на атомном уровне, ( рис. 29 ).

Как известно, силы взаимодействия атомов зависят от расстояния. В зоне дислокации расстояния атомов 3 и 4 от краевого атома 1 экстраплоскости 1-1¹ увеличены и связи между этими атомами утрачены. Под действием сдвигающей силы Р смещение плоскостей приводит к уменьшению расстояния 1-4 и увеличению расстояния 2-4, в результате чего связь между атомами 1 и 4 восстанавливается, а между атомами 2 и 4 обрывается. Дислокация перемещается на одно мажатомное расстояние.

В полной аналогии с моделью гусеницы общее перемещение атомной плоскости происходит путем последовательного перемещения дислокации – аналога лапки гусеницы. Движение дислокации – это процесс последовательного разрыва и восстановления связей кристаллической решетки. Пробег дислокации от одной границы кристалла до другой есть элементарный акт деформации кристалла на одно межатомное расстояние. Из совокупности пробегов дислокаций складывается общая деформация кристаллического тела.