2.6. Взаимодействие и размножение дислокаций

На рис. 2.11 показаны краевые дислокации разного знака в одной и той же плоскости скольжения. При сближении такие дислокации могут взаимно уничтожаться (аннигилировать). Такие дислокации притягиваются друг к другу (энергия взаимодействия отрицательна). В случае одного знака дислокации отталкиваются (энергия взаимодействия положительна).

Более сложный характер имеет взаимодействие между дислокациями, расположенными в параллельных плоскостях скольжения (рис.2.12). Как видно из рисунка, для таких дислокаций существуют два положения равновесия (энергия равна нулю), однако из них устойчивым является только одно, когда дислокации выстраиваются друг под другом . Из этого следует, что для хаотически расположенных дислокаций одного знака оказывается выгодной конфигурация дислокационной стенки (рис.2.13).

Как уже упоминалось, многие свойства материалов зависят от плотности дислокаций. В металлах она обычно не менее 10⁶+10⁸см^-2, в полупроводниках - заметно меньше, 10²+10⁴ см^-2. Однако при деформации плотность дислокаций сильно возрастает, достигая 10¹⁰+10¹² см^-2 для металлических кристаллов и 10⁶+10⁸ см^-2 для полупроводников.

Это возрастание происходит за счет некоторых механизмов размножения дислокаций, главным из которых является источник Франка-Рида. Принцип его работы можно понять из рис.2.14, он образуется закрепленным на концах отрезком дислокации длиной . Если на этот отрезок действует напряжение , то дислокация будет выгибаться, как показано на рисунке. На определенной стадии развития этого процесса два участка противоположного знака, сближаясь позади источника, взаимно уничтожаются. В результате получится замкнутая дислокационная петля, которая может свободно расширяться, и исходный дислокационный отрезок. Далее процесс может повторяться и давать неограниченное число дислокационных петель при условии, что действующее напряжение не уменьшится ниже критического значения:

. (2.22)

При наличии каких-либо препятствий последовательность образованных таким путем дислокационных петель одного знака, скапливаясь перед препятствием и взаимно отталкиваясь, создает силу, направленную против действующего напряжения, что, в конечном счете, может привести к уменьшению эффективного значения ниже критического и, тем самым, заблокировать дальнейшую работу источника.

2.7. Поверхностные дефекты. Малоугловая граница

Простейшим примером поверхностного двумерного дефекта является малоугловая дислокационная граница наклона. Фактически это – дислокационная стенка, схема которой показана на рис. 2.13.

Кристаллы (субзерна) с обеих сторон границы повернуты относительно плоскости границы и отличаются по ориентации решетки на угол . Такая граница есть набор параллельных равноотстоящих краевых дислокаций с вектором Бюргерса . Если расстояние между ними , то

(2.23) и для малых

. (2.24)

Взаимодействие между дислокациями в границе и силовое поле границы описываются в рамках теории упругости до тех пор, пока расстояние между дислокациями много больше размера ядра отдельной дислокации. В случае, когда мало, а велико (например, ), подобное описание теряет смысл, Граница в этом случае называется большеугловой; ее строение будет рассмотрено ниже.

Кроме малоугловой границы, составленной из краевых дислокаций, возможна конфигурация из винтовых дислокаций – граница кручения.