2.8. Дефекты упаковки

Как указывалось в главе 1, совершенную решетку можно представить в виде пачки идентичных атомных слоев, уложенных в определенной последовательности. Оказывается, что в реальных материалах возможно нарушение правильной последовательности чередования слоев упаковки атомов. В результате образуется своеобразный дефект, называемый дефектом упаковки.

Схематически дефекты упаковки для ГЦК и ГПУ-решеток можно представить в виде

ГЦК – АВС АВС АС АВС АВС ...

ГПУ – АВ АВ АВ АВС АС АС ...

Такое нарушение последовательности упаковки слоев может получиться, например, при облучении, если в правильной решетке удалить часть слоя атомов или, наоборот, вставить часть нового слоя между двумя исходными (рис.2.15).

В первом случае (рис.2.15а) конфигурация атомных плоскостей соответствует образованию вакансионного диска плоского скопления вакансий. Во втором случае (рис.2.15б) конфигурация соответствует межузельному диску – плоскому скоплению внедренных атомов. Очевидно, что контур скоплений обоего типа представляет собой дислокационную петлю.

В области дефекта упаковки сохраняются расстояния между атомами и количество ближайших соседей, поэтому не возникает изменения (увеличения) упругой энергии кристалла. Однако электронный газ “чувствует” изменение последовательности слоев. Поэтому с дефектом упаковки все-таки связана некоторая избыточная энергия. Энергия дефекта упаковки зависит от энергии электронов в кристалле и является важным параметром состояния химической связи в материале.

2.9. Расщепленные дислокации

Скользящая дислокация перемещает плотноупакованный слой в плоскости скольжения (а с ним и все слои выше него) как одно целое на величину вектора Бюргерса , что соответствует сдвигу в идентичное кристаллографическое положение, например, сдвиг в слое типа , однако, возможна ситуация, когда сдвиг происходит в два этапа . В этом случае в области 1 реализован сдвиг , и последовательность укладки слоев правильная.

В области 2 атомы из положения смещены в положение , также устойчивое. Это – область дефекта упаковки. В области 3 атомы снова в положении , и там правильная упаковка.

Область дефекта упаковки 2 ограничивают дислокации, реализующие сдвиги и , которые называются частичными дислокациями. Их векторы Бюргерса не являются полными трансляциями решетки, но в сумме составляют вектор Бюргерса полной дислокации, представляющий собой вектор трансляции решетки:

(2.25)

Таким образом, частичная дислокация всегда окаймляет дефект упаковки. Это может быть лента дефектов упаковки с двумя частичными дислокациями по краям (такая конфигурация называется расщепленной дислокацией) или дислокационная петля с дефектом упаковки внутри (такие петли часто образуются при облучении).

Равновесная ширина ленты дефекта упаковки определяется упругим расталкиванием частичных дислокаций, с одной стороны, и стягиванием дефекта упаковки. Т.к. на единицу площади дефекта упаковки приходится некоторая избыточная энергия то она играет роль поверхностного натяжения. Отсюда равновесная ширина расщепления дислокации:

. (2.26)