Линейные дефекты (дислокации )

Цель:ознакомление с линейными дефектами

1.Понятие о дислокациях,виды дислокаций.Краевые дислокации,образование краевой дислокации в результате сдвига.

2.Линии дислокации. Ядро дислокации.Винтовая дислокация,ее особенности.

3.Вектор Бюргерса,его величина и направление. Движение дислокаций.

Ключевые слова: дислокации, вектор Бюргерса, винтовая дислокация, экстраплоскость, искажения, плотность дислокаций, атомная плоскость.

Понятие о дислокациях,виды дислокаций.Краевые дислокации,образование краевой дислокации в результате сдвига.

Линейный дефект – это нарушение правильности структуры вдоль линии (не обязательно прямой). К нестабильным, неустойчивым линейным дефектам относятся цепочки точечных дефектов – вакансий или межузельных атомов ; эти дефекты длительно существовать не могут. Устойчивыми, стабильными в кристалле являются дислокации, представляющие собой специфические линейные дефекты, нарушающие правильное чередование атомных плоскостей. В отличие от точечных дефектов, нарушающих ближний порядок, дислокации нарушают дальний порядок в кристалле, искажая всю его структуру.

Возможны два предельных вида дислокаций- краевая дислокация и винтовая дислокация. Любая конкретная дислокация представляет собой сочетание этих двух видов. Кристалл с правильной решеткой можно изобразить в виде семейства параллельных атомных плоскостей (рис. 18,а) если одна из плоскостей обрывается внутри кристалла (рис.18,б) , ее край образует краевую дислокацию. На рис. 18,в представлен другой тип дислокации – винтовая дислокация. Здесь ни одна из атомных плоскостей не оканчивается внутри кристалла, но сами плоскости лишь приблизительно параллельны и смыкаются друг с другом так, что фактически кристалл состоит из единственной винтообразно изогнутой атомной плоскости.

Рис.6.1. Расположение атомных плоскостей в совершенном кристалле (а), в области краевой(б) и винтовой (в) дислокации.

Краевая дислокация возникает в результате обрыва атомной плоскости, называмой экстраплоскостью, внутри она может быть образована сдвигом одной части кристалла относительно другой в направлении вектора сдвига τ (рис.19) на одно межатомное расстояние. Экстраплотность действует как клин, создавая сильное искажение кристаллической решетки вокруг своего нижнего края внутри кристалла. Верхний слой кристалла сжат, а нижний растянут, т.е. выше края экстраплоскости межатомные расстояния меньше, а нижние края – больше, чем в неискаженной решетке.

Область несовершенства кристалла вокруг края экстраплоскости называется краевой дислокацией, ее длина обычно – 10^-7 - 10^-5 нм. Краевая дислокация имеет и другое определение – линейное несовершенство, образующее внутри кристалла границу зоны сдвига.

Важнейшая характерная особенность всех дислокаций состоит в том, что сильные искажения сосредоточены в непосредственной близости от дислокационной линии.Однако уже на расстоянии нескольких атомных радиусов в сторону от центра

Рис. 6.2 Краевая и винтовая дислокации.

искажение настолько малы, что кристалл в этом месте имеет почти совершенную структуру. Область вблизи дислокационной линии, где искажения чрезвычайно велики, называется ядром дислокации.

Краевые дислокации условно подразделяют на положительные и отрицательные. Положительная дислокация 1 соответствует случаю, когда экстраплоскость находится сверху, отрицательная дислокация – экстраплоскость внизу. Силы упругого ызаимодействия между дислокациями зависят от знака дислокации: одноименные дислокации отталкиваются, разноименные притягиваются и аннигилируют (уничтожаются) при скольжении в одной плоскости.

Линии дислокации. Ядро дислокации.Винтовая дислокация,ее особенности.

Винтовая дислокация возникает в кристалле тоже при сдвиге одной части кристалла относительно другой. Образовавшаяся при таком сдвиге ступенька не проходит через всю ширину кристалла. Линия, отделяющая сдвинутую часть кристалла от несдвинутой и есть линия винтовой дислокации. Так же как и для краевой дислокации, в случае винтовой дислокации искажения решетки сосредоточены вблизи линии дислокации в узкой области диаметором в несколько междуатомных слоев (см. Рис.19). Происхождение названия винтовой дислокации легко понять из рис. 18,в, перемещение от атома к атомам , лежащим в области дислокации, происходит по винтовой линии.

Винтовая дислокация, как и резьба винта, может быть правой и левой. Правую дислокацию нельзя превратить в левую простым переворачиванием кристалла, как это можно сделать для превращения положительной краевой дислокации в отрицательную. Направление вращения у винтовых дислокаций играет одну и ту же роль, что и знак у краевых дислокации; две правые и две левые дислокации взаимно отталкиваются , правая и левая – притягиваются.

Из сравнения (см.рис.19) видно, что линейная дислокация перпендикулярна вектору сдвига τ, а винтовая дислокация параллельна ему.

В общем случае дислокация представляет собой приозвольную пространственную кривую. Так как граница зоны сдвига всегда является замкнутой линией, часть этой границы может проходить по внешней поверхности кристалла. Поэтому дислокация, представляющая сосбой границу незавершенного сдвига, не может закончиться внутри кристалла. Она должна либо выходить на поверхность кристалла, либо разветвляться на другие дислокации , либо образовывать внутри кристалла замкнутые петли.

Основное различие между двумя типами дислокации- краевой и винтовой – состоит в том, что винтовая дислокация может перемещаться (скользить) по ряду перпендикулярных плоскостей, осуществляя поперечное скольжение, тогда как краевая- только по одной плоскости, в которой она находится. Для переползания краевой дислокации из одной плоскости скольжения в другую необходимо диффузия к экстраплоскости атомов или вакансии. При этом будет происходит движение краевой дислокации направлении, перпендикулярном данной плоскости скольжения ( вниз или вверх).

Дислокации обладают высокой подвижностью, под действием внешних приложенных напряжений способны к направленным перемещениям и вследствие этого вносят основной вклад в пластическую деформацию кристаллов . Скольжение дислокации, а, следовательно, и пластическая деформация кристалла, происходит без переноса массы. Действительно, для того, чтобы , напимер, краевая дислокация передвинулась на одно межатомное расстояние плоскости скольжения, достаточно разрыв связей у сосединей плоскости и восстановления связей у экстраплоскости. При этом дислокация переместиться на одно межатомное расстояние (рис.20) влево. Экстраплоскость никуда не перемещается, а как бы передает «эстафету» соседней плоскости и линия дислокации перемещается в плоскости скольжения «по эстафете». При выходе скользящей дислокации на поверхность кристалла целостность решетки восстанавливается , а на поверхности кристалла образуется ступенька шириной в одно межатомное расстояние.

Рис. 6.3 Схема скольжения краевой дислокации.