К атомным дефектам относятся: вакансия – отсутствие атома или иона в узле кристаллической решетки (дефект Шотки, рис. 1.7, а); междоузельный атом (дефект Френкеля, рис. 1.7, б), т. е. атом того же сорта, что и атомы, составляющие решетку, но находящийся между узлами решетки, примесный или чужеродный атом, который, как правило, содержится даже в самых чистых материалах.
а |
б |
|
Рис. 1.7. Дефекты кристаллической |
|
|
решетки: а – Шотки и б – Френкеля |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
К одномерным линейным дефектам кристаллического строения относятся дислокации (смещения). Если в кристаллической решетке (в процессе роста кристалла, при пластической деформации и др.) возникла лишняя полуплоскость атомов - экстраплоскость (1 на рис. 1. 9), то край ее образует несовершенство (линейный дефект) решетки, которое называется краевой дислокацией.
Краевая дислокация обозначается символом «┴» или « ». Горизонтальная риска указывает на плоскость
скольжения, а вертикальная – с какой стороны этой плоскости находится экстраплоскость.
Дислокацию характеризует вектор Бюргерса b, указывающий направление скольжения атомных плоскостей, в процессе которого возникает такой дефект.
(Иоханнес Мартинус Бюргерс, 1895 -1981, нидерландский физик )
21
Краевая дислокация ОО/, возникшая в результате сдвига
Рис. 1.8
22
•Мерой искажения служит вектор Бюргерса b . Он получается, если в реальном кристалле обойти контур, который был бы замкнутым в идеальном кристалле (например, в примитивном кристалле кубической сингонии это контур «n связей вверх, m связей вправо, n связей вниз, m связей влево»), заключив дислокацию «внутрь» контура. Как видно на рисунке, в реальном кристалле контур окажется незамкнутым. Вектор b, который нужен для замыкания контура, называется вектором
Бюргерса.
•Этот контур называется контуром Бюргерса.
23
b 1
b
Рис.1.9. Краевая дислокация. Винтовая дислокация -
дисклинация
24
•Еще одним типом линейных дефектов являются винтовые дислокации. Бюргерсом было дано представление о винтовой дислокации. Пусть в кристалле произведен
такой сдвиг, при котором линия дислокации ОО/ (рис. 1.10, а), отделяющая область, где он произошел, от области, где сдвига нет, параллельна вектору сдвига. Такая дислокация названа винтовой (рис. 1.10, б).
•В литературе винтовую дислокацию часто называют дисклинацией.
•Таким образом, и винтовая, и краевая дислокации − это граница между сдвинутой и несдвинутой частями кристалла (область незавершенного сдвига) или нарушение правильности структуры вдоль некоторой линии, которая не может оборваться внутри
кристалла. |
25 |
Винтовая дислокация
Рис. 1.10
26
Смешанная дислокация
•Возможен случай, когда дислокация представляет собой кривую. Такие дислокации называются смешанными (рис. 1.11). В точке О дислокация винтовая, а в точке О/ − краевая.
Рис. 1.11 |
27 |
•Величина и направление вектора не зависят от размеров контура Бюргерса и выбора точки начала контура, а полностью определяются видом дислокации. У краевой дислокации вектор Бюргерса равен межатомному расстоянию и перпендикулярен дислокационной линии, у винтовой дислокации — параллелен ей.
•Полные дислокации легко перемещаются под действием напряжений.
•Скачок вектора Бюргерса в некоторой точке означает, что дислокация ветвится. Если точек ветвления нет, то вектор Бюргерса остаётся неизменным вдоль всей длины дислокации, поэтому дислокация не может начинаться или
обрываться внутри кристалла. Линия дислокации должна либо выходить на поверхность кристалла, либо разветвляться на другие дислокации, либо образовывать внутри кристалла замкнутые петли или взаимосвязанную сетку. Именно последняя возможность чаще всего реализуется в кристаллах.
• В кристаллах содержатся дислокации разных знаков, различающиеся направлением векторов Бюргерса. Дислокации одного знака, расположенные в одной плоскости, отталкиваются друг от друга, а противоположных знаков —
притягиваются.
28
•Аппарат теории дисклинаций используют для описания состояния решетки вблизи границ зерен или блоков, так как в континуальном приближении существование в кристалле ограниченных внутренних поверхностей раздела эквивалентно присутствию там несовершенных дисклинаций. Дисклинации (точнее, дисклинационные петли) существенны с точки зрения молекулярного строения и механического поведения полимеров.
Дисклинации являются важным элементом биологических структур в мембранной биологии.
Наблюдались дисклинационные структуры и в мышцах насекомых. Процессы сокращения мышц существенно связаны с движением дисклинаций. Идея дисклинаций применяется для анализа самых разнообразных явлений в широком классе физических и биологических объектов.
29