8. Дислокации. Геометрия и типы дислокаций. Вектор Бюргерса.
Дислокации - (от ср .-век. лат. смещение), дефекты кристаллической решетки, представляющие собой линии, вдоль которых нарушено правильное чередование атомных плоскостей. Дислокации определяют т. н. структурно-чувствительные свойства кристаллов (прочность, пластичность и др.). Простейшие дислокации - краевая и винтовая, возможны смешанные дислокации. Пластическая деформация кристалла обусловлена движением дислокации. При пластической деформации дислокации интенсивно "размножаются", обусловливая дальнейшую деформацию, которая сопровождается т. н. деформационным упрочнением. Дислокации влияют также на электрические и оптические свойства кристаллов. ;
Дислокация - наиболее распространенное структурное линейное несовершенство, образующее внутри кристалла границу зоны сдвига. Дислокации возникают в процессе роста кристалла, при значительных напряжениях или больших температурных градиентах (величина изменения температуры на единицу длины вдоль распространения теплоты). Во всех этих случаях происходит пластическая деформация кристалла, которая на микроскопическом уровне означает скольжение кристаллических плоскостей друг относительно друга. Скольжение происходит по определенным плоскостям скольжения и определенным линиям скольжения. Два наиболее простейших типа дислокации - краевая и винтовая. Винтовая (ось спирали) представляет собой винтовую лестницу из атомных плоскостей. Вектор Бюргерса направлен параллельно дислокации. Краевая дислокация: в этом случае это линия, являющаяся краем "лишней" полуплоскости. Вектор Бюргерса перпендикулярен дислокации. В силу анизотропии кристалла и дискретности его структуры дислокации должны соответствовать свойствам симметрии (трансляционной или поворотной) кристаллической решетки. Есть три способа избавления от дислокаций: нагрев, приложение напряжения и ещё какой-то третий.
количественная характеристика, описывающая искажения кристаллической решётки вокруг дислокации.
Важнейшие виды линейных дефектов — краевые и винтовые дислокации. Краевая дислокация представляет собой край «лишней» полуплоскости в решётке. Вокруг дислокаций решётка упруго искажена.
Схемы краевой и винтовой дислокаций
Мерой искажения служит так называемый вектор Бюргерса. Он получается, если в реальном кристалле обойти контур, который был бы замкнутым в идеальном кристалле, заключив дислокацию "внутрь" контура. Как видно на рисунке, в реальном кристалле контур окажется незамкнутым. Вектор b, который нужен для замыкания контура, называется вектором Бюргерса.
Определение вектора Бюргерса
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 в отличие от частичных дислокаций, у которых вектор Бюргерса меньше межатомного расстояния.
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.
Внутри кристалла дислокации связаны в единую объемную сетку; в каждом узле сетки соединены три дислокации и сумма их векторов Бюргерса равна нулю.
В кристаллах содержатся дислокации разных знаков, различающиеся ориентаций векторов Бюргерса. Дислокации одного знака, расположенные в одной плоскости, отталкиваются друг от друга, а противоположных знаков — притягиваются.