Дислокації

Особливе місце серед дефектів кристалічної ґратки займають дислокації, під якими розуміють порушення правильного порядку в розміщенні атомів у кристалі вздовж деяких ліній. Тобто на відміну від точкових дефектів, які порушують ближній порядок, дислокації порушують дальній порядок в кристалі, спотворюючи всю його структуру. Саме тому дислокації відіграють найбільш важливу роль у механічних властивостях твердих тіл.

Д ислокації поділяються на крайові і гвинтові. Крайова дислокація виникає в кристалічній гратці за наявності в ній додаткової неповної атомної площини (рис. 7, область в колі) і поширюється вздовж лінії, яка перпендикулярна до площини рисунка.

Рисунок 7 Рисунок 8

Гвинтова дислокація виникає внаслідок зміщення атомів в одній частині кристалу відносно іншої. Її можна уявити собі, якщо „розрізати” ґратку вдовж півплощини і зсунути частини ґратки на один період паралельно краю розрізу. Цей край називається лінією гвинтової дислокації. Навколо лінії дислокації утворюється гвинтова похила площина (рис. 8).

Характерна особливість крайової дислокації - це те, що вона може переміщатись у кристалі (рис. 9). Рух дислокацій приводить до ковзання атомних площин. Коли крайова дислокація переміщується не в напрямку площини ковзання, а перпендикулярно до неї, то такий рух називається переповзанням.

Рисунок 9

Кількісними характеристиками дислокацій є їх густина і вектор Бюргерса. Під густиною дислокацій розуміють кількість дислокаційних ліній, які припадають на одиницю площі поверхні кристала.

Для визначення виду дислокації використовують метод Бюргерса. Назвемо контуром Бюргерса контур, складений із основних векторів трансляції ґратки так, щоб він замикався в ідеальному кристалі. В дефектному кристалі при обході навколо лінії дислокації контур Бюргерса виявиться розімкнутим. Вектор, який з’єднує його кінцеву точку з початковою, називається Вектором Бюргерса. На рис. 10 представлено приклад побудови вектора Бюргерса. Будемо досліджувати область кристала, яка перебуває на значній відстані від лінії дислокації. Точку А виберемо за початкову і зробимо обхід в напрямку ABCDA, причому AB = BC = CD = DA. Як бачимо, ми знову прийшли в точку А. Зовсім інша картина буде спостерігатись, коли обхід буде здійснено навколо лінії дислокації. Тут також EF = FZ = ZK = KM. Але початкова точка Е і кінцева М при цьому не суміщаються. Вектор ME – вектор Бюргерса.

Вектор Бюргерса є сталим вздовж усієї лінії дислокації і не змінюється при її переміщенні. У випадку крайової дислокації він перпендикулярний, а у випадку гвинтової – паралельний лінії дислокації.

Рисунок 10

На сьогоднішній день розроблено багато методів прямого спостереження дислокацій. Найбільшого поширення набув метод травлення. Суть його полягає у тому, що кристал поміщають в певне середовище, наприклад розплав, розчин або газоподібний хімічний реагент. При цьому в місцях виходу дислокацій на поверхні з'являються ямки травлення. Дислокації у тонких фольгах спостерігаються за допомогою просвічуючої електронної мікроскопії. Значного поширення набув також рентгенівський метод.

Рисунок 11 Рисунок 12

В реальних кристалічних тілах наявні й інші дефекти. Це, зокрема, двійники (рис. 11) і дефекти упаковки. Нехай у шарі, який ми приймаємо за початковий, атоми займають положення А (рис. 12). Атоми наступного шару можуть займати положення В або С і так далі від шару до шару. Якщо розміщення шарів буде за типом АВСАВСАВС..., то утворюється структура з граткою гранецентрованого куба, а при упаковці АВАВАВ...- гексагональна щільноупакована структура. Таке розміщення атомів у реальних структурах може порушуватись. Наприклад, у випадку гранецентрованої кубічної структури шари можуть формуватись за типом АВСАВСВАСВА.... Послідовність упаковки шарів порушується в області ВСВ. Цю область і називають дефектом упаковки.