Линейные дефекты

Важнейшие виды линейных несовершенств  краевые и винтовые дислокации (рис.7). Краевая дислокация в сечении представляет со­бой край «лишней» полуплоскости в решетке (рис. 7а). Вокруг дислокаций решетка упруго искажена.

а б в

Рис.7. Схемы краевой (а) и винтовой (6) дислокаций

Плотность дислокаций  это суммарная длина всех линий дисло­каций в единице объема. В полупроводниковых кристаллах она равна 10⁴  10⁵ см^-2, у отожженных металлов  10⁶  10⁸ см^-2. При холод­ном пластическом деформировании плотность дислокаций возрастает до 10¹¹  10¹² см^-2. Попытка увеличить плотность свыше 10¹² см^-2 быстро приводит к появлению трещин и разрушению металла.

Дислокации возникают при кристаллизации, плотность их большая, поэтому они значительно влияют на свойства материалов. Дислокации наряду с другими дефектами участвуют в фазовых превращениях.

Поверхностные дефекты

Наиболее важными поверхностными дефектами являются большеугловые и малоугловые границы, дефекты упаковки, границы двойников.

Поликристаллический сплав содержит огромное число мелких зерен. В соседних зернах кристаллические решетки ориентированы различно (рис.8), и грани­ца между зернами представляет собой переходный слой шириной 1 — 5 нм. В нем нарушена правильность расположения атомов, имеются скопления дислокаций, повышена концентрация примесей. Границы между зернами называются большеугловыми, так как соответственные кристаллографи­ческие направления в соседних зернах образуют углы в десятки градусов (рис. 8а).

Каждое зерно, в свою очередь, состоит из субзерен (блоков). Субзер­но представляет собой часть кристалла относительно правильного стро­ения, а его границы — стенки дислокаций, которые разделяют зерно на отдельные субзерна (см. рис.8б). Угол взаимной разориентации меж­ду соседними субзернами невелик (не более 5°), поэтому такие границы называются малоугловыми. На малоугловых границах также скаплива­ются примеси.

Дефект упаковки представляет собой часть атомной плоскости, огра­ниченную дислокациями, в пределах которой нарушен нормальный по­рядок чередования атомных слоев. Например, в сплавах с ГЦК решет­кой чередуются плотноупакованные слои АВСАВСАВ..., а при про­хождении через дефект упаковки слои чередуются в последовательности АВСВСАВС...

Рис.8. Схемы строения большеугловых (а) малоугловых (б) границ.

Чередование слоев ВСВС ... типично для кристаллов с ГП решеткой, и, таким образом, дефект упаковки представляет собой как бы тонкую пластинку с ГП решеткой в ГЦК решетке.

Поверхностные дефекты влияют на механические и физические свойства материалов. Особенно большое значение имеют границы зерен. Пре­дел текучести _Т связан с размером зерен d зависимостью _т = ₀ + kd^-1/2, где ₀ и k — постоянные для данного материала. Чем мельче зерно, тем выше предел текучести, вязкость и меньше опасность хрупкого разруше­ния. Аналогично, но более слабо влияет на механические свойства размер субзерен.

Вдоль границ зерен и субзерен быстро протекает диффузия (во много раз быстрее, чем сквозь кристалл), особенно при нагреве. Взаимодействие между дефектами, перемещение их в кристаллах, изменение концентрации дефектов — все это отражается на свойствах и имеет большое практиче­ское значение.

9