Дислокації крайові та гвинтові

Лінійний дефект – порушення правильності структури уздовжлінії (не обов`язково прямій). До нестабільних, нестійких лінійних дефектів кристала відносяться ланцюжки точкових дефектів - вакансій або міжвузлових атомів; ці дефекти довго існувати не можуть. Стійкими, стабільнимиу кристалахвиявляються дислокації, що являють собою специфічні лінійні дефекти, які порушують правильне чергуванняатомних площин. На відміну від точкових дефектів, які порушують лише близький порядок в розташуванні атомів або іонів в гратці кристала, дислокації порушують дальній порядок, спотворюючи усю його структуру.

Можливі два граничних види дислокацій – крайова дислокація та гвинтова дислокація. Будь-яка конкретна дислокація являє собою сполучення цих двох видів. Кристал з правильною граткою можливо зобразити у вигляді сімейства паралельних атомних площин (рис.3.8,а). Якщо одна

Рис.3.8. Розташування атомних площин у досконалому кристалі (а), в області крайової (б) і гвинтової (в) дислокацій

із площин обривається всередині кристала (рис.3.8, б), то її край утворює крайову дислокацію. На рис.3.8,в наведений інший тип дислокації - гвинтова дислокація. Тут жодна з атомних площин не закінчується всередині кристала, але самі площини лише приблизно паралельні та стикаються одна з одною так, що фактично кристал складається із однієї гвинтоподібної зігнутої площини.

Крайова дислокація виникає внаслідок обриву атомної площини, яка називається екстраплощиною, всередині вона може бути утворена зсувом однієї частини кристала відносно іншої в напрямку вектора зсуву (рис.3.9) на одну міжатомну відстань. Екстраплощина діє як клин, який утворює викривлення кристалічної гратки навколо свого нижнього краю всередині кристала. Верхній шар кристала стиснутий, а нижній - розтягнутий, тобто вище краю екстраплощини міжатомні відстані менші, а нижче краю – більші, ніж у не викривленій гратці. Область недосконалості кристала навколо краю екстраплощининазивається крайовою дислокацією, її довжина зазвичай

10^-7-10^-5м. Крайова дислокація має і інше визначення – лінійна недосконалість, яка утворює всередині кристала границю зони зсуву.

Найважливіша характерна особливість усіх дислокацій полягає в тому, що сильні викривлення зосереджені у безпосередній близькості до дислокаційної лінії. Проте, вже на відстані декількох атомних радіусів вбік від центра викривлення настільки малі, що кристал в цьому місці має майже досконалу гратку. Область поблизу дислокаційної лінії, де викривлення дуже великі, називається ядром дислокації.

Крайові дислокації умовно поділяють на позитивні та негативні. Позитивна дислокація ┴ відповідає випадку, коли екстраплощина зверху, - негативна дислокація ┬ - екстраплощина знизу. Сила пружної взаємодії між дислокаціями залежить від знаку дислокацій: однойменні дислокації відштовхуються, різнойменні - притягуються та анігілюють (знищуються).

Гвинтова дислокація виникає в кристалі також при зсуві одної частини кристала відносно іншої (рис.3.10). Сходинка, яка виникла при такому зсуві, не проходить через усю ширину кристала. Лінія, яка відділяє зсунуту частину від не зсунутої, і є лінією гвинтової дислокації. Так само як і для крайової дислокації, у випадку гвинтової дислокації, викривлення гратки зосереджені поблизу лінії дислокації у вузькій області діаметром у декілька міжатомних шарів. Походження назви гвинтової дислокації легко зрозуміти з рис.3.11: переміщення від атому до атомів, які лежать у області дислокації, відбувається по гвинтовій лінії. Гвинтова дислокація, так само як і різьба гвинта, може буті правою і лівою. Праву дислокацію неможливо перетворити у ліву простим перевертанням кристала, як це

Рис.3.9. Крайова дислокація: а – зсув, що утворив крайову дислокацію;

б – схема крайової дислокації (- вектор зсуву)

можливо зробити для перетворення позитивної крайової дислокації у негативну. Напрямок обертання у гвинтовій дислокації відіграє ту ж саму роль, що і знак у крайових дислокаціях: дві праві або ліві дислокації взаємно відштовхуються, права та ліва – притягуються.

Рис.3.10. Зсув, що утворив гвинтову дислокацію (- вектор зсуву)

а – неповній розріз по площині ,

б – зсув однієї частини кристалу відносно другої на один параметр гратки

Рис.3.11. Гвинтова дислокація (- вектор зсуву)

Із порівняння видно, що крайова дислокація перпендикулярна вектору зсуву , а гвинтова дислокація паралельна йому.

У загальному випадку дислокація являє собою довільну просторову криву. Так як границя зони зсуву завжди є замкненою лінією, то частина цієї границі може проходити по зовнішній поверхні кристала. Тому дислокація яка являє собою межу незавершеного зсуву, не може закінчитися всередині кристала. Вона повинна або виходити на поверхню кристала, або розгалужуватися на інші дислокації, або утворювати всередині кристала замкнені петлі.

Головна різниця між двома типами дислокацій – крайової та гвинтової – полягає в тому, що гвинтова дислокація може переміщатися (ковзати) по ряду перпендикулярних площин, здійснюючи поперечне сковзання, тобто переходити із одної площини сковзання в іншу; в той час як крайова дислокація може переміщатися тільки по одній площині, в якій вона знаходиться. Для переповзання крайової дислокації із однієї площини сковзання в іншу необхідна дифузія до екстраплощини атомів або вакансій. При цьому буде відбуватися рух крайової дислокації в напрямку даної площині сковзання (вниз або вверх).

Дислокації мають високу рухомість, під дією прикладених зовнішніх напружень вони здатні до спрямованих переміщень і, внаслідок цього, вносять головний вклад у пластичну деформацію кристалів. Ковзання дислокацій, а отже і пластична деформація кристала, відбувається без переносу маси. Дійсно, для того щоб, наприклад, крайова дислокація пересунулася на одну міжатомну відстань у площині сковзання, достатньо розриву зв`язків у екстраплощині. При цьому дислокація пересунеться на одну міжатомну відстань на рис.3.12 вліво. Екстраплощина нікуди не переміщується, а ніби передає «естафету» сусідній площині і лінія дислокації переміщується у площині ковзання «по естафеті». При виході дислокації, що сковзає, на поверхню кристала, цілісність гратки відновлюється, на поверхні кристала утворюється сходинка завширшки у одну міжатомну відстань.

Рис.3.12. Схема сковзання крайової дислокації.

Дата добавления: 2014-10-22