Винтовая дислокация

Понятие о винтовой дислокации в физику твердого тела ввел в 1939 г. Бюргерс.

Сделаем в кристалле надрез по плоскости ABCD (рис. 29, а) и сдвинем правую (переднюю) часть кристалла вниз на один период решетки (рис. 29, б). Образовавшаяся при таком сдвиге ступенька на верхней грани не проходит через всю ширину кристалла, оканчиваясь в. точке В. Простая кубическая решетка в рассматриваемом случае выглядит так, как показано на рис. 30. У переднего края кристалла (вблизи точки А) сдвиг произошел ровно на один период решетки так, что верхняя атомная плоскость справа от точки А сливается в единое целое со второй сверху плоскостью слева от точки А. Так как надрез ABCD дошел только до середины кристалла, то правая часть кристалла не может целиком сдвинуться по отношению к левой на один период решетки. Величина смещения правой части по отношению к левой уменьшается по направлению от точки А к точке В. Верхняя атомная плоскость оказывается изогнутой (см. рис.30). Точно так же деформируется вторая сверху атомная плоскость; правая часть ее у передней грани кристалла смещается на один период решетки и сливается в единое целое с третьей сверху атомной плоскостью. Эта плоскость в своей правой части смещается вниз и сливается с четвертой сверху плоскостью и т. д. Если до сдвига

кристалл состоял из параллельных горизонтальных атомных слоев, то после несквозного сдвига по плоскости ABCD он превратился в одну атомную плоскость, закрученную в виде геликоида (винтовой лестницы).

На рис. 31, а показано расположение атомов в двух вертикальных плоскостях, проходящих непосредственно по обе стороны от плоскости сдвига ABCD на рис. 30. Если смотреть на них со стороны правой грани кристалла, то черные кружки обозначают атомы на вертикальной плоскости слева от плоскости сдвига, а светлые кружки — атомы на вертикальной плоскости справа от плоскости сдвига. Заштрихована образовавшаяся при сдвиге ступенька на верхней грани кристалла. На рис. 31, а плоскость скольжения ABCD совпадает с плоскостью чертежа; атомы, обозначенные черными кружками, находятся под плоскостью чертежа, а обозначенные светлыми кружками — над ней. Стрелка, направленная сверху вниз, обозначает сдвигающие напряжения, приложенные к той части кристалла, которая находится над плоскостью чертежа на рис. 31, а, т. е. правее плоскости ABCD на рис. 29, б и 30. Стрелка, направленная снизу вверх, обозначает сдвигающие

напряжения, приложенные к той части кристалла, которая находится под плоскостью чертежа на рис. 31, а, т. е. левее плоскости ABCD на рис. 29, б и 30.

Правее линии ВС (см. рис. 29, б), между атомными рядами 9 и 14 (см. рис. 31, а), положения белых и черных кружков совпадают, т. е. соответствующий атомы находятся на одном горизонте. Та же картина наблюдается на некотором расстоянии слева от линии ВС, между атомными рядами 1 и 5. Вокруг же линии ВС, между атомными рядами 5 и 9, атомы, обозначенные черными и белыми кружками, т. е. находящиеся под плоскостью чертежа и над ней, образуют винтовую лестницу.

Таким образом, после рассмотренного сдвига по плоскости ABCD вдали от линии ВС решетка остается совершенной, а вблизи от линии ВС вдоль нее тянется область несовершенства. В одном измерении — вдоль линии ВС область несовершенства имеет макроскопический размер, а в двух других она очень мала (ее размеры по нормали к линии ВС составляют несколько периодов решетки — четыре на рис. 31, а). Следовательно, при сдвиге по плоскости ABCD вокруг линии ВС возникло линейное несовершенство. Сама линия ВС представляет собой границу зоны сдвига внутри кристалла, отделяющую ту часть плоскости скольжения, где сдвиг уже прошел, от той части, где сдвиг еще не начинался. Следовательно, по данному в § 9 определению, несовершенная область вокруг линии ВС является дислокацией. Так как после появления такой дислокации в кристалле он состоит из атомной плоскости, закрученной в винтовую лестницу, то эта дислокация называется винтовой.

Точное расположение атомов в ядре винтовой дислокации неизвестно. Схематично можно себе представить, что оно близко к расположению их по винтовой линии (см. рис. 31, а и б).

Дислокация, как и резьба винта, может быть правой или левой. На рис. 29 и 30 изображены кристаллы с правой винтовой дислокацией: линию дислокации от верхнего горизонта к нижнему следует обходить по спирали по часовой стрелке. Если же на рис. 29, а сдвинуть вниз по плоскости ABCD левую часть кристалла, то образуется левая винтовая дислокация ВС, которую обойти по спирали с верхнего горизонта на нижний можно только против часовой стрелки. Правую дислокацию нельзя превратить в левую простым переворачиванием кристалла (рисунка), как это можно было сделать для превращения положительной краевой дислокации в отрицательную. Правая дислокация превращается в левую (и наоборот) зеркальным отражением.

В отличие от краевой дислокации, которая всегда перпендикулярна вектору сдвига, винтовая дислокация параллельна вектору сдвига (см. рис. 29 и 30 с рис. 21 и 22).

Другое принципиальное отличие винтовой дислокации от краевой состоит в следующем. Краевая дислокация в определенной кристаллографической плоскости может быть образована сдвигом только по этой плоскости (см. рис. 22). Винтовая же дислокация может образоваться при сдвиге по любой кристаллографической плоскости, содержащей линию дислокации, по любой поверхности, оканчивающейся на этой линии. Если на рис. 29, а сделать надрез по плоскости, находящейся под любым углом к ABCD, но так, чтобы этот надрез оканчивался в кристалле на линии ВС, то после сдвига мы получим ту же винтовую дислокацию ВС. Таким образом, винтовая дислокация в отличие от краевой не определяет однозначно плоскость сдвига.

Дата добавления: 2014-01-07