Дислокации

Дислокации относятся к линейным дефектам решетки, т. е. к несовершенствам, охватывающим в кристалле область, протяжен­ность которой в одном направлении значительно превосходит раз­мер атомов или ионов. По характеру искажений решетки дислока­ции делятся в чистом виде на краевые (линейные) и вин­товые. В реальных кристаллах дислокации часто представляют собой сочетание краевой и винтовой дислокаций. Такие дислокации называются смешанными. Дислокации являются источником внутренних напряжений в кристаллических телах, они создают да­же в свободном от внешних нагрузок кристалле поле деформаций и напряжений.

Одним из основных понятий в теории дислокаций является по­нятие линии дислокации. Линией дислокации называется та воображаемая линия в кристалле, вдоль которой (в ее малой ок­рестности) концентрируются максимальные искажения решетки. Фактически при возникновении дислокации кристаллическая ре­шетка остается неискаженной везде, за исключением области, не­посредственно окружающей линию дислокации. Линия дислокации не обязательно должна быть прямой, а может иметь перегибы, сту­пени, т. е. любую форму. Особенность этой линии заключается в том, что она никогда не заканчивается (не обрывается) в кристал­ле, а выходит на его поверхность, замыкается на себя, образуя пет­лю, или замыкается на другие линии дислокации.

Краевая дислокация. Признаком краевой дислокации является наличие в одной части кристалла лишней («оборванной» или «недо­строенной») атомной плоскости (полуплоскости или экстраплоско­сти), не имеющей продолжения в другой части кристалла (рис. 12, экстраплоскость указана стрелкой).

Максимальные искажения и напряжения в решетке концентри­руются при наличии краевой дислокации вдоль края лишней атом­ной плоскости. Эта зона максимальных напряжений, ограниченная пунктирной линией на рис. 13, называется ядром дислокации.

Винтовая дислокация. Признаком винтовой дислокации являет­ся превращение параллельных атомных плоскостей (в бездефект­ном кристалле) в единую атомную плоскость в виде геликоидаль­ной поверхности (наподобие винтовой плоскости) и наличие на по­верхности кристалла своеобразной дислокационной атомной сту­пеньки (уступа).

 

1.

Рис. 12. Модель краевой дислокации Рис. 13. Схема образования кра-
в кристалле евой дислокации

 

Схематическое изображение винтовой дислокации приведено на рис. 16. Ее образование можно представить себе, если мысленно сделать в кристалле разрез (по плоскости АВСD), а затем за счет силы Р сдвинуть одну часть кристалла в этой плоскости по отношению к другой части на одно межатомное расстояние вниз таким образом, чтобы один срезанный край каждой атомной плоскости решетки, перпендикулярный плоскости среза, совпал с другим сре­занным краем нижележащей плоскости решетки. Срезанные по­верхности могут быть таким образом соединены абсолютно точно, после чего невозможно распознать, по какой плоскости внутри кри сталла был сделан разрез.

Рис. 14. Схема образования винтовой дисло- Рис. 15. Схематическое изображение атомных
кации плоскостей при винтовой дислокации

 

Другими словами, при наличии винтовой дислокации атомные плоскости решетки, как уже отмечалось, превращаются в подобие спиралевидной винтовой поверхности, откуда и название — винтовая дислокация (рис. 15).

 

Вопросы:

 

1. Что такое дефекты кристаллической решетки?

2. Что такое твердые растворы и каковы условия образования твердых растворов замещения и внедре­ния?

3. Охарактеризуйте дефекты по Я.И.Френкелю и В. Шоттки и почему дефекты по Шоттки и Френкелю относятся к термодинамически равновесным дефектам, в чем причина их образования и какие факторы оказы­вают влияние на их концентрацию в кристаллической решетке?

4. Назовите виды линейных дефектов.

5. Что является структурным признаком наличия в кристаллической ре­шетке краевой и винтовой дислокации и их качественной и количественной харак­теристикой?

6. Опишите причины образования и свойства дислокаций, методы опреде­ления их плотности и приведите значения этой плотности в совершенных и де­формированных кристаллах.