Дислокации (в кристаллах)

Дислокации (далее Д) в дефекты представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для правильное расположение плоскостей. Д (в и другие дефекты в кристаллах определяют многие физические свойства называемые структурно-чувствительными. В частности, механические свойства - прочность и пластичность - обусловлены существованием Д (в и их особенностями.

Типы Д (в Простейшими видами Д (в являются краевая и винтовая Д (в В идеальном кристалле соседние плоскости параллельны на всем своем протяжении. В реальном плоскости часто обрываются внутри (рис. 1, а), при этом возникает краевая Д (в осью которой является край "лишней" полуплоскости. Применение электронных микроскопов с большой разрешающей способностью позволяет наблюдать в некоторых специфичное для краевой Д (в расположение рядов.

Образование краевой Д (в можно представить себе, если надрезать по части плоскости ABCD (рис. 1, б), сдвинуть нижнюю часть относительно верхней на одно межатомное расстояние b в направлении, перпендикулярном к АВ, а затем вновь соединить на противоположных краях разреза. Оставшаяся лишняя полуплоскость обрывается вдоль краевой Д (в АВ. Вектор b, величина которого равна межатомному расстоянию, называется вектором сдвига (вектор Бюргерса). Плоскость, проходящая через вектор сдвига и линию Д (в называется плоскостью скольжения краевой Д (в
Если направление сдвига b не перпендикулярно, а параллельно границе надреза АВ, то получается винтовая Д (в (рис. 2, а). В отличие от краевой Д (в у винтовой Д (в плоскостью скольжения является любая плоскость, проходящая через линию АВ. с винтовой Д (в уже не состоит из параллельных плоскостей, скорее его можно рассматривать состоящим из одной плоскости, закрученной в виде или винтовой лестницы без ступенек (рис. 2, б). На рис. 2а, показано расположение выше (белые кружки) и ниже (черные кружки) плоскости скольжения в простой кубической решетке с винтовой Д (в Если винтовая Д (в выходит на внешнюю поверхность то в точке выхода А (рис. 2, б) обрывается ступенька AD высотой в толщину одного слоя. Эта ступенька активно проявляет себя в процессе вещества, выпадающие из пара или раствора, легко присоединяются к ступеньке на поверхности растущего Количество захватываемых ступенькой, и скорость смещения ступеньки по поверхности больше вблизи выхода Д (в Поэтому ступенька закручивается вокруг оси Д (в Ступенька последовательно поднимается с одного "этажа" на другой, что приводит к спиральному росту
Между предельными случаями краевой и винтовой Д (в возможны любые промежуточные, в которых линия Д (в составляет произвольный угол с вектором сдвига (смешанная Д (в Линия Д (в не обязательно должна быть прямой, она может представлять собой произвольную кривую. Линии Д (в не могут обрываться внутри они должны либо быть замкнутыми, образуя петли, либо разветвляться на несколько Д (в либо выходить на поверхность Плотность Д (в в определяется как среднее число линий Д (в пересекающих проведенную внутри тела площадку в 1 см², или как суммарная длина Д (в в 1 см³. Плотность Д (в обычно колеблется от 10² до 10³ на 1 см² в наиболее совершенных монокристаллах и доходит до 10¹¹-10¹² на 1 см² в сильно искаженных (наклепанных) металлах (см. ниже).

Д (в - источники внутренних напряжений. Участки вблизи Д (в находятся в упруго напряженном состоянии. Напряжения убывают обратно пропорционально расстоянию от Д (в Поля напряжений вблизи отдельных Д (в выявляются (в прозрачных с низкой плотностью Д (в с помощью поляризованного света (см. Фотоупругость). В зависимости от взаимной ориентации векторов сдвига двух Д (в они притягиваются или отталкиваются. При сближении двух Д (в с одинаковыми векторами сдвига (рис. 3, а) увеличивается сжатие по одну сторону от плоскости скольжения и растяжение - по другую сторону. При сближении Д (в с противоположными векторами сдвига сжатие и растяжение по обе стороны от плоскости скольжения взаимно компенсируются (рис. 3, б, в, г). Величина упругой энергии, обусловленной полем напряжений Д (в пропорциональна b² и составляет обычно величину ~ 10^-4 эрг на 1 см длины Д (в
Перемещение Д (в Д (в могут перемещаться в вызывая его пластическую деформацию. Перемещение Д (в в плоскости скольжения называется скольжением. В результате скольжения одной Д (в через происходит пластический сдвиг на одно межатомное расстояние b (рис. 4). При перемещении Д (в в плоскости скольжения в каждый данный момент разрываются и пересоединяются связи не между всеми на плоскости скольжения (рис. 4, а), а только между теми которые находятся у оси Д (в (рис. 4, б). Поэтому скольжение Д (в происходит при сравнительно малых внешних напряжениях. Эти напряжения на несколько порядков ниже, чем напряжение, при котором может пластически деформироваться совершенный без Д (в (теоретическая прочность на сдвиг, см. Пластичность). Сдвиговую прочность, близкую к теоретической, могут иметь, например, нитевидные (усы), не содержащие Д (в
Перемещение краевой или смешанной Д (в в направлении, перпендикулярном к плоскости скольжения, называется переползанием (восхождением). Оно осуществляется путем диффузии (или встречного движения вакансий) из к краю полуплоскости, образующему Д (в (рис. 5). Т. к. скорость диффузии очень резко (экспоненциально) уменьшается с понижением температуры, переползание происходит с заметной скоростью только при достаточно высоких температурах. Если с Д (в находится под нагрузкой, то потоки и вакансий направлены так, чтобы упругие напряжения уменьшились. В результате происходит пластическая деформация не за счет скольжения, а за счет переползания Д (в Т. о., пластическая деформация с Д (в всегда представляет собой движение Д (в При этом скорость пластической деформации оказывается прямо пропорциональной плотности движущихся Д (в и их средней скорости. Пластическая деформация без Д (в осуществляется путем диффузии точечных дефектов.

Подвижность Д (в Скольжению Д (в препятствует не только прочность разрываемых межатомных связей, но и рассеяние тепловых колебаний и электронов проводимости (в металлах) в упруго искаженной области окружающей движущиеся Д (в а также упругое взаимодействие с др. Д (в с примесных элементов в твердых растворах, межзеренные границы в поликристаллах, частицы др. фазы в распадающихся сплавах, двойники (см. Двойникование) и др. дефекты в На преодоление этих препятствий тратится часть работы внешних сил. В результате этого подвижность Д (в зависит от структуры решетки тем больше, чем меньше дефектов содержит Скорость скольжения Д (в резко возрастает с напряжением, но не превосходит скорости распространения звука в Скорость переползания пропорциональна напряжению.

Образование и исчезновение Д (в Обычно Д (в возникают при образовании из расплава или из газообразной фазы (см. Кристаллизация). Методы выращивания монокристаллов, совсем не содержащих Д (в очень сложны и разработаны только для немногих веществ. После тщательного отжига содержат обычно 10⁴-10⁵Д (в на 1 см². При малейшей пластической деформации такого Д (в интенсивно "размножаются" (рис. 6), без чего невозможна значительная пластическая деформация Если бы новые Д (в не рождались в то деформация прекратилась бы после выхода на поверхность всех имеющихся в нем Д (в
Притягивающиеся Д (в с противоположным вектором сдвига, лежащие в одной плоскости скольжения, при сближении уничтожают друг друга (аннигилируют, рис. 3, б, в, г). Если такие Д (в лежат в разных плоскостях скольжения, то для их аннигиляции требуется переползание. Поэтому при высокотемпературном отжиге, способствующем переползанию, понижается плотность Д (в
Д (в - источник кривизны решетки. Участки разделенные рядами (рис. 7) или сетками из Д (в имеют различную ориентацию плоскостей и называются блоками. Если Д (в расположены равномерно по объему то блочной структуры нет, но решетка искривлена (рис. 8).

Искривление плоскостей и искажение межплоскостных расстояний вблизи Д (в увеличивают интенсивность рассеяния рентгеновских лучей и электронов. На этом основаны рентгеновские и электронномикроскопические методы наблюдения Д (в
Дислокационная структура деформированных Разрушение. Распределение Д (в в деформированных обычно неравномерное. При малой степени деформации (обычно до 10%) Д (в часто располагаются вдоль выделенных плоскостей скольжения. С ростом деформации возникает (обычно в металлах) блочная структура, выявляемая с помощью электронного микроскопа или по рассеянию рентгеновских лучей. С ростом деформации размер блоков падает. При размножении Д (в средние расстояния между Д (в сокращаются, их поля упругих напряжений взаимно перекрываются и скольжение затрудняется (деформационное упрочнение Чтобы скольжение могло продолжаться, приложенное внешнее напряжение необходимо повысить.

При дальнейшем размножении Д (в внутренние напряжения могут достигать значений, близких к теоретической прочности. Тогда наступает разрушение путем зарождения и распространения в нем микротрещин. Этому могут способствовать также и тепловые колебания.

Влияние Д (в на физические свойства Д (в влияют не только на такие механические свойства твердых тел, как пластичность и прочность, для которых присутствие Д (в является определяющим, но и на др. физические свойства Например, с увеличением числа Д (в уменьшается плотность возрастает внутреннее трение, изменяются оптические свойства, повышается электросопротивление. Д (в увеличивают среднюю скорость диффузии в и ускоряют старение и др. процессы, протекающие с участием диффузии. Д (в уменьшают стойкость так что в результате обработки поверхности специальными веществами (травителями) в местах выхода Д (в образуются видимые ямки. На этом основано выявление Д (в в непрозрачных материалах методом избирательного травления.

Лит.: Ландау Л. Д (в Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М., Курс общей физики, М., 1965, § 105; Бюренван Х. Г., Дефекты в пер. с англ., М., 1962; Фридель Ж., Д, пер. с англ., М., 1967; Инденбом В. Л., Орлов А. Н., Физическая теория пластичности и прочности, "Успехи физических наук", 1962, т. 76, с. 557; Котрелл А., Теория дислокаций, пер. с англ., М., 1969; Хирт Дж., Лоте И., Теория дислокаций, пер. с англ., М. (в печати).

А. Н. Орлов.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.