Линейные дефекты-дислокации

Такие дефекты характеризуются большой протяжённостью (во много периодов кристаллической решётки) нарушения периодичности в одном направлении. При этом нарушения периодичности в двух других направлениях редко превышают несколько параметров кристаллической решётки и обусловлены релаксационными процессами, то есть частичным смещением атомов относительно равновесного положения при возникновении линейного дефекта.

К линейным дефектам относят дислокации, микротрещины, неустойчивые образования в виде цепочки точечных дефектов.

Дислокации возникают при пластической деформации кристаллов и при их дальнейшей механической обработке. Это устойчивые линейные дефекты, для них не наблюдается явной зависимости концентрации дефектов от температуры.

Основные разновидности дислокаций – краевые (рис. 8.3) и винтовые (рис. 8.4).

Рис. 8.3. Схемы краевых дислокаций положительной (а) и отрицательной (б)

Рис. 8.4. Схема винтовой дислокации (а), расположение атомов вдоль оси дислокации (б)

Краевые дислокации представляют собой границы неполной атомной плоскости. В центре такой дислокации находится искажённая плоскость с отличными от равновесных межатомными расстояниями. Эта область транслируется вдоль линии дислокации.

В изображенном на рис. 8.3а случае в верхней части кристалла находится неполная атомная плоскость, не имеющая продолжения в нижней половине кристалла. Такую полуплоскость (ее называют экстраплоскостью) можно рассматривать как лишнюю неполную плоскость, «втиснутую» в кристалл. Непосредственно вблизи края экстраплоскости решетка сильно искажена. Выше края решетка оказывается сжатой, а ниже – растянутой. Атом, расположенный на самом крае полуплоскости, имеет меньшее число соседей, чем атом, находящийся внутри совершенного участка решетки. Таким образом, вдоль края экстраплоскости тянется область несовершенной решетки.

Область несовершенного кристалла вокруг края экстраплоскости называется краевой дислокацией. При этом дислокация представляет собой границу зоны сдвига, отделяющую ту часть плоскости скольжения, где сдвиг уже произошел, от той части, где он еще не начинался. При макроскопическом рассмотрении такая граница зоны сдвига внутри кристалла является геометрической линией, а при микроскопическом – областью несовершенства решетки. Причем протяженность в одном направлении этого дефекта такая же, как и длина края полуплоскости. В плоскости, перпендикулярной дислокационной линии, область рассматриваемого несовершенства имеет весьма малые размеры – примерно от 2 до 10 атомных диаметров.

Лишняя полуплоскость может находиться выше и ниже плоскости скольжения, в первом случае дислокацию условно принято называть положительной, а во втором – отрицательной. Обе дислокации обозначаются специальными значками – соответственно ┴ и ┬. Положительные и отрицательные дислокации движутся по плоскости скольжения в противоположных направлениях, создавая сдвиг одного и того же знака.

Вторым основным типом дислокаций являются винтовые дислокации (рис. 8. 4, а). Они возникают за счет сдвига одной части кристалла по отношению к другой параллельно вектору сдвига. Вокруг оси винтовой дислокации также располагается область наиболее искаженного участка кристаллической решетки размером в несколько межатомных расстояний. Природу винтовых дислокаций можно представить следующим образом. Сделаем в кристалле надрез по плоскости ABCD (рис. 8. 4, б)) и произведем сдвиг правой части кристалла вниз на одно межатомное расстояние.

Образовавшаяся при таком сдвиге ступенька на верхней грани не проходит через всю ширину кристалла, оканчиваясь в точке В. При этом горизонтальные атомные плоскости несколько изогнутся, и край каждой из них сомкнется с краем ближайшей соседней плоскости. В результате кристалл окажется как бы образованным единой атомной плоскостью, закрученной по винту. Картина деформации решетки вокруг винтовой дислокации оказывается иной, чем в случае краевой дислокации. Лишней атомной плоскости в этом случае нет. При введении винтовой дислокации в решетку последняя видоизменяется, и из системы дискретных плоскостей она превращается в непрерывную геликоидальную плоскость. Линия ВС является линией винтовой дислокации.