Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
Плотность дислокаций и ее определение. Число дислокаций в кристалле оценивается их плотностью, под которой понимается число линий дислокаций, пересекающих единицу площади (1 см2) в какой то части кристалла.
Практически это значение определяется путем подсчета числа так называемых ямок травления, образующихся в точках выхода линии дислокации, например на поверхность кристалла при химической обработке этой поверхности подходящим реагентом (трави-телем). При такой обработке кристалла растворение вещества происходит повсеместно, однако избыточная энергия деформации вблизи дислокации приводит к более быстрому растворению вещества в этом месте, вызывая образование углубления (ямки) у выхода каждой линии дислокации. В результате этого на поверхности грани кристалла возникают так называемые фигуры травления. Число ямок на единице площади подсчитавается под микроскопом.
Возможные значения плотности дислокаций простираются от 102...103 см-2 (т. е. 100...1000 дислокаций на 1 см2) в наиболее совершенных кристаллах до 10й ... 1012 см-2 и более в сильно деформированных кристаллах. Обычно в кристаллах металлов плотность дислокаций достигает 106...108 см-2, в ионных кристаллах 104... 108 см-2 и несколько меньше в кристаллах с ковалентной связью.
Причины образования дислокаций. Энергия активации процесса образования дислокаций составляет значительную величину порядка 10...100 эВ. Это означает, что не только при нормальной, но даже при температуре, близкой к температуре плавления, их равновесная концентрация должна быть очень мала. Однако, как уже указывалось, в реальных кристаллах плотность дислокаций достигает очень больших значений и редко бывает меньше 104... 108 см-2. Отсюда следует, что дислокации относятся к неравновесным дефектам, при образовании которых энергия кристаллической решетки возрастает гораздо больше по сравнению с возрастанием за их счет энтропии и, следовательно, энергия Гиббса кристаллического тела увеличивается.
Энергия активации процесса возникновения дислокаций не может быть обеспечена тепловым колебанием атомов. Одной из главных причин их образования является действие на кристалл внешних механических напряжений, вызывающих в кристалле деформации сдвига, среза, изгиба и т. д. Обычным источником дислокаций являются, по-видимому, механические напряжения при росте кристаллов. Причиной образования дислокаций могут быть также термические напряжения в кристалле: при наличии перепада температур его различные участки расширяются неодинаково, уменьшение появляющихся при этом напряжений может происходить за
92
+
т
Рис. 19. Положительные и отрицательные краевые дислокации
счет пластического течения с образованием дислокаций. По некоторым данным, источником образования дислокаций могут быть скопления вакансий. При охлаждении кристаллов в них может возникнуть пересыщение вакансиями, ассоциация которых приведет к образованию богатых вакансиями областей, которые могут замыкаться с образованием дислокационных петель, растущих по мере дальнейшего осаждения вакансий.
Свойства дислокаций. Прежде всего следует отметить, что дислокациям в кристалле условно приписывается определенный знак—положительный или отрицательный. Краевые дислокации, лишние атомные плоскости которых лежат в противоположных частях кристалла относительно плоскости скольжения, обозначаются разными знаками. Например, дислокациям (рис. 19), лишние атомные плоскости которых лежат выше плоскости скольжения тп, можно приписать знак плюс (или минус), тогда дислокациям с лишней атомной плоскостью, лежащей ниже плоскости тп,— знак минус (или плюс). Винтовые дислокации также разделяются на положительные и отрицательные или, иначе, на право- и ле-вовращающиеся в зависимости от направления закручивания атомных плоскостей в кристалле — по или против часовой стрелки.
Дислокации имеют способность взаимодействовать друг с другом, при этом поскольку каждая дислокация создает вокруг себя область упругих искажений — поле деформации, перекрывающееся с полями деформации соседних дислокаций, это взаимодействие может осуществляться на расстояниях. Дислокации одного и того же знака отталкиваются, а противоположных знаков притягиваются. Притяжение дислокаций может привести к их аннигиляции, т. е. взаимному уничтожению. Представим себе лежащие в одной плоскости скольжения две краевые дислокации противоположного знака, что равносильно наличию двух лишних атомных полуплоскостей, лежащих по обе стороны от плоскости скольжения. При их сближении эти полуплоскости могут выстроиться друг над другом, образуя нормальную атомную плоскость, что означает уничтожение дислокаций.
Одним из важных свойств дислокаций, оказывающих большое влияние на некоторые свойства кристаллов, является их способность к движению в решетке кристаллов и размножению в процессе этого движения.
Дислокации передвигаются в кристалле под влиянием внешних напряжений, например приложенных к кристаллу нагрузок. При этом важно отметить, что энергия активации процесса движения
93
дислокаций весьма невелика, поэтому дислокации способны перемещаться под действием очень небольших внешних сил (например, одиночная дислокация может перемещаться при напряжениях, меньших чем 1 Н/см2).
