Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
27—1169
этой искаженной области через весь кристалл перпендикулярно ni0CK0CTH Рисунка проходит линия, дислокации. За пределами области напряжений кристалл остается практически нормальным, хотя та его часть, которая показана в верхней части рисунка, все-таки толще нижней части, так как вмещает в себя дополнительную полуплоскость. Для того чтобы выяснить, как дислокации влияют на механические свойства твердых тел, рас-
418
9. Дефекты в кристаллах и нестехиометр'ия
их возникновения обсуждается ниже. При скольжении одновременно с каждой рождающейся слева полуплоскостью на правой стороне кристалла возникает такая же полуплоскость, но противоположная по направлению и знаку. В нижней части кристалла на рис. 9.16,г «скопились» пять полуплоскостей или отрицательных дислокаций (обозначаемых, как правило, символом Т). Им противостоят три полуплоскости, вышедшие на правую сторону верхней части кристалла, внутри которого находятся еще две полуплоскости, двигающиеся к поверхности. Их условно называют положительными дислокациями и обозначают символом
Облегчение деформаций в кристаллах при наличии дислокаций становится понятным, если обратиться к аналогии с пере-двиганием ковра большого размера: если пытаться тянуть ковер за приподнятый край, то передвижение дается ценой гораздо больших усилий, чем в случае, когда складку, сделанную с одного края ковра, постепенно перемещают до противоположного конца.
Процесс движения дислокаций называется скольжением; выходы полуплоскостей на противоположные стороны кристалла приводят к появлению рельефа или следов скольжения. Если соединить точки А и В на рис. 9.16, г, то это и будет проекция плоскости скольжения, вдоль которой перемещаются дислокации.
Дислокации характеризуются вектором Бюргерса Ь. Для нахождения величины и направления Ь надо описать вокруг дислокации контур, мысленно проводя его от атома к атому (рис. 9.16, В бездефектной области кристалла такой контур (на рис. 9.16, д контур АВСБ), построенный из трансляций на одно межатомное расстояние в каждом направлении, замкнут: начало и конец его совпадают в точке А. Напротив, контур 12345, окружающий дислокацию, незамкнут, так как точки 1 и 5 не совпадают. Величина вектора Бюргерса равна расстоянию /—5, а направление тождественно направлению 1—5 (или 5—/). Вектор Бюргерса краевой дислокации перпендикулярен линии дислокации и параллелен направлению движения линии дислокации (или направлению сдвига) под действием приложенного напряжения.
Винтовая дислокация (рис. 9.17) несколько труднее для наглядного представления. Линия 55' (рис. 9.17, б) — линия винтовой дислокации. В области кристалла, лежащей ближе к читателю, чем эта линия, произошел сдвиг, а область кристалла за линией осталась «незадетой». При продолжающемся воздействии сдвигового напряжения, показанного стрелками, линия 5.5' и следы скольжения достигают задней грани кристалла. Для нахождения вектора Бюргерса винтовой дислокации снова представим себе контур 12345 (рис. 9.17, а), «обходящий» вокруг нее.
9.8. Дислокации, механические свойства твердых тел
419
Вектор Ь определяется величиной и направлением отрезка 1—5. У винтовой дислокации он параллелен линии дислокации 55' (в случае краевой перпендикулярен) и перпендикулярен направлению движения дислокации, совпадая при этом, как и в случае краевой дислокации, с направлением сдвига или скольжения.
Рис. 9.17. Винтовая дислокация.
Таким образом, при одном и том же направлении сдвига винтовая и краевая дислокации лежат под углом 90° друг к другу. Расположение атомов 54321 (рис 9.17, а) объясняет, почему дислокация называется винтовой: эти атомы лежат на проходящей через весь кристалл спирали с осью 55'. Для движения винтовой дислокации, как и краевой, необходимо разорвать лишь небольшое число связей. Так, в положении, показанном на рис. 9.17, а, существовавшая между атомами 2 и 5 связь разорвана, и атом 2 связан теперь с атомом 1\ следующей должна подвергнуться разрыву связь между атомами 3 и 4. Заметим по поводу этого пояснения, что представления о разрыве и образовании связей оказываются полезными, хотя в металлах и ионных кристаллах связи, безусловно, не имеют ковалентного характера.
27*
420
9. Дефекты в кристаллах и нестехиометрия
Процесс зарождения дислокаций достаточно сложен и, по-видимому, всегда связан с образованием дислокационной петли. При рассмотрении правой грани кристалла, показанного на рис. 9.18, можно сделать вывод, что винтовая дислокация зарождается вблизи точки 5, там, где кончается след скольжения. Эта дислокация, однако, еще не достигла левой грани, так как на последней нет соответствующего следа скольжения. Рассматривая теперь отдельно переднюю грань, можно заметить, что на ней имеется выход добавочной полуплоскости, т. е. положительная краевая дислокация в верхней части кристалла, зарождающаяся, скажем, в точке Е. Эта дислокация не доходит до противоположной (задней) грани кристалла.
Природа дислокаций, однако, такова, что они не могут заканчиваться внутри кристалла: если в каком-
