Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
430
9. Дефекты в кристаллах и иестехиометрия
зигзагообразный ряд атомов, что соответствует образованию отрицательной краевой дислокации в нижнем слое непосредственно под пропущенным рядом. Иначе говоря, присутствие в нижней части кристалла добавочной полуплоскости, заканчивающейся краевой дислокацией в нижнем слое, вынуждает атомы ближайшего следующего верхнего слоя перестраиваться таким образом,, что образуется пропуск целого атомного ряда (на рис. 9.25, е
показана другая проекция). Ниж-: няя часть кристалла на этом рисун-
ооофоор ке оканчивается слоем, в проекции
о о о Ь о о о которого находятся атомы 1, 2, 3-
^ и 4; верхний слой с пропущенным
0 ° ° | рядом эквивалентен слою, содерлса-
о о о р о о о щему атомы 5, 6 и 7. Движение от-о о о 6-*~ о о рицательной дислокации, показан-о о о о о о ной на рис. 9.25, в, происходит путем
о о о о о о перемещения вакантного ряда над.
о о- о о о о ч дислокацией на место соседних.
атомных рядов, так что атом 6 и Рис. 9.24. Переползание крае- атомы над ним испытывают боковые вой дислокации за счет мигра- смещения. Направление этого сме-ции вакансии. щения на рис. 9.25, а показано стрел-
кой. Последовательность чередования слоев не меняется при прохождении дислокации, так как атомы верхнего слоя занимают В-позиции как до, так и после скольжения. Направление вектора Бюргерса совпадает с направлением стрелок, а его величина примерно равна одному атомному диаметру.
Такие атомные перемещения, которые показаны на рис. 9.25, а„ относительно трудно осуществимы, так как атомы верхнего слоя фактически вынуждены преодолевать вершины атомов нижнего' слоя, для того чтобы следовать по направлению, указанному стрелками. Гораздо легче альтернативный путь (рис. 9.25,6). В этом случае перемещение достигается двумя последовательными «обходными» шагами меньшей протяженности (стрелки 1 и 2). На каждом из этих шагов атомы В-типа пересекают низкие-барьеры между двумя атомами А-типа. После первого шага (стрелка 1) атомы попадают в позиции С; такие положения занимают атомы изображенного на рисунке зигзагообразного ряда.. После следующего шага (стрелка 2) атомы попадают в соседние В-позиции. Двухэтапный механизм перемещения приводит к расщеплению дислокаций на две частичные дислокации, образование которых вполне оправдано энергетически. Атомы могут легче преодолеть путь через два невысоких энергетических барьера, чем через один высокий, дая*е если суммарное расстояние-при этом увеличивается. Если судить по величине вектора Бюр-
о о о о о о
о о о о о о
о с7 о о
о о* о о
о о о о о о о
о о о о о о о
о о о о о о о
Рис. 9.25. Краевая (а) и частичная (б) дислокации в металле со структурой ГЦК и проекция краевой дислокации (в).
герса, то двухэташ-гое перемещение оказывается также выгоднее при условии, что путь не слишком удлиняется. Энергия Е\ прямых прыжков на расстояние Ъ определяется соотношением Е~\Ь\2. Каждый «обходный» прыжок при механизме расщепления дислокаций осуществляется на расстояние &УЗ, поскольку его направление составляет 30° с горизонталью. Таким образом;
9. Дефекты в кристаллах и нестехиометрия
432
суммарная эиергия_?2 для двух последовательных прыжков пропорциональна (ЬУЗ)2-Ь (ЬУЗ)2, т. е. ?2~2/з|Ь|2 и Е2<ЕХ.
В
Рис. 9.26. Взаимное расположение двух частичных дислокаций, приводящее к образованию дефекта упаковки.
В результате взаимного отталкивания частичные дислокации могут перемещаться в противоположных направлениях (рис. 9.26).
Между двумя частичными дислокациями последовательность упаковки атомов нарушена, так как все атомы, обозначенные светлыми кружками, занимают С-пози-ции. Таким образом в кристалле образовался дефект упаковки. Если две частичные дислокации смогут дойти до противоположных поверхностей кристалла» то получится дефект упаковки размером в целый атомный слой. Реализуется или нет такая возможность в действительности — неизвестно, но очевидно, что между дислокациями, частичными дислокациями и дефектами упаковки существует вполне определенная генетическая связь.
Согласно одному из гипотетических механизмов, возникновению дислокаций предшествует образование кластера вакансий в определенной плоскости кристалла, сопровождаемое последующим локальным «схлопыванием» структуры, при котором появляется дислокационная петля. Детально это происходит следующим образом. Если вакансии в чистом металле объединяются в некоторой плоскости так, что все атом
Рис. 9.27. Уплотнение (коллапс) структуры в месте образования кластера вакансий, приводящее к образованию дислокационной петли.
9.8. Дислокации, механические свойства твердых тел
433
ные узлы внутри области некоторого радиуса оказываются пустыми, то в структуре образуются полые диски. Противоположные поверхности диска прогибаются, как показано на рис. 9.27, а их противоположные края представляют собой фактически краевые дислокации противоположных знаков. Таким образом, этот механизм образования дислокаций не связан никоим образом с механическими напряжениями, однако он может играть заметную роль только при высокой температуре, когда вакансии образуются легко и имеют высокую подвижность.
