Теория твердого тела -
Скачать (прямая ссылка):
I Линия _ _
! винтовой Рост ступеньки
i
Ф II г. 139. Винтовую дислокацию легко можно получить, если разрезать кристалл на некоторую глубину и затем сместить обе поверхности разреза параллельно краю плоскости разреза.
Отметим, что смещение в той же плоскости, но перпендикулярное данному, образовало бы краевую дислокацию. Винтовая дислокация, вышедшая на поверхность, оставляет на этой поверхности атомную ступеньку. Если атомы нз пара садятся на поверхность, ступенька будет расти.
дислокация, оставив после себя сдвиг пузырей. Может показаться удивительным, что дислокации не были постулированы значительно раньше на основе случайного наблюдения «мыльных кристаллов», хотя именно подобным образом и делаются многие открытия.
Винтовую дислокацию легко получить, если разрезать кристалл на половину глубины и затем сместить разрезанные части на одно межатомное расстояние параллельно плоскости разреза, как показано на фиг. 139. Подобно случаю краевой дислокации, кристалл остается совершенным (хотя и несколько искажается) всюду, кроме линии ядра дислокации. Выходя на поверхность кристалла, такая дислокация образует ступеньку, благодаря которой кристалл может расти за счет атомов из окружающего пара. Когда атомы присоединяются к поверхности, эта ступенька перемещается, но совсем исчезнуть не может. Благодаря такому процессу исчезает необходимость в зарождении центра роста плоскости. Таким образом разрешается и вторая трудность, о которой мы упоминали.
506
Гл. IV. Колебания решетки и атомные свойства
Вряд ли можно было бы ожидать, что в процессе роста кристалла ступенька на поверхности останется прямолинейной. Атомы будут садиться на поверхность вблизи ядра дислокации с такой же скоростью, как и вдали от него. Легко видеть, что в результате ступенька должна закручиваться вокруг ядра, образуя спираль, как показано на фиг. 139 справа. Такая конфигурация была теоретически предсказана в самом начале развития теории дислокаций
Фиг. 140. Построение дислокационной петли внутри кубического кристалла.
^ишЯ1МнтрааниЛ1 Дислокационную петлю можно по-
^ r v строить, если сделать четыре ча-
стичных надреза (как на фиг. 139) и сместить все атомы, заключенные между четырьмя плоскостями разреза, на одно межатомное расстояние в направлении краев надреза.
и вскоре была действительно обнаружена при микроскопическом изучении органических кристаллов. Это послужило веским аргументом в пользу теории дислокаций.
Конечно, предположив, что ядра простой краевой и простой винтовой дислокаций образуют прямые линии, мы очень сильно упростили картину. В более общем случае можно представить себе дислокационную петлю. Построим внутри кубического кристалла призму из четырех плоскостей, как показано на фиг. 140; сместим теперь все атомы в пределах этой призмы в передней части кристалла на одно межатомное расстояние вглубь. В результате (фиг. 140) в центре кристалла возникнет прямоугольник из краевых дислокаций. Все четыре плоскости, образующие грани призмы, являются в данном случае плоскостями скольжения.
Если мы теперь попытаемся продеформировать кристалл, прикладывая к верхней его части усилие назад, а к нижней — усилие вперед, мы обнаружим, что дислокация, образующая верхнюю сторону прямоугольника, стремится переместиться вперед, а нижняя дислокация — назад. Это видно из фиг. 141. Одновременно дислокации, образующие боковые края прямоугольника, будут наклоняться и удлиняться. Существует, однако, упругая энергия, связанная как с дислокационной линией, так и с ядром дислокации. С увеличением длины дислокационной линии будет расти ее энергия* поэтому при небольших напряжениях петля будет растягиваться, как резиновый жгут, приобретая некоторую равновесную форму. При больших напряжениях можно ожидать, что дислокации выйдут на поверхность, образовав конфигурацию, показанную на фиг. 141 справа. Упругие напряжения, остающиеся как снаружи, так и внутри призмы, в результате приведут к искажению кристалла,
§ 6. Межатомные силы и атомные свойства
507
которое останется даже после снятия внешних напряжений. Такая непрерывная деформация представляет собой просто пластическое течение. Отметим также, что в данном случае оставшиеся дислокации, пронизывающие кристалл,— это не те простые краевые дислокации, которые мы определили раньше. Яснее это видно на модели с несколько иной геометрией.
Рассмотрим теперь плоскость скольжения краевой дислокации. Дислокация образует в этой плоскости линию и в некоторых точках может уходить из плоскости, как это происходило в только что
Фиг. 141. Внешнее напряжение, приложенное к кристаллу, содержащему дислокационную петлю, заставляет эту петлю деформироваться.
Слева показана деформация под действием небольших напряжений. Если приложенные напряжения достаточно велики, так что петля достигает поверхности, то возникает постоянная деформация, которая остается и после снятия напряжений. Такая ситуация показана справа. Мз задней плоскости выдавливается призма, имеющая ту же форму, что и призматическая полость на передней поверхности.
