Краевая дислокация AB в кристалле

 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 прошел, от той части, где он еще не начинался. При макроскопическом рассмотрении такая граница зоны сдвига внутри кристалла является геометрической линией (АВ на рис.), 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 малые размеры - около 2-10 атомных диаметров. Следовательно, краевая дислокация относится к типу линейных дефектов. Можно представить, что данная область несовершенства находится внутри своеобразной трубы, осью которой является край экстраплоскости. Вне этой трубы строение кристалла близко к идеальному, а внутри (в так называемом ядре дислокации) решетка сильно искажена.

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 Т. Положительные и отрицательные дислокации движутся по плоскости скольжения в противоположных направлениях, создавая сдвиг одного и того же знака.

 Контур и вектор Бюргерса. Контур Бюргерса представляет собой замкнутый контур, проведенный в кристалле в области неискаженного материала и охватывающем линейный дефект решетки. На рис. а показано построение этого контура в совершенном кристалле, не имеющем дислокацию. За исходную точку принят атом А. Строя контур, пройдем в кристалле от атома к атому.  Двигаясь вниз на пять межатомных расстояний, в точке В повернем направо и пройдем такой же отрезок в пять шагов (до узла С), а затем поднимемся до узла D (вновь то же расстояние) и вернемся к исходному атому А. В результате такой процедуры получится замкнутый контур.

                                      а                                                               б

Контур Бюргерса в совершенном кристалле (а) и имеющем линейный дефект (б)

Построим теперь аналогичный контур в кристалле, содержащем дислокацию. Если полностью повторить предыдущий путь при движении от узла А через позиции B, C, D, то легко видеть, что контур окажется незамкнутым. Чтобы вернуться в исходный узел А, требуется совершить еще один шаг на величину межатомного расстояния. Иными словами, для замыкания контура нужен отрезок ЕА. Вектор b, проведенный из узла Е в узел А и замыкающий контур, называется вектором Бюргерса. Таким образом, дислокацию можно охарактеризовать не только как границу незавершенного сдвига, но и как одномерный дефект, для которого вектор Бюргерса отличен от нуля. Вектор Бюргерса показывает величину и направление сдвига, вызванного движением дислокации. Вектор сдвига идентичен вектору Бюргерса, хотя нужно учитывать, что не всегда возникновение дислокации связано только с процессом сдвигообразования. Вектор Бюргерса считается важной количественной характеристикой дислокации, он определяет энергию дислокации, является показателем упругих искажений решетки, создаваемых этим дефектом, и мерой ее подвижности.

Можно также отметить, что вектор Бюргерса рассматривается и как трансляционный вектор, так как перенос на его величину и по его направлению переводит кристалл в положение самосовпадения - после завершения сдвига на величину вектора b прежняя конфигурация атомов в решетке полностью восстанавливается.

 Механизмы движения краевой дислокации

Скольжение краевой дислокации. Сравнение теоретической и реальной прочности кристаллов показывает, что при сдвиге одна его часть перемещается относительно другой не как жесткое целое. Сдвиг зарождается на каких-то участках плоскости скольжения и затем последовательно распространяется на всю плоскость. Поэтому в каждый конкретный момент лишь небольшая часть атомов участвует в работе против внешних сил. Механизм такого сдвига объясняет теория дислокаций.

   Рассмотрим схему атомного механизма перемещения краевой дислокации при сдвиге на одно межатомное расстояние (рис.2.8). Под действием внешних сил атомы экстраплоскости А получат некоторое перемещение на расстояние, не превышающее межатомное (рис.2.8а). Вследствие этого смещенная экстраплоскость будет упруго взаимодействовать с атомами нижней части соседней полной плоскости ВС (рис.2.8б); при этом разрушится межатомная связь на участке B - C. В результате возникает новая полная плоскость АС   ), а функции полуплоскости передаются верхнему ряду атомов соседней, бывшей полной плоскости BC. Тем самым краевая дислокация перемещается на одно межатомное расстояние. На следующем этапе (в условиях непрерывного воздействия внешней нагрузки) будут разрываться связи DE и т.д.

Последовательность разрыва и восстановления межатомных связей при движении краевой дислокации

 

Многократное повторение этого процесса приведет к тому, что дислокация выйдет на поверхность кристалла и верхняя его часть сдвинется относительно нижней на межатомное расстояние - возникнет ступенька (рис.2.9).

              а                                                              б                                          в               

 

Перемещение краевой дислокации с выходом на поверхность кристалла (а, б) приведет к сдвигу на величину межатомного расстояния " b" (в)

При таком механизме сдвига в каждый момент времени в нем участвуют не все атомы по обе стороны от плоскости скольжения, а только те, которые находятся в области дислокации. Происходит поочередное, эстафетное перемещение атомов на величину, меньшую межатомной, в результате чего дислокация скользит через весь кристалл на большие расстояния. Если при одновременном смещении одной части кристалла относительно другой (т.е. по схеме жесткого сдвига) нужно мгновенно разрывать все межатомные связи между плоскостями P и Q, то для перемещения дислокации вполне достаточно разорвать связи только между небольшим числом атомов, находящихся в непосредственной близости от дефекта (В-С ). Именно этим объясняется низкое опытное значение критического напряжения сдвига.

Движение единичной дислокации с выходом на поверхность кристалла и образованием ступеньки представляет собой элементарный акт пластической деформации, при этом величина сдвига b дискретна, она кратна межатомному расстоянию. Макроскопический сдвиг набирается из множества единичных. Отражением этого является формирование больших ступенек, которые при рассмотрении под оптическим микроскопом наблюдаются в виде линий скольжения.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: