» » Смещения в простой кубической структуре (типы дислокаций)
22.01.2015

Перенесенному на простую кубическую решетку внедренному шарику в модели на рис. 7.2.2 соответствует внедренная плоскость (рис. 7.2.3). Нарушения равновесия в решетке обусловливают напряженное состояние в окрестности внедренной плоскости. В верхней половине решетки существуют напряжения сжатия, в нижней напряжения растяжения. Край внедренной плоскости, перпендикулярный к обозначенной плоскости, в этом случае является линией дислокаций. Она находится в плоскости решетки, которая должна быть плоскостью скольжения для двигающейся дислокации. Движение такой линии дислокации по плоскости, служащей плоскостью скольжения, под действием напряжения сдвига происходит при изменении направления сил связи (см. рис. 7.2.3). Аналогично модели шаров (см. рис. 7.2.2) при движении на один шаг положение отдельных атомов изменяется лишь незначительно. После того как линия дислокации прошла плоскость скольжения, считается, что в кристаллите совершился элементарный акт скольжения (см. рис. 7.2.3). Дислокация вышла из кристаллита, и нестабильное состояние равновесия вокруг линии дислокаций исчезло. Чтобы осуществить последующие шаги скольжения, необходимо образование новых дислокаций от какого-либо источника (см. источник Франка-Рида).
Смещения в простой кубической структуре (типы дислокаций)

Наряду с линейным вектором линии дислокаций, который характеризует движение дислокации в кристаллите, можно ввести в качестве следующей определяющей величины вектор Бюргерса. Он указывает величину смещения и его направление относительно линейного вектора дислокаций при построении контура Бюргерса, которое предпринимается вокруг дефектного места в пространстве ненагруженного кристалла с целью количественного описания дефекта. Подсчет переходов от атома к атому от M до Q (рис. 7.2.4, а) после завершения контура, который проводится вокруг дефекта в области ненарушенного кристалла, сравнивается с контуром равного числа смещений в бездефектном, так называемом "идеальном кристалле" (рис. 7.2.4, б).
Смещения в простой кубической структуре (типы дислокаций)

Сравниваемый контур, однако, в противоположность контуру вокруг дислокаций не замыкается. Между начальной точкой M и конечной точкой Q получается вектор b, который отводится назад к начальной точке и называется вектором Бюргерса. Вектор Бюргерса b является свободным вектором, так как внутри ненарушенной области кристалла контур вокруг линии дислокации (см. рис. 7.2.4, а) может быть смещен произвольно, а вектор b в окончательном сравнении контуров (см. рис. 7.2.4, б) сохраняется по величине и направлению. Вектор Бюргерса соответствует величине скольжения, если дислокация выходит на поверхность по своей плоскости скольжения из рассматриваемой области решетки.
Этим наглядно иллюстрируется, что дислокация может перемещаться на макроскопические расстояния, в то время как отдельные атомы испытывают наибольшую степень сдвига в пределах вектора Бюргерса. Если в области кристаллита, включенной в контур Бюргерса, находятся несколько линий дислокаций, то векторная сумма векторов Бюргерса образует результирующий вектор Бюргерса группы дислокаций. Он характеризует общее действие всех смещений от дислокаций, содержащихся в группе.
Нужно выделить различные типы дислокаций в зависимости от угла между вектором Бюргерса и линией дислокаций (линейным вектором), лежащего в интервале от 0 до 90°. В рассматриваемом примере вектор Бюргерса расположен перпендикулярно к линейному вектору. Обозначаемый тип дислокации — речь идет о краевой дислокации — соответственно называется 90°-дислокация.
Смещения в простой кубической структуре (типы дислокаций)

Для наглядного изображения различных типов дислокаций и вызываемого ими смещения кристаллической решетки подходит упругое кубическое тело с координатной сеткой (рис. 7.2.5). Это тело для изображения дислокаций и связанного с ней напряженного состояния соответствующим образом надрезается (см. рис. 7.2.5, а) и после сдвига ребер друг к другу снова соединяется (рис. 7.2.5, б).
Ступенчатое смещение, или смещение на 90°, рассматриваемое в предшествующем абзаце, возникает в этой модели благодаря надрезу через плоскость куба параллельно верхнему и нижнему ребру. По глубине надрез выполняется только через часть куба (см. рис. 7.2.5, а). Перпендикулярно к плоскости куба, надрезанной по всей ее ширине в направлении глубины резания, верхняя половина по отношению к нижней сжимается на величину параметра решетки, а затем снова составляется (объединяется). Этим самым в сжатой верхней зоне образуются напряжения сжатия, которые находятся в равновесии с напряжениями растяжения в растянутой нижней зоне.
Эта модель краевой, или 90°-дислокацией, обозначается символом I, считается положительной. Горизонтальный штрих означает плоскость сечения или плоскость скольжения, вертикальный штрих обозначает вставленную полуплоскость. Соответственно символ T обозначает отрицательную краевую дислокацию. В этой модели внесенная полуплоскость, следовательно, подразумевается в нижней части. При возникновении однородных ступеней скольжения положительные дислокации двигаются навстречу отрицательным. Ступени скольжения возникают в направлении движения краевой дислокации. Слияние двух краевых дислокаций с противоположными знаками на соседних плоскостях скольжения ведет к их взаимному уничтожению.
Смещения в простой кубической структуре (типы дислокаций)

Для представления винтовой дислокации куб надрезается также по ширине поверхности до определенной глубины. Теперь у конца надрезанной поверхности обе половинки сдвигаются параллельно друг к другу на параметр решетки и снова соединяются (рис. 7.2.6, а). Линия дислокации поэтому подразумевается на исходе смещения. Контур Бюргерса, проведенный вокруг винтовой дислокации, образует в рассматриваемом кристалле вектор Бюргерса, параллельный линии дислокации (рис. 7.2.6, б). Соответственно углу между вектором Бюргерса и линейным вектором эта дислокация называется 0°-дислокацией. Решетка искажается спирально, причем величина вектора Бюргерса соответствует высоте хода мысленно заданного винта. Если винтовая дислокация проходит через решетку, то возникает атомарное смещение параллельно линии дислокации и перпендикулярно ее направлению движения.
Условно положительные винты с правой резьбой обозначаются символом о, соответственно отрицательные винты с левой резьбой обозначаются ®. Символы соответствуют данным о направлениях тока в учении об электричестве.
Если в рассматриваемой модели надрезаются две взаимно перпендикулярные плоскости куба параллельно к их ребрам только на части длины ребра и верхняя половина после смещения снова соединяется с нижней, то в этой модели возникают условия смешанной, или γ-дислокации. Часть куба, считающегося упругим, обладает напряжениями сжатия и растяжения как при краевой дислокации, которые затем переходят в спиральные искажения в окружении винтовой дислокации. На плоскости куба имеется чисто винтовое смещение (вектор Бюргерса параллелен линейному вектору), на другой плоскости существует краевое смещение (вектор Бюргерса перпендикулярен к линейному вектору) (рис. 7.2.7).
Смещения в простой кубической структуре (типы дислокаций)

Если разделение, возникающее благодаря упомянутому надрезу, распространяется с закруглением на четверть круга радиально при помощи модели кубического тела, то при этом происходит элементарный сдвиг (скольжение) (рис. 7.2.8). Вдоль границы, считающейся линией дислокации, характер смещения постоянно изменяется между 0°-(винтовое) и 90°- (ступенчатое) смещением. Соответственно при этом постоянно изменяется угол между направлением скольжения и изогнутой линией дислокации, выходящей из области кристаллита, от 0 до 90°.
Смещения в простой кубической структуре (типы дислокаций)

Благодаря такому модельному представлению можно понять образование ступеней скольжения в кристаллите, в котором на плоскости скольжения радиально расширяется замкнутый круг (петля) дислокаций. В петле дислокаций изменяется характер дислокации от положительной винтовой дислокации к положительной краевой дислокации и далее через отрицательную винтовую дислокацию к отрицательной краевой дислокации и снова к положительной винтовой дислокации (рис. 7.2.9).
Смещения в простой кубической структуре (типы дислокаций)

Линия дислокации представляет при этом границу между зоной скольжения и зоной нескольжения. Если расширяющаяся петля достигает границ кристаллита, то совершилось соскальзывание на величину вектора Бюргерса. Большие величины скольжения кристаллита кратны величине вектора Бюргерса и достигаются вследствие расширяющихся петель дислокации. Круги дислокаций исходят при этом от источника дислокаций, действующего в кристаллите (см. источник Франка - Рида).