2.10.5. Движение дислокаций

Скольжение (консервативное движение) краевой и винтовой дислокаций. Дислокации могут двигаться скольжением (консервативно) в плоскости, содержащей дислокацию и вектор Бюргерса. При этом скольжение дислокации облегчено вследствие того, что в каждый момент времени идет процесс поочередного, эстафетного перемещения атомов на расстояния, меньшие межатомного, и в этом движении участвуют не все атомы, а только находящиеся в области дислокации.

Таким образом, скольжение дислокации не связано с переносом массы и не является диффузионным процессом. В результате значение критического скалывающего напряжения, необходимого для начала скольжения дислокации (ткр = 0,2—1,0 МПа), примерно на 3—4 порядка меньше теоретического значения, полученного из теории «чистого сдвига», в соответствии с которой скольжение представляется в виде одновременного смещения всех атомов одной части кристалла относительно другой.

На рисунке 2.24 показана схема скольжения (консервативного движения) краевой дислокации под действием касательных (сдвиговых) напряжений т в плоскости Р. До перемещения дислокации положение атомов обозначено темными кружками, после ее перемещения на одно межатомное расстояние — светлыми кружками.

Схема перемещения краевой дислокации скольжением в плоскости Р на одно межатомное расстояние

Рис. 2.24. Схема перемещения краевой дислокации скольжением в плоскости Р на одно межатомное расстояние

В первоначальный момент времени положение дислокации обозначено значком X, при этом дислокация находится в полуплоскости Q (экстраплоскости). Далее под действием напряжения т происходит смещение атомов, находящихся в области дислокации, на малую долю периода; атомы верхней части кристалла смещаются влево, а атомы нижней части — вправо. В результате атомная плоскость Q'L разрывается, и нижняя половина прежней плоскости Q'L объединяется с бывшей полуплоскостью Q, образуя новую плоскость QL. При этом верхняя часть прежней плоскости Q'L становится новой полуплоскостью Q' (экстраплоскостью), а дислокация передвигается влево на одно межатомное расстояние; новое положение дислокации обозначено значком с'Ь.

Из рисунка 2.24 видно, что при скольжении дислокации не требуется одновременного разрыва межатомных связей между всеми пограничными атомами по обе стороны от плоскости скольжения Р; достаточно разрыва связи в данный момент лишь между двумя граничными цепочками атомов в одной вертикальной плоскости (в данном случае в плоскости Q'L).

Далее элементарный акт скольжения дислокации повторяется, граница зоны сдвига (дислокация) перемещается в плоскости скольжения «по эстафете». При выходе дислокации на поверхность сама она исчезает, образуя на поверхности ступеньку, а верхняя половина кристалла оказывается сдвинутой относительно нижней половины на одно межатомное расстояние.

Винтовая дислокация также может двигаться консервативно скольжением в какой-либо плоскости, образуя ступеньку сдвига.

На рисунке 2.25 показана схема перемещения атомов при перемещении винтовой дислокации скольжением на одно межатомное расстояние. Плоскость скольжения дислокации совмещена с плоскостью рисунка. Данный рисунок аналогичен рис. 2.20, б. В исходном положении (до скольжения) дислокация занимает область между атомными рядами 5 и 7, атомы соединены сплошными линиями (см. пояснения к рис. 2.20, б). Особенности, отмеченные при скольжении краевой дислокации, свойственны и консервативному движению (скольжению) винтовой дислокации (в текущий момент времени перемещение атомов происходит только внутри области несовершенства; при передвижении дислокации на целый период атомы передвигаются лишь на доли периода решетки).

Перемещение винтовой дислокации слева направо на одно межатомное расстояние

Рис. 2.25. Перемещение винтовой дислокации слева направо на одно межатомное расстояние:

исходное положение дислокации находится между вертикальными атомными рядами 5 и 7, новое положение дислокации — между рядами 6 и 8 CD — ось дислокации (И. И. Новиков)

Для скольжения винтовой дислокации характерно (рис. 2.25) согласованное перемещение атомов ядра дислокации, образующих винтовую лестницу, вверх и вниз поддействием сдвигающих напряжений. При этом атомы левой, относительно плоскости сдвига, части кристалла (см. рис. 2.20, а), которые на рис. 2.25 находятся под плоскостью скольжения, перемещаются вверх, атомы же правой части кристалла (см. рис. 2.20, а), которые на рис. 2.25 находятся над плоскостью скольжения, — вниз. А дислокация движется перепендикулярно перемещению атомов и вектору Бюргерса (напомним, что краевая дислокация движется в направлении сдвига и параллельно вектору Бюргерса). После перемещения дислокации на один период решетки ее новое положение — между атомными рядами 6 и 8 (атомы после элементарного передвижения винтовой дислокации соединены на рис. 2.25 штриховыми линиями).

Винтовая дислокация обладает еще одним важным свойством: вокруг нее имеет место цилиндрическая симметрия искажения кристаллической решетки, при этом, если, например, обратиться к рис. 2.20, расположение атомов в области дислокации будет идентично для любых вертикальных

Поперечное скольжение винтовой дислокации. Дислокация, скользящая в плоскости Р, при встрече с барьером переходит посредством поперечного скольжения в плоскость Q, затем — в плоскость Я

Рис. 2.26. Поперечное скольжение винтовой дислокации. Дислокация, скользящая в плоскости Р, при встрече с барьером переходит посредством поперечного скольжения в плоскость Q, затем — в плоскость Я;

АС, АС, А"С" — последовательные положения оси дислокации

плоскостей, проходящих через линию CD. Вследствие этого винтовая дислокация может скользить в любой кристаллографической плоскости, которая содержит ось дислокации и вектор Бюргерса. Она может переходить из одной плоскости скольжения в примыкающую к ней другую плоскость, имеющую общее с ней направление скольжения.

В отличие от краевой винтовая дислокация не определяет однозначно плоскость скольжения. При встрече с каким-либо барьером в первоначальной плоскости скольжения винтовая дислокация может переходить консервативным (недиффузионным) путем (т. е. без переноса массы) из одной атомной плоскости в другую; этот процесс называется поперечным скольжением. Процесс поперечного скольжения винтовой дислокации показан на рис. 2.26.

Переползание краевой дислокации

Рис. 2.27. Переползание краевой дислокации: на дислокации CD появляются пороги EFи KL, дислокация становится ломаной линией CLKFED, при этом часть дислокации (FK) переползает вверх в плоскость скольжения, параллельную первоначальной плоскости скольжения Р

Для краевой дислокации симметрия искажения кристаллической решетки нехарактерна. Это видно из рис. 2.18: введение в кристалл краевой дислокации приводит к сжатию верхней части кристалла (над дислокацией) и растяжению его нижней части (под дислокацией). Однако краевые дислокации также могут выходить из своей плоскости скольжения — за счет так называемого процесса переползания (рис. 2.27).

Переползание (неконсервативное движение) краевой дислокации. Осуществляется путем или диффузионного перемещения и присоединения к дислокации точечных дефектов (вакансий, междоузельных атомов), или соответственно «отщепления» и диффузионного оттока точечных дефектов от дислокации.

В обоих случаях на краевой дислокации образуются пороги (см. рис. 2.27), и ее часть, двигаясь перпендикулярно вектору Бюргерса и плоскости скольжения, «переползает» в плоскость скольжения, параллельную первоначальной.

Поскольку процесс переползания — диффузионный, связанный с переносом массы, он преимущественно реализуется только при высоких температурах. При этом равновесное количество порогов п на единице длины дислокации определяется выражением

где п0 — число атомов на единице длины дислокации; Еп — энергия образования порога (~1 эВ для единичного порога, имеющего высоту, равную одному межатомному расстоянию); к — постоянная Больцмана; Т — температура образца.

В целом энергия активации процесса переползания определяется как

где Ев — энергия активации самодиффузии.

Отметим, что пороги могут двигаться также вдоль линии дислокации за счет поглощения точечных дефектов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >