Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами

Дислокации и собственные точечные дефекты

Дислокации и собственные точечные дефекты. Как уже отмечалось, если в кристалле концентрация собственных точечных дефектов (вакансий, междоузельных атомов) отличается от равновесной, то дислокации (так же как и границы зерен и субзерен, двойниковые границы, поры) являются как источниками собственных точечных дефектов, так и стоками. Примечательно, что дислокации неодинаково взаимодействуют с вакансиями и междоузельными атомами, т. е. существует асимметрия взаимодействия дислокации с собственными точечными дефектами разного вида (преференс).

В отсутствие внешних напряжений происходит преимущественное поглощение дислокациями междоузельных атомов, поскольку эти атомы создают более сильные поля напряжений в кристаллической решетке по сравнению с вакансиями. Данный эффект может явиться одной из причин радиационного вакансионного распухания (свеллинга) реакторных материалов, когда пересыщение вакансий (из-за предпочтительной абсорбции дислокациями междоузельных атомов) приводит к интенсивному порообразованию (и возможному зарождению трещин) в объеме образца.

В случае приложения к кристаллическому образцу внешнего растягивающего напряжения дислокации с вектором Бюргерса, параллельным приложенному растягивающему напряжению, преимущественно поглощают междоузельные атомы, а дислокации с вектором Бюргерса, перпендикулярным внешнему приложенному напряжению, — вакансии.

Отметим, что, помимо вакансионного распухания в реакторном материаловедении, в настоящее время также остро стоит проблема создания малоактивируемых материалов, т. е. сплавов с быстрым спадом наведенной радиоактивности.

Использование подобных конструкционных сплавов позволило бы улучшить экологию и резко снизить расходы на их утилизацию после окончания работы реактора. В ряду таких малоактивируемых материалов весьма перспективными являются, к тому же практически не распухающие, сплавы на основе ванадия (с добавками титана и хрома, например V + 4% Ti + 4% Сг). Они рассматриваются как кандидатные для использования в качестве перспективных конструкционнх материалов при создании будущего термоядерного реактора.

Напомним, что междоузельные атомы образуются в кристаллических материалах (в частности, металлах и сплавах) в основном при облучении высокоэнергетическими частицами. В большинстве же случаев основными собственными точечными дефектами в металлах и сплавах являются вакансии. Сверхравновесные вакансии, помимо облучения, образуются в больших количествах также при закалке металлов и сплавов.

При пластической деформации кристаллических твердых тел возможно образование как вакансий, так и (с меньшей вероятностью) междоузельных атомов. Тогда точечные дефекты возникают при движении винтовых дислокаций с порогами (краевыми компонентами). Такого рода пороги на винтовых дислокациях могут образоваться при пересечении дислокаций (винтовой с винтовой или винтовой с краевой).

Как вакансии, гак и междоузельные атомы поглощаются краевыми дислокациями с образованием на них порогов, при этом происходит переползание краевых дислокаций. При осаждении же вакансий (или группы вакансий) на винтовых дислокациях формируются так называемые геликоидальные дислокации. На рисунке 2.45 изображена одна из возможных схем образования геликоидальной дислокации.

Схема последовательного образования геликоидальной дислокации за счет присоединения вакансии Vк винтовой дислокации АС (по Коттреллу)

Рис. 2.45. Схема последовательного образования геликоидальной дислокации за счет присоединения вакансии Vк винтовой дислокации АС (по Коттреллу)

Первоначально вакансия или группа вакансий осаждается на прямолинейной винтовой дислокации; поглощая вакансию, дислокация искривляется, образуя один виток спирали (геликоида). Если в различных участках вдоль дислокационной линии происходит поглощение ею других групп вакансий, то дислокация становится спиральной (геликоидальной). При этом она уже будет не чисто винтовой, а смешанной дислокацией, у которой по спирали закручена сама дислокационная линия. Ее вектор Бюр- герса (инвариант дислокации), не изменивший своего направления при трансформации прямолинейной винтовой дислокации в геликоидальную, параллельный оси спирали, составляет с линией геликоидальной дислокации разные углы на различных ее участках. Геликоидальные дислокации наблюдаются при исследовании структуры закаленных металлов и сплавов в просвечивающем электронном микроскопе.

Следует отметить, что примесные атомы в отличие от собственных точечных дефектов не исчезают на дислокациях, сохраняя свою индивидуальность и образуя вокруг дислокаций так называемые примесные атмосферы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >