Линейные дефекты или одномерные

Эти несовершенства имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Дефект имеет протяженность несколько межатомных расстояний.

К линейным дефектам относятся дислокации, цепочки вакансий или цепочки межузельных атомов.

Различают дислокации следующих видов: краевые, винтовые, смешанные.

Краевая дислокация – представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызванное в ней наличием в ней «лишней» атомной полуплоскости – экстраплоскости, перпендикулярной к плоскости чертежа (рис. 3).

Рисунок 3. Краевая дислокация

Образуется дислокация при кристаллизации или сдвиге.

Рассмотрим образование дислокации при сдвиге. Возьмем параллелепипед (кристалл) и проведем сдвиг верхней части кристалла относительно нижней на одно межатомное расстояние, при этом сдвиг охватывает не всю плоскость скольжения, а только часть её АВDС, граница АВ плоскости АВDС и будет дислокацией (рис. 4). Линия краевой дислокации перпендикулярна вектору сдвига t. В верхней части кристалла n плоскостей, а в нижней n – 1, т. е. на одну меньше.

Рисунок 4. Сдвиг, создавший краевую дислокацию

Если экстраплоскость находится в верней части кристалла, то дислокация положительная (┴), если в нижней – отрицательная (┬) (рис. 5).

Рисунок 5. Схема положительной и отрицательной дислокации

Край экстраплоскости представляет собой линию краевой (линейной) дислокации, длина которой может достигать многих тысяч межатомных расстояний. Дислокация может быть прямой или выгибаться в ту или другую сторону. Вокруг дислокации на протяжении пяти-семи атомных размеров кристаллическая решетка сильно искажена. Над дислокацией атомы в кристалле уплотнены, а под ней раздвинуты.

Винтовая дислокация – была открыта в 1939г. Бюргерсом. Образуется также при кристаллизации или сдвиге. Винтовую дислокацию можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой.

Винтовая дислокация параллельна вектору сдвига (рис. 6). Рассмотрим винтовую дислокацию образующуюся при сдвиге.

Рисунок 6. Сдвиг, создавший винтовую дислокацию:

а – кристалл до сдвига надрезан по ABCD;

б – кристалл после сдвига; ABCD – зона сдвига

Сдвиг кристалла происходит по плоскости ABCD, винтовая дислокация представляет собой границу деформируемой и недеформируемой частью кристалла, т. е. линию BC.

При наличии винтовой дислокации кристалл можно рассматривать как состоящий из одной атомной плоскости, закрученной в виде винтовой поверхности. На рис. 7 показана винтовая дислокация на атомном уровне.

Рисунок 7. Кристалл с винтовой дислокацией, представляющей собой атомную плоскость, закрученную в виде винтовой лестницы (геликоида)

На рисунке 8 показано расположение атомов в двух вертикальных плоскостях, проходящих непосредственно по обе стороны от плоскости сдвига ABCD. Если смотреть на них со стороны правой грани кристалла, то черные кружки обозначают атомы на вертикальной плоскости слева от плоскости сдвига, а светлые кружки – атомы на вертикальной плоскости справа от плоскости сдвига. Заштрихована образовавшаяся при сдвиге ступенька на верхней грани кристалла.

Рисунок 8. Расположение атомов в области винтовой дислокации

Линия ВС представляет собой границу зоны сдвига внутри кристалла., отделяющую ту часть плоскости скольжения, где сдвиг уже произошел, от той части, где сдвиг еще не начинался.

Различают винтовые дислокации левые и правые. Винтовая дислокация параллельна вектору сдвига.

Смешанные дислокации – являются чисто краевой в точке С и чисто винтовой в точке А (рис. 9).

Рисунок 9. Сдвиг, создавший смешанную дислокацию АС

Смешанная дислокация (АС) имеет форму кривой линии. В промежутке между чисто краевым участком вблизи точки С и чисто винтовым вблизи точки А дислокация имеет смешанную ориентацию, промежуточную между краевой и винтовой.

Искажения кристаллической решетки, вызванные дислокациями.

Дислокации окружены полями упругих напряжений, вызывающих искажение кристаллической решетки.

В краевой дислокации выше края экстраплоскости межатомные расстояния меньше нормальных, а ниже края – больше.

Критерием искажения кристалла служит вектор Бюргерса.

Для определения вектора Бюргерса () краевой дислокации проводят вокруг дислокации контур ABCDE (рис. 10) – против часовой стрелки, одинаковое число межатомных расстояний; разность между контуром идеальной решетки и реальной (с дефектом) – АЕ и есть вектор Бюргерса (обозначают ).

Рисунок 10. Схема определения вектора Бюргерса для линейной дислокации:

а) схема плоскости реального кристалла; б) решетка совершенного кристалла

Вектор Бюргерма позволяет найти силы, требуемые для продвижения дислокации, силы взаимодействия и энергию дислокаций и т.д. В краевой дислокации вектор Бюргерса перпендикулярен к её линии, а у винтовой – параллелен ей.

Дислокации находящиеся в одной плоскости скольжения и имеющие разные знаки (например ┴ и ┬) притягиваются и взаимно уничтожаются (аннигилируют) и наоборот.

Под действием напряжений дислокации двигаются (скользят), что определяет дислокационный механизм пластической деформации.

Дислокации влияют на прочностные пластические свойства металлов; а также и на их физические свойства – увеличивают электросопротивление, скорость диффузии и др.

Скопление примесных атомов внедрения у экстраплоскости дислокации называется облаком (атмосферой) Котрелла, при этом энергия упругих искажений в кристалле понижается.

Важной характеристикой дислокаций является величина плотности дислокации. Под плотностью дислокации понимают суммарную длину дислокации l, приходящуюся на единицу объема V кристалла в см/см³ = см^-2:

В металле имеется большое число дислокаций (10⁶-10¹²см^-2).

Поиск по сайту: