ДИСЛОКАЦИИ

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Если приглядеться к фотографии кристалла, полученной на электронном микроскопе (рис. 1), то можно увидеть, что периодическое расположение атомов в некоторых местах нарушается. Атомные плоскости следуют одна за другой (на фотографии видны атомные ряды — края этих плоскостей), но вот появляется «лишняя» плоскость, и идеальной кристаллической структуры уже нет.

Наглядное представление о характере искажений кристаллической решетки, которые при этом возникают, дает рис. 2. Видно, что нарушение правильности структуры сосредоточено вблизи одной линии. Можно сказать, что дефект решетки вызван кристаллической полуплоскостью, вдвинутой между правильными плоскостями. Такой дефект кристалла называют краевой дислокацией (обычно его отмечают значком ┴), а край полуплоскости — линией дислокации.

Другой тип дефекта в кристаллической решетке — винтовая дислокация. Представление о характере искажений, происходящих в этом случае, дает рис. 3. Нарушения периодичности опять сосредоточены вблизи одной линии (на рис. 3 она показана пунктиром). Эта линия — ось винта, состоящего из атомных плоскостей. Как видно, она перпендикулярна нарушенным плоскостям, в то время как линия краевой дислокации параллельна лишней плоскости.

В общем случае дислокации как дефекты кристаллической решетки представляют собой некоторые линии. Эти линии не обязательно прямые (как в случае краевых и винтовых дислокаций), а могут как угодно изгибаться. Но они должны быть замкнутыми линиями или оканчиваться на поверхности кристалла.

Число дислокационных линий, пересекающих единичную площадку, проведенную внутри тела, называют плотностью дислокаций. Дислокаций много ( ~ 106 — 107 м-2) даже в совершенных монокристаллах. В силь-нодеформированных кристаллах, особенно в металлах, плотность дислокаций достигает 1015 - 1016 м2.

Самый распространенный способ определения плотности дислокаций — травление поверхности специальными составами. Поверхность легче травится в местах нарушенной структуры, и выходы дислокационных линий на поверхность видны как ямки травления.

Дислокации сравнительно легко перемещаются внутри кристалла под действием внешней силы. Перемещение краевой дислокации показано на рис. 4. Видно, что при этом происходит сдвиг атомных плоскостей — пластическая деформация кристалла. Таким образом, пластичность твердого тела связана с наличием в нем дислокаций и возможностью их движения.

В чистых монокристаллах при их нагружении дислокации перемещаются сравнительно легко. А вот если имеются другие дислокации, примеси или границы кристаллических зерен, то дислокации тормозятся и прочность материала повышается. Так, прочность чистого железа при растворении в нем углерода значительно возрастает, и это важный фактор при получении различных сортов сталей.

С другой стороны, совершенно идеальные кристаллы без дислокаций обладают максимальной прочностью, так как при пластической деформации необходимо в таком случае сдвигать друг относительно друга целые атомные плоскости, а для этого нужна огромная энергия-.

Дислокации играют важную роль в процессе роста кристаллов. При росте кристалла каждому следующему атому необходимо выбрать правильное место в кристаллической решетке. Если атомный слой еще не заполнен целиком, то атом «садится» в угол вблизи соседей. Ну, а куда пристроиться атому, когда начинает образовываться следующий слой? Если в кристалле есть, например, винтовая дислокация, то атом «предпочитает» расположиться вблизи ее линии, и отсюда начинается рост следующего слоя. В результате вырастает кристалл с встроенной внутри него винтовой дислокацией. Этим способом можно получать почти идеальные кристаллы (так называемые «усы»), содержащие только одну винтовую дислокацию.

Прочность таких кристаллов примерно в 1000 раз больше, чем у массивных образцов, что близко к теоретическому пределу для идеальных кристаллов. Но к сожалению, «усы» имеют обычно толщину всего в несколько микрометров, а способы выращивания больших идеальных кристаллов пока только разрабатываются.