1.1.4. Дислокації

Дислокації - це стехіометричні нерівноважні лінійні дефекти кристалів, що порушують закономірне періодичне чергування атомних площин кристалічної решітки (рис. 1.11).

1.1.4.1. Крайові дислокації

Крайова дислокація – це неповна атомна площина, що розміщується в кристалічній решітці серед звичай-них площин. На рис. 1.12. крайову дислокацію показано на прикладі дво-вимірного кристала, де атомні площини мають вигляд прямих паралельних ліній, серед яких одна з площин AB обривається в точці В. Місце обриву атомної площини або вихід крайової дислокації позначають знаком (рис. 1.12). Наявність зайвої напівплощини викликає викривленість кристалі-чної решітки вздовж лінії дислокації через весь кристал. На рис. 1.12 лінія дислокації проходить через точку В перпендикулярно площині рисунка.

Рис. 1.11. Схема розміщення площин в ідеальному кристалі (а), у кристалі з крайовою (б) та гвинтовою (в) дислокаціями.

Рис. 1.12. Крайова дислокація (проекція у двовимірному кристалі)

У ділянці крайової дислокації, яка знаходиться після обриву площини атоми розміщені на відстанях значно більших, ніж звичайні міжатомні відстані в кристалі. Завдяки цьому виникають умови для переходу атомів із сусідніх вузлів кристалічної решітки, а особливо з позицій між вузлами або домішкових атомів у ділянку кристалічної решітки, де відсутня напівплощина. Якщо ця ділянка буде повністю заповнена атомами, то дислокація зникає.

Крайові дислокації як і інші атомні дефекти, можуть переміщуватися в кристалі. На рис. 1.13 показано схему виникнення та переміщення кравої дислокації під дією зовнішніх сил, які викликають пластичну деформацію кристала типу зсуву. При цьому зміщення однієї частини кристала відносно іншої можна зобразити як поступове переміщення атомних площин, які знаходяться по один бік площини зсуву, відносно атомних площин, розміщених з іншого боку площини зсуву.

Рис. 1.13. Виникнення та переміщення дислокації в кристалі в процесі пластичної деформації зсуву: а - вихідний стан; б - виникнення крайової дислокації; в - переміщення дислокації; r - вихід дислокації на поверхню кристала

Механізм переміщення дислокації полягає в розриві хімічного зв'язку між атомами в одній із площин, що межує з лінією дислокації (рис. 1.13, б), і по-дальшому виникненні нового хімічного зв'язку між атомами в місці розриву площини атомами напівплощини (рис. 1.13, в). акінчується переміщення дислокації її виходом на поверхню кристала (рис. 1.13, г).

Результатом виникнення і переміщення крайової дислокації в процесі пластичної деформації є зміщення однієї частини кристала щодо іншої на одну міжплощинну відстань кристалічної решітки. Утворення дислокацій при пластичній деформації кристала не єдиний шлях їх виникнення. Частіше вони утворюються в процесах росту кристалів, зокрема крайові дислокації виникають при зрощуванні окремих блоків кристалів, які дещо розоріентовані один відносно одного (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Утворення ряду крайових дислокацій при зрощуванні двох блоків у кристалі: а - вихідний стан блоків; б - поява дислокації на межі зрощування блоків

1.1.4.2. Гвинтові дислокації

Поняття про гвинтові дислокації в кристалі було введено Бюргесом у 1939 р. Гвинтова дислокація - це така недосконалість кристалічної решітки, коли закономірне чергування площин у кристалі порушено так, що жодна з них не закінчується в ньому, а самі площини з'єднуються між собою, утворюючи в кристалі одну гвинтоподібну викривлену атомну площину (рис. 1.11, в).

Утворення гвинтової дислокації в кристалі можна уявити як наслідок змі-щення частини кристала на один параметр кристалічної ґратки зверху вниз паралельно площині уявного надрізу ABCD у кристалі (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Схема утворення гвинтової дислокації в кристалі.

Вісь дисло-кації AB у цьому випадку паралельна напрямку зсуву (рис. 2.18), а не перпе-ндикулярна, як у разі крайової дислокації. При кожному перемі-щенні навколо осі дислокації через 180° розміщується практично непорушена ділянка кристалічної решітки (рис. 1.12, в), а через 360° здійснюється положення на один крок гвинта, якій дорівнює міжплощинній відстані в кристалі ( рис. 1.11, в). Навколо осі гвинтової дислокації розміщується ділянка найбільшого викривлення кристалічної ґратки, яка досягає декількох міжатомних, відстаней і називається ядром дислокації. Тобто і крайова, і гвинтова диспокації викривляють навколо себе певний об'єм кристалічної решітки й тому! належність до лінійних дефектів дещо умовна.

При переміщенні дислокацій в об'ємі кристала вони можуть взаємодіяти одна з одною і якщо в цьому випадку знаки дислокацій протилежні, то відбувається анігіляція їх з утворенням ряду точкових дефектів типу вакансій атомів між вузлами (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Взаємодія двох крайових дислокацій при їх русі в кристалі (а) з утво-ренням точкових дефектів (б).

Крім взаємодії одна з одною, дислокації також взаємодіють з точковими дефектами. Взаємодія дислокацій з вакансіями призводить до утворення: в кристалі об'ємних дефектів типу мікропорожнин, а з домішковим атомом до гальмування переміщення в кристалі.

Інші типи дислокацій, наявні у кристалах, можуть бути уявлені як певна сукупність крайової та гвинтової дислокацій.

1.1.5. Інші типи дефектів

Крім атомних дефектів, причиною викривлення кристалічної решітки можуть бути й інші типи дефектів, які суттєво відрізняються за своєю природою від атомних. Серед останніх у першу чергу слід назвати фононні та електронні елементарні збудження, які взаємодіючи з кристалічною решіткою викликають її викривлення.

Фонон, котрий належить до енергетичних дефектів, є квантом енергії пружних коливань кристалічної решітки, якому відповідає хвиля зміщення атомів з положення рівноваги. Енергія фонона становить: Е = h, де - частота коливання атомів.

Фонон можна розглядати як -квазічастинку, здатну