9. Базовые понятия теории дислокаций
Дислокации являются наиболее важными среди различных дефектов кристаллического строения. Их поведение определяет механические свойства кристаллических тел. Кроме того, дислокации могут играть значительную роль при кристаллизации, фазовых превращениях в твердом состоянии и ряде других явлений. Поэтому знакомство с теорией дислокации совершенно необходимо для специалистов в области металловедения и обработки материалов.
9.1. Контур Бюргерса
Дислокации представляют собой линейные дефекты, т. е. дефекты, которые имеют значительно большую протяженность в одном направлении, чем в любом другом, перпендикулярном к этому преимущественному направлению.
Дислокации, которые имеются в реальных кристаллах и которые мы будем здесь рассматривать, могут быть представлены как результат разреза, оканчивающегося на некоторой цилиндрической полости7, смещения обеих частей разреза относительно друг друга и последующего их соединения.
Если это относительное смещение двух частей кристалла имеет составляющую, перпендикулярную плоскости разреза, то перед повторным соединением необходимо добавить или удалить материал, и, наконец, последней операцией может быть заполнение цилиндрической полости материалом. В результате такой операции разрезания и соединения возникает некоторое поле внутренних напряжений и деформаций, сосредоточенное вокруг цилиндрической полости, на которой оканчивался первоначальный разрез, или сосредоточенное вокруг сильно нарушенного материала на месте полости, если она впоследствии была заполнена.
Относительное смещение частей кристалла вдоль разреза имеет определенную величину и направление, т. е. является вектором, который характеризует образованную дислокацию. Это вектор, обычно обозначаемый символом b, был назван вектором Бюргерса в честь Ж. М. Бюргерса, внесшего большой вклад в развитие теории дислокаций. Ось первоначальной цилиндрической полости называется осью дислокации.
Бюргерс предложил метод, детально развитый впоследствии Франком, который в принципе позволяет дать определение вектора Бюргерса дислокации, а также может быть использован для более точного определения термина «дислокация».
|
Рис. 16. Контур Бюргерса, охватывающий краевую дислокацию <100> {100} в простой кубической структуре |
Представим себе два кристалла, один из которых совершенный, а другой во всем подобен первому, но содержит дислокацию. Теперь выберем некоторый путь, проходящий по атомам решетки таким образом, чтобы в совершенном кристалле он был бы замкнутым. Точно такой же путь в несовершенном кристалле, если внутри его окажется ось дислокации, не будет замкнут. Для случая наиболее простой дислокации это показано на рис.16. Если путь обхода в кристалле окружает ось дислокации и перемещение осуществляется только в так называемом хорошем материале, то какой бы путь ни был выбран, незавершенная часть пути (т. е. вектор, замыкающий контур) равна вектору Бюргерса дислокации. Этот путь назван контуром Бюргерса. а под «хорошим» подразумевается такой материал, в котором не изменен характер соседства в расположении атомов. Таким образом, точечный дефект и атомы в непосредственной близости к нему, а также ближайшие атомы, окружающие ось дислокации, составляют «плохой» материал. Иными словами, дислокация может быть определена как линейный дефект, вокруг которого контур Бюргерса не замкнут.