9.2. Типы дислокаций и их движение

Винтовая дислокация. В изотропной сплошной среде дислокация полностью описывается её вектором Бюргерса и направленном её оси. Следовательно, любая операция разрезания кристалла, сдвига и соединения при условии, что различные разрезы оканчиваются па одинаковых цилиндрических полостях и что величина и направление относительного смещения двух частей кристалла одинаковы, будет приводить к возникновению одинаковых дислокаций.

В частности, разрез, оканчивающийся на прямой цилиндрической полости, и последующее относительное смещение двух частей кристалла параллельно оси полости приводят к возникновению нарушения (рис.17), не зависящего от азимутальной ориентации разреза.

Рис.17. Правовинтовая дислокации с вектором Бюргерса b

В этом случае последовательность параллельных плоскостей, которые первоначально были перпендикулярны оси, преобразовалась в непрерывную спираль с шагом b. Такая дислокация называется винтовой. Все дислокации, вектор Бюргерса которых параллелен их оси, являются винтовыми. На рисунках их иногда отмечают символами Ѕ или г, различая тем самым «право»- и «лево» - винтовые дислокации.

Краевые дислокации. Другой тип дислокаций, называемых краевыми дислокациями, возникает, когда направленне относительного смещения двух частей кристалла (вектор Бюргерса) выбрано перпендикулярно краю разреза (т. е. оси дислокации). Дислокация, представленная на рис. 16, принадлежит к этому типу. На рис. 18 показано, каким образом можно образовать одну и ту же краевую дислокацию, производя разрезы под произвольными углами к оси, при условии, что величина и направленно относительного смещения сохраняются неизменными.

Наименование «краевая» дислокация происходит от того, что она может быть наглядно представлена как нарушение на краю дополнительно вставленной плоско-параллельной пластины того же материала (рис. 18, в). Краевая дислокация обозначается символом _┴ (см. рис. 16) или ┬, или таким же символом любой другой ориентации, отражающим ориентацию вставленной добавочной пластины. Вместо символов _┴ и ┬ иногда используются также знаки «+» и «-», обозначающие «положительную» и «отрицательную» краевые дислокации соответственно.

Рис.18. Три различных способа создания одной и той же положительной краевой дислокации: после того как сделан разрез, соединяют обе стороны разреза, жестко смещая их относительно друг друга на величину b: а – разрез параллелен b; б – разрез наклонен к b, в – разрез перпендикулярен к b

Смешанные и криволинейные дислокации. Помимо предельных случаев, когда вектор Бюргерса перпендикулярен оси дислокации (краевая дислокация) или параллелен ей (винтовая дислокации), возможна любая промежуточная ориентация. Дислокации с такой промежуточной ориентировкой вектора Бюргерса называются смешанными. Смешанная дислокация во всех отношениях может рассматриваться как наложение краевой дислокации (так называемой краевой составляющей) с вектором Бюргерса b_┴ = b sin α. и винтовой дислокации (именуемой винтовой составляющей) с b_s = b cos α, где α - угол между осью дислокации и вектором Бюргерса. Угол α не обязательно должен быть постоянным по всей длине дислокации (действительно, в реальных кристаллах постоянство α очень редкий случай), т. е. дислокация может быть криволинейной. Другими словами, контур разреза, необходимого для образования дислокации, можно выбрать весьма произвольно. Следовательно, дислокация может изменять свой характер от точки к точке, но так как величина относительного смещения двух частей кристалла должна быть неизменной, вектор Бюргерса по всей длине любой дислокации остается постоянным.

Перемещение дислокаций скольжением. Поверхность, задаваемая осью дислокации и ее вектором Бюргерса, называется поверхностью скольжения дислокации. В частном случае, когда ось дислокации лежит целиком в одной плоскости и эта плоскость также содержит вектор Бюргерса, поверхность скольжения вырождается в плоскость и называется плоскостью скольжения.

Причина выбора терминов плоскость и поверхность скольжения становится понятной, если мы рассмотрим поведение дислокаций в реальном кристалле. Дислокации в кристалле могут «скользить» вдоль своих поверхностей скольжения, причем их перемещение в какой-то степени

напоминает распространение упругого возмущения в длинной спиральной пружине или ряби на воде. Это схематически представлено на рис. 19 для случая винтовой дислокации. По мере того как дислокация передвигается слева направо (от положения а до в, верхняя половина материала смещается относительно нижней на величину и в направлении вектора Бюргерса дислокации. Таким образом, скользящее перемещение дислокации вызывает «скольжение» одной части кристалла относительно другой.

Рис.19. Схематическое представление скольжения, вызванного движением винтовой дислокации

Без особого труда можно показать, что деформация сдвига, вызванная скольжением дислокаций, дается выражением

γ = ρ b , (9.1)

где – среднее расстояние, проходимое дислокациями, и ρ – так называемая плотность дислокаций, которая определяется как общая длина всех дислокаций в единице объема материала или как число дислокаций, пересекающих поверхность единичной площади. Вообще говоря, первое из этих определений плотности дислокаций является более предпочтительным, потому что оно позволяет избежать трудностей, связанных с неупорядоченной ориентацией дислокаций.

Дислокации, полностью лежащие в одной плоскости со своим вектором Бюргерса, часто называют скользящими дислокациями, в то время как дислокационные петли, которые не лежит в плоскости с их векторами Бюргерса, называют призматическими дислокациями, потому что их поверхность скольжения имеет форму призмы. При чистом скольжении скользящая дислокация не может покинуть свою плоскость скольжения, а призматическая дислокация – свою поверхность скольжения, за исключением случая чисто винтовой дислокации. В этом случае ось дислокации и вектор Бюргерса параллельны, и нельзя определить плоскость скольжения. Поэтому винтовая дислокация в принципе может перемещаться параллельно самой себе в любом направлении.

Переползание дислокаций. Движение дислокаций скольжением называют «консервативным» в противоположность «неконсервативному» перемещению, которое происходит перпендикулярно плоскости скольжения дислокации и требует диффузионного переноса материала, т. е. образования или поглощения точечных дефектов. Такое перемещение дислокации называется переползанием (climb) пли «неконсервативным» перемещением дислокации. Необходимость переноса материала в процессе переползания становится очевидной, если вспомнить, что краевая дислокация может рассматриваться как дислокация, которая образовалась в результате того, что в решетку вставлена дополнительная неполная пластина материала. Для того чтобы краевая дислокация переползала, эта неполная плоскость должна увеличиваться в размерах или уменьшаться. То же самое, конечно, остается справедливым для краевых компонент смешанных дислокаций.