9.3. Дислокационные узлы и закон Кирхгофа для векторов Бюргерса

Поскольку рассматриваемые здесь дислокации можно описать как результат жесткого смещения обеих частей разреза друг относительно друга и так как вектор Бюргерса равен по величине и направлению этому относительному смещению, то, как было отмечено выше, вектор Бюргерса дислокации должен оставаться неизменным на всей ее длине.

Однако в некоторой точке может встретиться несколько дислокаций, что приводит к образованию так называемых дислокационных узлов. Закон постоянства вектора Бюргерса дислокации имеет своим следствием равенство нулю суммы векторов Бюргерса дислокаций, пересекающихся в узле. При этом предполагается, что все дислокация направлены к узлу.

Последняя часть этого так называемого закона Кирхгофа для векторов Бюргерса по существу содержит правило знаков.

Правило знаков. Хотя величина и направление относительного смещения определяются легко, такие понятия, как левое или правое, вверх или вниз, положительное или отрицательное смещение, нуждаются в пояснении. Для этой цели пользуются правилом знаков, которое является до некоторой степени произвольным, но при последовательном применении дает однозначный результат.

Прежде всего, произвольно выбирается положительное направление оси дислокации. Затем определяется вектор Бюргерса следующим образом: глядя вдоль положительного направления оси дислокации, строят контур Бюргерса в направлении, противоположном движению часовой стрелки. Вектор Бюргерса равен отрезку, на который не замкнут контур, т. е. это вектор, замыкающий контур Бюргерса и проведенный из конечной точки контура к его началу.

Согласно этому определению, при изменении положительного направления оси дислокации на обратное знак вектора Бюргерса меняется на обратный.

9.4. Точечные дефекты

Термин точечые дефекты охватывает два вида дефектов: вакансии и межузельные атомы. В металлическом кристалле лишь такие дефекты (и в первую очередь вакансии) могут находиться в тепловом равновесии. Согласно принятым теориям, вакансии в металлах играют важную роль в процессах диффузии, а также в связанных с нею явлениях, таких, как старение, выде­ление вторичных фаз и отжиг поврежденных кристаллов.

Для того чтобы получить заметные концентрации точечных дефектов в металлических кристаллах, используют следующие пять методов:

1. повреждение кристалла путем бомбардировки ядерными частицами;

2. сохранение высокотемпературной равновесной концентрации точечных дефектов закалкой от высоких температур;

3. пластическая деформация в различных условиях;

4. создание сплавов с заданными отклонениями от стехиометрического состава;

5. осаждение тонких пленок на холодную подложку с помощью испарения в вакууме.

Большинство этих методов используют преимущественно для получения вакансий и управления ими. Исключение составляет лишь метод бомбардировки ядерными частицами, при котором межузельные атомы и вакансии зарождаются в равных количествах.

Источники вакансий в металлах. Для большинства металлов основным видом точечных дефектов, находящихся в тепловом равновесии, являются вакансии, поскольку энергия их образования намного меньше энергии образования межузельных атомов. Поэтому в объеме совершенного кристалла, находящегося в тепловом равновесии, вакансии не могут быть порождены просто путем создания пары вакансия – межузельный атом; они должны зарождаться соответствующими источниками и диффундировать внутрь совершенных объемов решетки для того, чтобы в удаленных от источников областях поддерживалась равновесная концентрация вакансий. Очевидным источником вакансий является свободная поверхность кристалла, где нормальные колебания атомов менее всего затруднены. Очень важным источником вакансий могут быть, по-видимому, и границы зерен, в которых правильное расположение атомов сильно искажено, причем скорость зарождений вакансий здесь та же, что и на свободной поверхности. В результате проведенных исследований установлено, что когерентные границы двойников отжига никогда не являются источниками вакансий и не могут служить для них проводником даже в том случае, когда они пересекают границы зерен, тогда как отдельные некогерентные границы двойников действуют как каналы, через которые вакансии отсасываются из материала однако и эти границы никогда не служат источниками вакансии; внутри кристалла, возможно, существуют некоторые источники вакансий типа пустот или включений однако положительных доказательств того, что источникам .вакансий могут быть дислокации, пока не было получено.

В настоящее время принято считать, что равновесная концентрация точечных дефектов в значительной степени определяется способностью дислокаций к переползанию.

В заключение можно сказать, что существует несколько видов источников, способных генерировать термические вакансии, а именно свободные поверхности, границы зерен и субзерен, дислокации и различные точечные нарушения однородности структуры. Рассмотренные выше случаи относятся главным образом к образованию вакансий в тех объемах решетки, где их концентрация оказывалась ниже равновесной. Однако в условиях пересыщения материала точечными дефектами перечисленные выше источники этих дефектов могли бы действовать также и как ловушки, где точечные дефекты могут аннигилировать; это, в частности, относится к случаю вакансий, зафиксированных закалкой.