Вектор - бургерс
Cтраница 3
Дислокационная линия может двигаться в кристалле двумя существенно различными способами: скольжением и переползанием. При скольжении дислокационная линия движется параллельно ее вектору Бургерса. Для осуществления этого движения ни один из атомов не должен перемещаться больше чем на долю межплоскостного расстояния, причем это очень малая доля, если не считать атомов в самом ядре дислокации, которые в любом случае находятся в положении почти неустойчивого равновесия. [31]
Линия, проведенная через середину искаженной области, называется дислокационной линией. Перемещая контур вдоль этой линии, находим, что вектор Бургерса сохраняет постоянное значение по всей ее длине. Так как дислокация представляет собой изолированный линейный дефект, то ясно, что вектор Бургерса должен представлять собой один из векторов кристаллической решетки. [32]
Дислокации, лежащие у поверхности раздела между двумя различными фазами, представляют особый интерес в связи с химическими реакциями в твердом состоянии. Мы можем выделить два важных класса дислокаций: одни, векторы Бургерса которых лежат параллельно поверхности раздела, и другие, для которых это не имеет места. Простейшим примером первого класса являются дислокации между плоской поверхностью кристаллического субстрата и адсорбированным кристаллическим монослоем. Эта концепция была введена Фрэнком и ван-дер - Мерве [28], которые использовали весьма упрощенную модель для рассмотрения эффектов несовпадения между нормальными межплоскостными расстояниями адсорбированного вещества и субстрата. Они нашли, что до некоторой критической величины несовпадения ( скажем, 10 %, хотя на количественные оценки не следует полагаться) монослой будет деформироваться, чтобы прифасоваться к субстрату, тогда как при более значительных несовпадениях он будет стремиться принять типичное для него межатомное расстояние независимо от межатомного расстояния субстрата. В таком случае образуются дислокации упомянутого типа. [33]
На рисунке показано только семейство плоскостей, которые нормальны к вектору Бургерса; положение атомов показано только в той плоскости, которая является неполной. [34]
Сила, стремящаяся вызвать скольжение дислокации, пропорциональна составляющей приложенного напряжения сдвига на ее плоскость скольжения, взятой в направлении ее вектора Бургерса. Сила на единицу длины равна этой составляющей напряжения, умноженной надлину вектора Бургерса. Она действует в плоскости скольжения в направлении, перпендикулярном линии дислокации. Таким образом, в случае замкнутой петли дислокации, лежащей в ее плоскости скольжения, приложенное напряжение сдвига обладает эффектом двухмерного давления, стремящегося растянуть или сжать равномерно петлю. Эта сила одинакова независимо от того, является ли дислокация краевого, винтового или промежуточного типа. Сила, стремящаяся вызвать переползание, зависит только от краевой компоненты дислокации и, взятая на единицу длины, равна этой компоненте, умноженной на осевое давление, параллельное ей. [35]
Отсюда следует, что суммарная энергия двух единичных дислокаций меньше энергии дислокации с удвоенным вектором. В каждой точке дислокации вектор Бургерса наклонен под некоторым углом к линии, схематически представляющей мгновенное положение дислокации. Если вектор Бургерса перпендикулярен дислокационной линии, то в данном случае имеет место краевая дислокация. При векторе Бургерса, параллельном дислокационной линии, очевидно, имеет место винтовая дислокация. В каждой точке дислокационной линии можно рассматривать дислокацию как сочетание краевой и винтовой дислокаций. [36]
Точка встречи двух или большего числа дислокаций называется узлом дислокаций. Узел образуется в результате наложения двух дислокаций. Результирующая двух одинаковых векторов Бургерса двух дислокаций противоположного знака при этом равна нулю. Узел, образованный более чем тремя дислокациями, неустойчив и распадается на несколько тройных узлов. Во втором случае точки контакта дислокации находятся на некотором расстоянии одна от другой. В месте узла в дислокационной линии может иметь место разрыв. Узлы обладают малой подвижностью и могут представлять точки фиксации дислокационной петли. [37]
Большинство опытов травления, в особенности в металлографии, где травление используется очень широко, проводятся, однако, не на естественных гранях кристалла. В этих случаях, при условии, что воздействию подвергается вещество кристалла и кристалл не покрыт защитной пленкой, как это часто имеет место с металлами, растворение в принципе возможно повсеместно; однако избыточная энергия деформации вблизи дислокации может привести к более быстрому растворению, вызывая ямку у выхода каждой дислокации. В этом случае направление вектора Бургерса не имеет большого значения и все дислокации выявляются. Но из этого не следует, что каждая ямка представляет дислокацию: частицы включенной примеси могут также вызывать появление ямок в результате того, что они деформируют окружающую область кристалла, или вследствие его химической природы, и ямки, которые они вызывают, могут оказаться неразличимы от тех, которые образуются на дислокациях. Наиболее надежное доказательство, что ямки связаны с дислокациями, получается в том случае, когда дислокации группируются на субграницах, так что ямки образуют линию точек на поверхности кристалла. Немногие другие причины могут вызывать появление таких линий, хотя, конечно, следует остерегаться царапин или трещин. Наилучшим примером является пример с травлением очень чистого германия, на котором Фогель и его сотрудники [ 221 подтвердили идентичность дезориентации, измеренной на субгранице методом рентгеновской дифракции и выведенной из расстояния между дислокациями, выявленными в виде ямок травления. Третья возможность связи ямок травления с дислокациями, и, вероятно, одна из наиболее важных, является косвенной и состоит в выделении примесей из твердого раствора на дислокациях, которые в свою очередь дают начало травлению. Это - единственный механизм в случае, когда имеется защитный слой, кристаллическая структура которого не является непрерывным продолжением лежащего под ним исследуемого кристалла. Указанные авторы применили эту теорию потому, что необходимо было объяснить отсутствие ямок травления вблизи границ зерен, поскольку не было причин считать, что дислокации здесь отсутствуют. Предполагается, что вследствие повышенной диффузии на границах зерен и на дислокациях происходит выделение некоторого количества частиц на границах зерен, которое приводит к истощению растворенного - вещества в остальной части границы и на заметном расстоянии ( 20 микрон) вдоль дислокаций, которые оканчиваются на этих границах. [38]
Обычно наблюдаются и более сложные - смешанные дислокации, представляющие комбинацию краевых и винтовых дислокаций. P, которые сдвинуты перпендикулярно вектору Бургерса, относится к краевым, а в точках Q и S, которые сдвинуты параллельно век-тбру Бургерса, - к винтовым. Остальные участки этой дислокации отвечают смешанным дислокациям, которые, в свою очередь, представляют комбинацию ряда краевых и винтовых дислокаций. [39]
Мощность дислокации измеряется длиной ее вектора Бургерса. Геометрия дислокации полностью характеризуется ее вектором Бургерса и ее положением. Винтовая дислокация лежит параллельно ее вектору Бургерса. Краевая дислокация лежит под прямым углом к ее вектору Бургерса. Криволинейная дислокация может варьировать по характеру между краевой и винтовой дислокациями вдоль своей длины, но ее вектор Бургерса остается неизменным. Соответственно дислокационная линия никогда не может закончиться в кристалле. Она может закончиться на свободной поверхности, замкнуться на себя или соединиться с другими дислокациями. [40]
Фрэнк [24] показал, что если мощность дислокации значительна, то равновесное состояние дислокации предполагает наличие пустого ядра в ней. Равновесный диаметр ядра определяется соотношением между поверхностным натяжением твердого тела ( поверхностной свободной энергией) и плотностью энергии деформации, вызванной дислокацией. Появление полых дислокаций можно ожидать обычно при векторах Бургерса, больших 10А и оно должно быть исключено для векторов Бургерса меньшей длины. Может иметь место также случай, когда полая дислокация находится в метастабильном равновесии, хотя ее состояние с наименьшей свободной энергией соответствует замкнутому ядру. Равновесный радиус полого ядра существенно зависит от названных выше параметров, и если он не равен нулю, то, вероятно, должен быть очень значительным, например равным микрону или больше. [41]
Прежде всего такими препятствиями служат дислокации, пересекающие плоскость скольжения. Выше было указано, что наибольшее сопротивление при этом должны испытывать винтовые дислокации, так как движение их порогов приводит к образованию вакансий. Еще большее тормозящее действие оказывают дислокации, лежащие в плоскости скольжения, вектор Бургерса которых имеет нормальную составляющую к плоскости скольжения. [42]
Линия, проведенная через середину искаженной области, называется дислокационной линией. Перемещая контур вдоль этой линии, находим, что вектор Бургерса сохраняет постоянное значение по всей ее длине. Так как дислокация представляет собой изолированный линейный дефект, то ясно, что вектор Бургерса должен представлять собой один из векторов кристаллической решетки. [43]
 |
Дислокации в кристалле кремния. По данным дифракционной рентгенограммы в поле 8X12 мм. Отражение от плоскости ( III, излучение AS ka ( по Лангу. [44] |
Напряженное состояние в зоне дислокации и ее окрестностях может быть исследовано методом фотоупругости. Бонд и Андрус [64] получили фотографию поля напряжений в окрестностях дислокации в кристалле кремния при инфракрасном освещении. Чернышева и Инденбом [65] исследовали по методу фотоупругости распределение напряжений вокруг дислокации с большой величиной вектора Бургерса в кристалле сегнетовой соли. [45]
Страницы: 1 2 3 4