Cтраница 4
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. [46]
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. [47]
Буквенного обозначения пока не имеет. Вначале был получен искусственно [ 117 - 1211, но со временем его обнаружили и в природе. Согласно [117], структура нордстрандита не представляет собой чередования слоев гидрар-гиллнта и байерита. Для него ступень спирального роста ( вектор Бургерса) имеет высоту в два слоя, которые соприкасаются по гидр-аргиллитовому закону, а ступень с растущей поверхностью - по байеритовому. [48]
Буквенного обозначения пока не имеет. Вначале был получен искусственно [ 117 - 1211, но со временем его обнаружили и в природе. Согласно [117], структура нордстрандита не представляет собой чередования слоев гидрар-гиллита и байерита. Для него ступень спирального роста ( вектор Бургерса) имеет высоту в два слоя, которые соприкасаются по гидр-аргиллитовому закону, а ступень с растущей поверхностью - по байеритовому. [49]
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. [50]
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. [51]
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. Если дислокационная линия перемещается скольжением сквозь кристалл, две части кристалла, разделенные, пройденной поверхностью, смещаются друг относительно друга на величину, равную вектору Бургерса. Ни одно из проведенных до настоящего времени вычислений не претендует на точность, однако из таких вычислений и выводов из наблюдений следует, что энергия активации для движения скольжением может быть действительно очень низкой. Иногда это бывает независимо от того, как ориентирована дислокационная линия. Чаще дислокации скользят наиболее легко, если они лежат параллельно определенным кристаллографическим плоскостям, обычно плотно упакованным плоскостям кристалла. В кристалле в таком случае проявляются плоскости скольжения. Это имеет место для большинства металлов и многих других кристаллов. Иногда, как в случае алмаза, скольжение вовсе не происходит при обычных температурах. [52]
Имеются два обстоятельства, видоизменяющие эти заключения. Согласно одному из них, энергия дислокации несколько изменяется с ее кристаллографической ориентацией. Это вызывает только поправки второго порядка. Другое состоит в том, что дислокации, будучи источниками напряжений, взаимодействуют друг с другом на расстоянии. Достаточно здесь сослаться только на простейшие случаи. Параллельные дислокации с векторами Бургерса противоположных знаков всегда притягиваются. Это приводит к их аннигиляции. В более общей форме можно сказать, что если скалярное произведение их векторов Бургерса отрицательно, то дислокации притягиваются и соединяются, образуя новую дислокацию. Именно посредством таких процессов независимые дислокационные линии могут объединяться в сетки. Процесс объединения может протекать быстро путем скольжения, если дислокационные линии лежат в одной и той же плоскости скольжения, и лишь медленно при отжиге при повышенной температуре, если этого нет. Параллельные подобные дислокации всегда отталкиваются, но имеет место кажущееся притяжение между краевыми дислокациями, если они лежат в разных плоскостях скольжения и рассматривается только их движение скольжением. В одной и той же плоскости скольжения они отталкиваются с силой, обратно пропорциональной расстоянию между ними. Но если они меньше h, то дислокации притягиваются, стремясь расположиться вертикально друг над другом, так что область сжатия одной дислокации перекрывает область расширения другой. Подобные конфигурации получаются при отжиге изогнутого кристалла и, хотя не являются истинно стабильными, обладают высокой устойчивостью. Соответствующее взаимодействие с винтовыми дислокациями требует по крайней мере двух различных видов винтовых дислокаций и приводит к перекрещивающимся решеткам или двухмерным сеткам. Преобладающий эффект упругих взаимодействий между дислокациями дает предпочтение двухмерным группировкам с образованием стен, а не истинно трехмерным дислокационным сеткам. [53]
Если эти две решетки совершенны, то, очевидно, будет иметь место эффект двухмерного нониуса или муарового шелка у поверхности их встречи. Вокруг определенных точек в обширном регулярном узоре атомные положения отвечают почти точно непрерывному переходу решетки от одной части к другой; вдоль определенных линий между этими точками узоры совершенно не совпадают друг с другом. Так как межатомные силы, несомненно, стремятся сохранять регулярный узор решетки, эта конфигурация, которая могла бы существовать только в отсутствие сил, действующих на границе, будет преобразована в результате малых атомных смещений таким образом, что области с почти совершенным схождением решеток увеличатся в размерах, а ширина областей несхождения, где плотность энергии сравнительно велика, сократится. Дальнейшее уменьшение энергии могло бы происходить в результате поворота обеих решеток до полной параллельности, но этому могут воспрепятствовать натяжения на других поверхностях этих двух частей кристалла; кроме того, если ось относительного поворота не является нормальной к поверхности и. Узкие полосы несхождения решеток являются дислокациями, как это можно показать, используя данное выше определение вектора Бургерса. [54]
Имеются два обстоятельства, видоизменяющие эти заключения. Согласно одному из них, энергия дислокации несколько изменяется с ее кристаллографической ориентацией. Это вызывает только поправки второго порядка. Другое состоит в том, что дислокации, будучи источниками напряжений, взаимодействуют друг с другом на расстоянии. Достаточно здесь сослаться только на простейшие случаи. Параллельные дислокации с векторами Бургерса противоположных знаков всегда притягиваются. Это приводит к их аннигиляции. В более общей форме можно сказать, что если скалярное произведение их векторов Бургерса отрицательно, то дислокации притягиваются и соединяются, образуя новую дислокацию. Именно посредством таких процессов независимые дислокационные линии могут объединяться в сетки. Процесс объединения может протекать быстро путем скольжения, если дислокационные линии лежат в одной и той же плоскости скольжения, и лишь медленно при отжиге при повышенной температуре, если этого нет. Параллельные подобные дислокации всегда отталкиваются, но имеет место кажущееся притяжение между краевыми дислокациями, если они лежат в разных плоскостях скольжения и рассматривается только их движение скольжением. В одной и той же плоскости скольжения они отталкиваются с силой, обратно пропорциональной расстоянию между ними. Но если они меньше h, то дислокации притягиваются, стремясь расположиться вертикально друг над другом, так что область сжатия одной дислокации перекрывает область расширения другой. Подобные конфигурации получаются при отжиге изогнутого кристалла и, хотя не являются истинно стабильными, обладают высокой устойчивостью. Соответствующее взаимодействие с винтовыми дислокациями требует по крайней мере двух различных видов винтовых дислокаций и приводит к перекрещивающимся решеткам или двухмерным сеткам. Преобладающий эффект упругих взаимодействий между дислокациями дает предпочтение двухмерным группировкам с образованием стен, а не истинно трехмерным дислокационным сеткам. [55]
Чтобы дать наиболее целесообразное общее определение дислокации [5], будем считать, что реальный кристалл построен в плане структуры идеализированного кристалла. Теперь рассмотрим какую-либо линию, проведенную от атома к атому в этом реальном кристалле и замыкающуюся на себя. Эту линию называют контуром Бургерса. Линию имитируют в идеальном кристалле. Чтобы избежать при этом неопределенности, необходимо обойти любые сильно дефектные области в реальном кристалле. Подобной областью является ядро дислокации. Тогда если имитирующая линия в идеальном кристалле не замыкается на себя, то контур в реальном кристалле включает одну или более дислокационных линий. Так как начальная и конечная точки контура отвечали одному и тому же атому в реальном кристалле, то они должны отвечать соответствующим атомам в идеальном кристалле. Вектор Бургерса должен быть поэтому вектором, который связывает два узла решетки, если слово решетка применяется в его строгом смысле. [56]