Единичная дислокация
Cтраница 3
В момент достижения точки бифуркации в открытой системе происходит отбор того ведущего механизма накопления повреждений, который обусловлен протеканием более сложных коллективных процессов. Например, в металле смена масштабов с микро - на макро - связана с изменением накопления повреждений в результате движения единичных дислокаций ( микроскопический уровень) к движению их ансамблей. [31]
Помимо конкретных механизмов коллективного движения дислокаций встречаются и более общие случаи. Дело в том, что по мере увеличения плотности дислокаций взаимодействие между ними возрастает и становится соизмеримым с воздействием на единичную дислокацию со стороны внешних сил. Это явление лежит в основе перестройки дислокационной субструктуры. Некоторые теоретические работы позволяют предполагать, что такая перестройка начинается в момент потери устойчивости предшествующей дислокационной субструктуры. [32]
Кроме того, в данной работе впервые проведена оценка активационных параметров в области деформации ниже макроскопического порога хрупкости Si. Особая деформационная способность приповерхностного слоя по сравнению с объемом кристалла находит подтверждение в работах по абразивной обработке полупроводников [96, 97, 102, 553, 554], в которых показано, что при переходе к определенной степени дисперсности абразива ( для Si порядка 0 25 мкм [96, 97]) можно полностью избежать хрупких трещин и получить чистые единичные дислокации. [33]
Рассмотрим теперь энергетические особенности наиболее распространенной схемы гетерогенного зарождения дислокаций - образование их вблизи поверхностных ступенек. Ступеньки разных знаков А и В превращаются при растяжении кристалла в дислокации А к В в разных системах скольжения I и II. Моноатомная ступенька на поверхности способна образовать не только единичную дислокацию, но при определенных условиях может действовать как источник множества дислокаций по двум системам скольжения. Коэффициент концентрации напряжений К на ступени роста выражается формулой [341] К 1 а ( а / г) / 2, где а - высота ступеньки; г - радиус кривизны ее основания; а - постоянный коэффициент. [34]
В некоторых естественно выросших или искусственно выращенных кристаллах иногда встречаются дислокации с большими векторами Ь, состоящими из нескольких ( даже многих) трансляций. Однако более типичным, в том числе и в таких кристаллах, является возникновение единичной дислокации. При этом поскольку кратчайшими являются межатомные расстояния вдоль плотноупакованных направлений, именно этим направлениям отвечают вектора Бюргерса наиболее часто встречающихся единичных дислокаций. [35]
Эти результаты совместно с рядом других данных ( например, см. раздел VII.85) дают основания полагать, что скорость роста может быть пропорциональна количеству дефектов в кристалле, и что разная степень дефектности дает разные скорости роста. Если такое заключение правильно, то встает вопрос, может ли оно быть объяснено с позиций спирального механизма роста. Согласно этому механизму, большое количество дислокаций, находящихся на достаточном удалении друг от друга, дают такую же скорость роста, что и единичная дислокация. Однако Бартон с сотрудниками [ Burton, Cabrera, Frank, 1951, стр. В этом случае их активность увеличивается. Это может служить объяснением наблюдаемым фактам, хотя только ограниченное число дислокаций может увеличить свою активность таким образом. Такая группа дислокаций может, видимо, образовать единственный центр на грани. Требуется большее количество данных относительно скоростей роста кристаллов разной степени совершенства. [36]
Бюргерса, равное расстоянию между узлами кристаллической решетки, an - целое число. Так как всегда п п, то энергия Гиббса большой дислокации с вектором Бюргерса b nb0 существенно больше энергии Гиббса п дислокаций с вектором Ьа, а следовательно, большая дислокация, как только к тому представляется возможность, распадается на п единичных дислокаций. Единичная дислокация, в свою очередь, может разделиться на несколько частичных дислокаций, если только это возможно без серьезного нарушения кристаллического порядка в области между частичными дислокациями. [37]
Бюргерса, равное расстоянию между узлами кристаллической решетки, an - целое число. Так как всегда п п, то энергия Гиббса большой дислокации с вектором Бюргерса b nb0 существенно больше энергии Гиббса п дислокаций с вектором Ьа, а следовательно, большая дислокация, как только к тому представляется возможность, распадается на п единичных дислокаций. Единичная дислокация, в свою очередь, может разделиться на несколько частичных дислокаций, если только это возможно без серьезного нарушения кристаллического порядка в области между частичными дислокациями. [38]
 |
Флуктуационное движение дислокации через кристалл со стопорами ( Uт - сдвигающее напряжение. [39] |
Перемещение дислокаций приводит к пластической деформации кристаллов. Поскольку вклад каждой отдельной, дислокации невелик, пластическая деформация металлов происходит в результате перемещения огромного количества дислокаций. Перемещение единичной дислокации в кристалле объемом V вызывает элементарную деформацию кристалла & HSi / V, где S - площадь поперечного сечения кристалла. При этом перемещаются - 1010 дислокаций на каждый кубический сантиметр объема кристалла три его деформациях на десятые доли процента. [40]
Существует по крайней мере три процесса, контролирующих скорость деформации в TiC, и каждый из них является определяющим в своей области температур. Роуклайф [37] предложил дислокационный механизм сдвига в карбидах, определяемый диффузией углерода. Согласно принятому Роуклайфом механизму, единичная дислокация расщепляется на частичные дислокации Шокли и при движении дислокации атомы металла движутся через углеродные позиции. Для этого прежде всего необходимо, чтобы атомы углерода диффундировали от одной октаэдрической или тетраэдриче-ской позиции к другой. [41]
На рис. 51 показана схема образования, перемещения и выхода на поверхность единичной дислокации в монокристалле металла. Из рис. 51, а видно, что скольжение происходит неодновременно: в области В скольжение уже произошло, в области А оно еще не начиналось; область С является промежуточной. Происходит сдвиг на междуатомное расстояние. Промежуточная область С является простым примером единичной дислокации. [42]
В некоторых естественно выросших или искусственно выращенных кристаллах иногда встречаются дислокации с большими векторами Ь, состоящими из нескольких ( даже многих) трансляций. Однако более типичным, в том числе и в таких кристаллах, является возникновение единичной дислокации. При этом поскольку кратчайшими являются межатомные расстояния вдоль плотноупакованных направлений, именно этим направлениям отвечают вектора Бюргерса наиболее часто встречающихся единичных дислокаций. [43]
На рис. IV.1 отсутствует половина атомной плоскости ниже плоскости скольжения. С равным успехом могла бы отсутствовать и верхняя половина плоскости, и в этом случае дислокация имела бы знак, противоположный знаку первой дислокации. Дислокации могут относительно легко двигаться вдоль плоскости скольжения - вся линия дислокации движется параллельно самой себе в направлении штриховой линии. Если сходятся две единичные дислокации противоположных знаков, ясно, что они аннигилируют. [44]
Эта дислокация может пересекаться с другими: AD, CD, BD, лежащими в других плоскостях. Как было отмечено выше, направление ступеньки на дислокации совпадает с направлением вектора Бюргерса пересекающей дислокации. Следовательно, на расщепленной дислокации АС могут образоваться нерасщепленные ступеньки, линии которых располагаются вдоль AD, CD или BD. Ступенька может понижать свободную энергию, диссоциируя по реакции АСАу - - ча - - а. Дальнейшее скольжение такой ступеньки возможно только в том случае, если под действием приложенных напряжений она стянется в отрезок единичной дислокации. Чем больше снижается энергия при диссоциации ступеньки, тем больше приходится затратить энергии на ее стягивание для дальнейшего движения. Если приложенные напряжения недостаточно велики, то ступенька остается расщепленной. Такая ступенька не может скользить и сильно тормозит движение дислокаций. [45]
Страницы: 1 2 3 4