Линейные дефекты

Важнейшие виды линейных несовершенств — краевые и винтовые дислокации. Краевая дислокация в сечении представляет со­бой край «лишней» полуплоскости в решетке. Вокруг дислокаций решетка упруго искажена.

Мерой искажения служит так называемый вектор Бюргерса. Он получается, если обойти замкнутый контур в идеальном кристалле, переходя от узла к узлу, а затем этот же путь повто­рить в реальном кристалле, заключив дислокацию внутрь контура. Как видно в реальном кристалле контур окажется незамкну­тым. Вектор b, который нужен для замыкания контура, называется вектором Бюргерса. У краевой дислокации вектор Бюргерса равен межатомному расстоянию и перпен­дикулярен дислокационной линии, у винтовой дислокации — параллелен ей.

Полные дислокации легко пере­мещаются под действием напряже­ний в отличие от частичных дислокаций, у которых вектор Бюргерса меньше межатомного расстояния.

Внутри кристалла дислокации связаны в единую объемную сетку; в каждом узле сетки соединены три дислокации и сумма их векторов Бюргерса равна нулю.

В кристаллах содержатся дислокации разных знаков, различающиеся ориентацией векторов Бюргерса. Дислокации одного знака, расположен­ные в одной плоскости, отталкиваются друг от друга, а противоположных знаков — притягиваются.

Плотность дислокаций — это суммарная длина всех линий дисло­каций в единице объема. В полупроводниковых кристаллах она равна 10е4 – 10е5 см-2, у отожженных металлов — 10е6 – 10е8 см-2. При холод­ном пластическом деформировании плотность дислокаций возрастает до 10е11 — 10е12 см-2. Попытка увеличить плотность свыше 10е12 см-2 быстро приводит к появлению трещин и разрушению металла.

Дислокации возникают при кристаллизации, плотность их большая, поэтому они значительно влияют на свойства материалов. Дислокации наряду с другими дефектами участвуют в фазовых превращениях.

Вдоль дислокаций скорость диффузии на несколько порядков выше, чем сквозь кристаллическую решетку без дефектов. Дислокации служат местом концентрации примесных атомов, в особенности примесей внедре­ния, так как это уменьшает искажения решетки. Примесные атомы обра­зуют вокруг дислокации зону повышенной концентрации — так называ­емую атмосферу Коттрелла, которая мешает движению дислокаций и упрочняет металл.

Особенно велико влияние дислокаций на прочность кристаллов. Бла­годаря подвижным дислокациям экспериментально определенный предел текучести металлов в 1000 раз меньше теоретического значения. При зна­чительном увеличении плотности дислокаций и уменьшении их подвижно­сти прочность увеличивается в несколько раз по сравнению с отожженным состоянием. Прочность бездефектных участков (в том числе длинных и тонких «усов», полученных кристаллизацией из газовой фазы) прибли­жается к теоретической.