Краевая дислокация

Наиболее простой и наглядный способ введения дислокаций в кристалл — сдвиг.

На рис. 21 показан параллелепипед, верхняя часть которого сдвинута относительно нижней на одно межатомное расстояние, причем зафиксировано положение, когда сдвиг охватил не всю плоскость скольжения от правой грани параллелепипеда до левой, а лишь часть плоскости скольжения. ABCD — участок плоскости скольжения, в котором произошел сдвиг, АВ — граница этого участка.

На рис. 22 для случая примитивной кубической решетки показан разрез параллелепипеда по атомной плоскости, перпендикулярной линии AB на рис. 21. В этом сечении кристалл имеет п вертикальных атомных плоскостей. В результате показанного на рис. 21 сдвига на одно межатомное расстояние п вертикальных атомных плоскостей, расположенных выше плоскости скольжения, оказываются напротив (п —1) вертикальных атомных плоскостей, расположенных ниже плоскости скольжения (на рис. 22 — девять против восьми). Одна вертикальная атомная плоскость в верхней половине кристалла уже не имеет продолжения в нижней половине кристалла. Такую «лишнюю», неполную атомную плоскость называют экстраплоскостью.

Можно представить и другой путь появления экстраплоскости: мысленно расщепить кристалл по вертикали сверху вниз до половины высоты и вставить в него сверху лишний атомный слой.

Лишний атомный слой (экстраплоскость) действует как клин, изгибая решетку вокруг своего нижнего края внутри кристалла (см рис. 22). Наиболее существенно то, что в некоторой области непосредственно вблизи края экстраплоскости внутри кристалла решетка сильно искажена. Выше края экстраплоскости межатомные расстояния меньше нормальных, а ниже края — больше. Атом на самой кромке экстраплоскости имеет меньше соседей, чем атом внутри совершенной решетки. Таким образом, вдоль края экстраплоскости тянется область с несовершенной решеткой.

Область несовершенства кристалла вокруг края экстраплоскости называется краевой дислокацией. В одном измерении протяженность этого несовершенства такая же, как и длина края экстраплоскости, т. е. размер ее макроскопический. В плоскости, перпендикулярной краю экстраплоскости, область рассматриваемого несовершенства имеет малые размеры — от двух до десяти атомных диаметров. Следовательно, краевая дислокация относится к классу линейных несовершенств. Можно себе мысленно представить, что рассматриваемая область несовершенства находится внутри трубы, осью которой является край экстраплоскости. Вне этой трубы строение кристалла близко к идеальной решетке, а внутри (в так называемом ядре дислокации) сильно искажено.

Истинное положение атомов в ядре дислокации расчетным путем пока не удалось установить, и в металлических кристаллах оно остается неизвестным. В схеме на рис. 22 приведено не точное описание структуры ядра дислокации, но правильно отражено то, что в ядре дислокации выше края экстраплоскости имеется область сгущения атомов, а ниже этого края — область разрежения. Положение центра ядра дислокации в кристаллографической плоскости, являющейся плоскостью чертежа, обозначается знаком «перпендикуляра». Совокупность таких центров в параллельных атомных плоскостях образует линию дислокации.

Если кристалл расщепить по вертикали не сверху вниз, а снизу вверх до половины высоты и вставить в него снизу «лишнюю» атомную плоскость, то также образуется краевая дислокация — область несовершенства вокруг края экстраплоскости. В отличие от дислокации на рис. 22 в верхней части ядра новой дислокации будет область разрежения, а в нижней — область сгущения атомов.

Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокацию называют положительной, а если в нижней — то отрицательной. Положение центра ядра отрицательной дислокации обозначают знаком «┬». Различие между положительной и отрицательной краевыми дислокациями чисто условное. Переворачивая кристалл (или рисунок), мы превращаем положительную дислокацию в отрицательную, и наоборот. Знак дислокации, как будет показано, имеет большое значение для взаимодействия дислокаций.

Рассматривая образование дислокации при сдвиге, необходимо отметить, что линия краевой дислокации перпендикулярна вектору сдвига.

Сопоставляя рис. 21 и 22 и учитывая сказанное в этом параграфе, можно дать следующее общее определение дислокации: дислокацией называется линейное несовершенство, образующее внутри кристалла границу зоны сдвига. Эта граница отделяет ту часть плоскости скольжения, где сдвиг уже прошел, от той части, где он еще не начинался. При макроскопическом рассмотрении такая граница зоны сдвига внутри кристалла является геометрической линией (АВ на рис. 21), а при микроскопическом рассмотрении — областью несовершенства решетки (см. рис. 22).