Точечные дефекты, например вакансии, вызывают нарушения решетки лишь в окрестности одного узла решетки (или в крайнем случае нескольких соседних узлов).Дислокации же приводят к линейным нарушениям структуры. При этом не следует отождествлять дислокации с линиями вакансий. В общем случае дислокации в кристалле могут иметь любую форму, однако понять их строение можно на примере двух простейших типов дислокации: краевой и винтовой. В случае чисто краевой дислокации одна из атомных плоскостей внутри кристалла обрывается, напоминая лезвие ножа 108 Гл. 1. Кристаллическая структура и форма твердых тел Рис. 1.55. Два вида простых дислокаций, а — краевая дислокация; б — винтовая дислокация. В общем случае линия дислокации искривлена; дислокация имеет смешанный характер с изменяющимся вдоль дислокации соотношением краевой и винтовой компонент. при нарезании сыра. Этот тип дислокаций иллюстрирует рис. 1.55, а. Сдвиг в решетке (определяемый вектором Бюр- герса Ь) перпендикулярен линии дислокации (направлению последнего ряда атомов в полуплоскости). Длина вектора Бюр- герса равна целому числу единичных векторов решетки. В случае винтовой дислокации (рис. 1.55, б) одна часть решетки смещена относительно другой в направлении, параллельном линии дислокации. Чтобы мысленно получить винтовую дислокацию, надо сначала сделать в совершенном кристалле надрез, а затем одну сторону надреза поднять относительно другой на величину одного или нескольких единичных векторов решетки и в таком положении состыковать обе стороны разреза. Для описания такого сдвига также пользуются вектором Бюргерса, который всегда равен целому числу единичных векторов решетки, а для чисто винтовой дислокации к тому же параллелен ее оси. В общем случае дислокация в реальном кристалле может быть представлена как результат наложения краевой и винтовой компонент, причем соотношение между ними меняется вдоль линии дислокации. Заметим, однако, что вектор Бюргерса на всем протяжении дислокации не меняется. Дислокация не может обрываться внутри кристалла; она либо имеет вид замкнутой петли, либо оканчивается на свободных поверхностях кристалла или межкристаллитных границах. Для большинства материалов выходы дислокации на поверхность кристалла— единственные места, где можно «видеть» дислокацию. Если кристалл пронизывает винтовая дислокация, то говорить об атомных плоскостях, перпендикулярных дислокации уже нельзя, поскольку все атомы образуют спиральную поверхность, которая простирается от одной внешней границы кри- 1.6. Дефекты кристаллической решетки 109 Рис. 1.56. Ступенчатые спиральные структуры на поверхности металла, а — атомная структура спирали на поверхности кристалла иридия, наблюдаемая с помощью ионно-эмиссионного микроскопа (с любезного разрешения О. Т. Инала); б — многовитковые спирали на поверхности электролитически осажденного серебра, наблюдаемые в просвечивающем электронном микроскопе методом реплик (с любезного разрешения Т. Сузуки) [Murr L. Е. Interfacial Phenomena in Metals and Alloys, Addison-Wesley, 1975]. Рис. 1.57. Выявление дислокаций методом травления (100) поверхности монокристалла LiF. Кроме ямок травления, случайно расположенных на поверхности кристалла, в нижнем левом углу рисунка по диагонали проходит малоугловая граница, отмеченная рядом ямок травления, расположенных вплотную друг к другу. (С любезного разрешения Л. Е. Марра из Орегонского учебного центра.) 110 Гл. 1. Кристаллическая структура и форма твердых тел сталла до другой. При этом шаг спирали равен вектору Бюр- герса. Эти спирали могут быть закручены либо вправо, либо влево. При медленном выращивании кристалла из газовой фазы рост за счет нарастания слоев на поверхностной ступеньке винтовой дислокации оказывается энергетически предпочтительным, т. е. кристаллизация может происходить путем непрерывного наращивания витков спирали. Для иллюстрации на рис. 1.56 приведены два примера; фотография слева получена с помощью ионно-эмиссионного микроскопа с разрешением отдельных атомов. Во многих случаях слеДы выхода дислокации на поверхность кристалла можно обнаружить с помощью химического травления, которое сильнее всего действует на напряженные области, при этом появляются ямки травления, ограниченные кристаллографическими плоскостями. Несколько таких изолированных ямок травления видны на рис. 1.57. На этом рисунке показан также ряд ямок травления, расположенных вплотную друг к другу вдоль малоугловой границы между двумя частями почти идеального монокристалла. Приведенные фотографии подтверждают гипотезу Бюргерса (1939) о том, что границы с малыми углами разориентировки представляют собой регулярный ряд дислокации. Угол разориентировки обратно пропорционален расстоянию между дислокациями (см. задачу 1.22). Плотность дислокаций ND (размерность ND равна обратному квадрату длины) характеризует степень совершенства кристалла. Для кристаллов с ковалентной связью, таких, как кремний или германий, можно вырастить (при строгом соблюдении необходимых условий) образцы с плотностью дислокаций ND<.106 м-2*. Однако чаще всего твердые тела имеют плотность дислокаций порядка 108 м-2, а у металлических кристаллов она не меньше, чем 10п м-2. В монокристаллах при тепловом равновесии существование дислокаций не обязательно, поскольку с дислокациями связана значительная энергия, а вклад их в энтропию очень мал. Однако в процессе кристаллизации в любом случае возникает некоторое количество дислокаций, которые в свою очередь могут быть источниками других дислокаций. Механические напряжения вызывают движение дислокаций в кристалле, которое сопровождается генерацией точечных дефектов. Перемещение дислокации продолжается до тех пор, пока взаимодействие с примесными атомами или с другими ди- * В кристаллах с решеткой алмаза и сфалерита особо важную роль играют так называемые 60°-ные дислокации, у которых вектор Бюргерса образует угол 60° с линией дислокации.-— Прим. ред. Задачи 111 слокациями (деформационное упрочнение) не затормозит этого движения. Дислокационная петля, закрепленная в двух точках на поверхности кристалла, под действием напряжений может генерировать замкнутые дислокационные петли, проникающие в кристалл36. Возникновение дислокаций, их свойства и перемещения в кристалле заслуживают отдельного рассмотрения. Тем, кто интересуется этим вопросом, можно рекомендовать книги Фриделя и Амелинкса
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Дислокация» з дисципліни «Фізика твердого тіла»
