Материал: Физика металлов и дефекты кристаллического строения

бой порог. При этом он является дислокацией длиной в один атом, с вектором Бюргерса таким же, как у дислокации EG. Длина линии АВ увеличивается на величину после того как дислокация пересечет дислокацию EG.

Пришедший в движение порог может проходить по всей длине дислокационной линии в непосредственной близости от нее. Образующиеся при этом вакансии будут постепенно за­ хватываться близлежащей дислокацией, которая в результате поднимается на одно межатомное расстояние. Повторенный не­ сколько раз, этот процесс вызывает восхождение или перепол­ зание дислокаций. Движение порога в противоположном на­ правлении приводит к нисходящему движению дислокации.

Другой вид конфигурации порога может образоваться в слу­ чае, когда подвижная краевая дислокация пересекает и прохо­

{рис. 6.29,6), может двигаться вместе с самой дислокацией. Третий вид конфигурации (рис. 6.29, в) образуется при пе­ ресечении двух винтовых дислокаций. В этом случае каждый из порогов представляет одноатомную ступеньку. Порог на движущейся дислокации 2 может перемещаться в направлении, перпендикулярном направлению скольжения винтовой дислока­ ции U и поэтому вынужден переползать. Однако движение дислокации с порогом создает ряд вакансий или внедренных атомов вдоль линии EF, для образования которых требуется дополнительная энергия, что препятствует перемещению вин­ товой дислокации. Это перемещение будет происходить тем легче, чем меньше затрачивается дополнительная энергия. Об­ разование вакансий происходит более легко, так как потребная для этого энергия меньше, чем для образования внедренных атомов. Предполагается, что механизм торможения дислокаций

с порогами лежит в основе деформационного упрочнения. Таким образом, перемещение подвижных дислокаций через

неподвижные (через леса) требует добавочных напряжений, что приводит к упрочнению вещества. В связи с тем, что на появ­ ление вакансий необходимо меньше дополнительной энергии, при их наличии упрочнение вещества проявляется в меньшей степени, чем при появлении внедренных атомов.

6.9.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДИСЛОКАЦИЙ

СТОЧЕЧНЫМИ ДЕФЕКТАМИ

Стремление системы к уменьшению свободной энергии при­ водит к эффективному взаимодействию дислокаций с точечными дефектами, и прежде всего с атомами примеси. Результатом такого взаимодействия является направленная диффузия при­ месных атомов в поле напряжений, создаваемых дислокациями, что приводит к неравномерному распределению атомов примеси

в кристаллической структуре основного металла. В зависимости от природы различают четыре типа взаимодействия дислока­ ций с примесными атомами:

Так как каждый вид взаимодействия зависит от природы меж­

щающие атомы основы, будут стремиться в сжатую область вокруг дислокации (рис. 6.30,а). Внедренные атомы, а так­ же атомы примеси В с радиусом г\ > г0, замещающие атомы

модействия атомов примеси связаны с краевыми дислокациями: вокруг них формируется облако примесных атомов, закрепляю­ щее дислокацию. Эти облака называются атмосферами Кот­ трелла.

Упругая энергия (£i) подобного взаимодействия между дислокациями, находящимися в начале координат, и замещен­

Подсчеты показывают, что уже на расстоянии примерно в трипять межатомных расстояний энергия Е\ близка по значению к энергии теплового движения kT, и, следовательно, дальше этого расстояния от ядра дислокации атмосфера Коттрелла рассасывается тепловым движением. Чем сильнее тепловое дви­ жение, тем меньше концентрация атомов примеси в атмосфере. Если считать, что примесные атомы образуют слабый раствор, то равновесная концентрация (со) точечных дефектов выра­ жается через концентрацию вдали от дислокации:

(Т — температура кристалла). В соответствии с этой формулой распределение точечных дефектов должно быть резко неодно­ родным и существенно зависящим как от ориентации, так и от вида дислокаций. Выражение (6.10) не будет справедливым при больших концентрациях, так как в этом случае вблизи дислокации должно наступать «насыщение» атмосферы, при котором практически все возможные места, где могут распо­ лагаться дефекты данного сорта, уже заняты ими. Из выраже­

жащих примеси внедрения, особенно такие, как углерод и азот. По-видимому, именно они являются одной из основных при­ чин понижения пластичности ряда металлов переходных групп с ОЦК-решеткой.

Упругое взаимодействие 2-го рода обусловлено тем, что при­ месные атомы или вакансии представляют собой малую об­ ласть с иными упругими постоянными, чем у матрицы. Поэтому работа, затрачиваемая при движении дислокации, отличается от работы, обусловленной обычным упругим взаимодействием.

дулю вызывает увеличение концентрации вакансий вокруг ди­ слокаций.

Химическое взаимодействие возникает при наличии расщеп­ ленных дислокаций. В этом случае попадание примесного атома на дефект упаковки меняет в месте контакта электронную структуру металла, а следовательно, и характер межатомной

связи. Эти изменения могут приводить к уменьшению удельной энергии упаковки (у) и увеличению расщепления, что создает энергетически выгодные условия для диффузии атомов примеси к дефекту упаковки. Повышенное содержание примесей в слое дефекта упаковки называется атмосферой Судзуки. При ее об­ разовании энергия дислокаций уменьшается. Если энергия дис­ локации без атмосферы Судзуки

л при наличии атмосферы

£ а.с ^ Д Ь 2(5 + 1п

то, следовательно, при образовании атмосферы Судзуки энергия дислокации уменьшится на

ковки в кристаллах с равномерным (случайным) распределе­ нием примесей и в атмосфере Судзуки соответственно; г — раз­ мер кристалла.

Температурная зависимость равновесной концентрации при­ меси у дислокации при наличии атмосфер Судзуки меньше, а «емкость» их больше, чем атмосфер Коттрелла. Атмосфера Судзуки, как и атмосфера Коттрелла, закрепляет дислокацию.

Электрическое взаимодействие. В некоторых кристалличе­ ских структурах, например в структуре алмаза, суммирование двух простых дислокаций порождает сложную дислокацию с другим направлением. Различные комбинации суммирования простых дислокаций рождают набор сложных дислокаций. В ка­ честве простых дислокаций в этом случае выступают краевые, винтовые и 60-градусные дислокации. Важной особенностью таких дислокаций является наличие разорванных (ненасыщен­ ных, висячих) связей на краю экстраплоскости.

Существование дислокаций с оборванными связями харак­ терно для полупроводниковых и ионных кристаллов. В этом случае оборванные связи в дислокациях выступают как акцеп­ торы. В полупроводниках п-типа висячие связи захватывают электроны проводимости и тем самым создают кулоновское взаимодействие между дислокациями и положительными иона­ ми. Максимальная величина такого электрического взаимодей­ ствия

здесь f — доля оборванных связей; а — расстояние между вися­ чими связями вдоль линии дислокации; е — заряд электронов.