Ясно, что материал как вблизи ядра дислокации, так и в деформированном объеме термодинамически неустойчив и при нагревании и выдержке при повышенной температуре (отжиге) плотность дислокаций должна понижаться, а материал - разупрочняться.
3. Теоретический расчет
показывает, что для движения дислокаций в разных плоскостях требуются несколько
различные напряжения, но порядок величины можно определить из соотношения
(1.5.17)
где d - расстояние между соседними дислокациями, остальные обозначения прежние.
Оценим величину t при следующих допущениях: n=0,3;d»b»10-9 м. Тогда движение дислокаций (деформация кристалла) должно начинаться при напряжениях
t » (3,6×10-4) G, (1.5.18)
что для кристаллов MgO, например, составляет около 47,3 МПа, а для NaCl - 6 МПа. Позже мы сравним полученный результат с теми, что дают экспериментально реальные кристаллы и теми, что дает теория, не учитывающая существование и движение дислокаций.
4. Дислокации, движущиеся в одной или близких плоскостях скольжения, взаимодействуют друг с другом. Дислокации одного знака (одной ориентации, например, ^^) отталкиваются, а дислокации противоположного знака (^T) притягиваются с силой (на единицу длины)
(1.5.19)
 |
где r - расстояние между линиями дислокаций.
Рис.1.5.20.Формирование плоского дислокационного скопления около прочного препятствия
Увеличение взаимодействия дислокаций, по мере их накопления в полосе скольжения (рис.1.5.20, 1.5.21) перед жестким препятствием, может привести к следующим последствиям. Во-первых, в вершине скопления напряжения могут превысить предел прочности материала, и произойдет разрушение; во-вторых, поле напряжений скопления может настолько сильно противодействовать внешним напряжениям, что эмиссия дислокаций источником в данной плоскости скольжения прекратится.
Работа источника
дислокаций Франка-Рида (см. рис. 1.5.10) прекращается, как только
результирующие напряжения, действующие на источник в плоскости скольжения
дислокаций, станут ниже, чем
(1.5.20)
Рис.1.5.21. Образование микротрещин перед заторможенным дислокационным скоплением (механизм Стро)
Если таких жестких препятствий на пути движения дислокаций не имеется, то они выходят на поверхность кристалла. Каждый выход дислокации соответствует образованию на поверхности ступени атомного размера или развитию скольжения в сформировавшейся полосе скольжения. При этом скольжение развивается в виде образования пачек скольжения (рис. 1.5.22).
Рис.1.5.22.
Развитие деформации в кристалле кубической симметрии за счет формирования пачек
скольжения
Рис. 1.5.23. Образование полос сброса и дисклинаций при деформировании кристалла сжатием
Важным случаем деформации является образование полос сброса или дисклинаций (рис. 1.5.23). Особенно часто этот механизм деформации проявляется при деформировании кристаллов сжатием.
Рассмотренные соотношения дислокационной теории широко применяются при анализе механических свойств кристаллов.
М е ж б л о ч н ы е г р а н и ц ы
В реальных кристаллах
имеются небольшие по размеру области совершенного строения, подобного идеальным
кристаллам. Они называются блоками мозаичной структуры и даже в совершенных,
искусственно выращенных монокристаллических образцах редко превышают в поперечнике
10...100 нм. Граница между ними представляет так называемую дислокационную
стенку наклона (например, сидячие дислокации), на которой атомные плоскости и
ряды претерпевают изгиб от нескольких угловых секунд до десятков угловых минут
(рис. 1.5.24).
Рис. 1.5.24. Схематическое изображение мозаичной блочной структуры реального кристалла
Если в макроскопическом кристалле нет более грубых пространственных нарушений, кроме блоков, то его называют монокристаллом. Удается выращивать монокристаллы в десятки килограммов, по промышленной технологии на установках с высоким уровнем автоматизации легко выращивают кристаллы массой 2...5 кг и более. Потребность техники в них высока и все возрастает.
Кристаллы CsI, NaCl широко используются для изготовления различной оптики для инфракрасного (ИК) диапазона электромагнитных волн. Соединения GaAs, ZnTe, ZnSe в виде больших монокристаллов используются для изготовления линз лазеров ИК-диапазона. Монокристаллы рубина Al2O3 (в котором малая часть замещена Cr) и алюмо-иттриевого граната Y6Al10O24 применяются в качестве рабочего тела лазеров.
Межблочные границы и представляют собой вид поверхностного дефекта со сравнительно небольшой энергией. Под энергией дефекта подразумевается количество энергии, которое нужно затратить на создание единицы поверхности. Для межблочных границ оно не превышает 10 Дж/м2 (100 эрг/см2). Отличительная особенность монокристаллической структуры - микроскопическая анизотропия ее оптических, механических, электрических свойств.
Г р а н и ц ы з е р е н
 |
Рис. 1.5.25. Поликристаллическая структура: а – равноосные зерна; б - текстура
Поликристаллы - конгломераты из зерен различной формы, без зазоров заполняющих объем тела. Разориентировка атомных плоскостей здесь может достигать десятков градусов. В зависимости от предыстории вещества структура может состоять или из равноосных зерен (рис.1.5.25,а), или зерна могут быть сплющены, например, ковкой, прокаткой или прессованием и представляют собой текстуру (рис. 1.5.25,6). Текстура может появиться и вследствие особенностей кристаллизации или способа выращивания, очень характерна для тонкопленочных объектов. Поликристаллическая структура характерна для металлов, кристаллизующегося стекла, минерального сырья. В спеченной керамике она дополняется межзеренной пористостью.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.