5.3 Винтовая дислокация

Для перемещения краевой дислокации необходимо условие, чтобы вектор Бюргерса был перпендикулярен к линии дислокации и лежал в плоскости скольжения (консервативное движение дислокации). Если же вектор Бюргерса не лежит в плоскости сдвига, то перемещение дислокации неконсервативно и связано с более сложной кинетикой движения дефекта. Чтобы заставить двигаться дислокацию перпендикулярно плоскости скольжения, например, вниз (рис. 5.1), необходимо, используя точечные дефекты (внедренные атомы), постепенно наращивать край экстраплоскости, что потребует больших затрат энергии и значительного времени. Это практически возможно лишь в том случае, когда на пути движения дислокации находятся непреодолимые барьеры и когда тепловое возбуждение атомов велико, то есть достаточно высока температура, чтобы точечных дефектов было много.

Представим себе, что под действием внешней нагрузки τ в плоскости скольжения MN движется линейная дислокация AB в направлении, указанном вектором Бюргерса "b" (рис. 5.7).

	Дойдя до положения А'В', дислокация встречает на части своей длины препятствие (рис. 5.7), запрещающее в этом месте её дальнейшее продвижение. Напряжение τ, приложенное к кристаллу, заставит дислокацию обойти пре-
Рис.5.7. Схема перемещения дислокации вдоль плоскости скольжения при наличии препятствия на ее пути

пятствие и занять новое положение A"B"С"D".

Особенностью этого состояния является то, что на участках A"B" и С"D" вектор Бюргерса, также как и до встречи с препятствием, перпен­дикулярен линии дислокации, а на отрезке B"С" он стал ей параллелен. На рис. 5.8 представлена схема расположения атомных плоскостей на участке B"С", где вектор Бюргерса параллелен линии дислокации. Произошел своеобразный, как бы косой сдвиг верхней части кристалла над нижней.

Из рис. 5.8 видно, что в результате такого сдвига образовался дефект вокруг оси B"С", не похожий на краевую дислокацию. Плоскость рисунка параллельна плоскости скольжения. Сплошные линии соответствуют искривившимся атомным плоскостям, находящимся выше плоскости скольжения. Пунктирные линии принадлежат атомным плоскостям ниже её. В данном случае дефектный участок вдоль оси B"С" состоит как бы из одной винтовой поверхности, усеянной атомами, прежде принадлежавшими многим атомным плоскостям. Поэтому такой вид дефектов называется винтовой дислокацией. В отличие от краевой дислокации, у винтовой дислокации, во-первых, плоскостью скольжения может быть любая кристаллографическая плоскость, проходящая через линию дислокации и, во-вторых, как указывалось выше, вектор Бюргерса параллелен линии дислокации.

Рис. 5.8. Схема расположения атомных плоскостей на участке с параллельным расположением вектора Бюргерса линии дислокации.	Рис.5.9. Схема образования винтовой дислокации

Образование винтовой дислокации можно наглядно представить и на следующем примере.

На рис. 5.9, а представлен цилиндр. Если его мысленно разрезать до центра вдоль образующей, произвести сдвиг по плоскости разреза на одно межатомное расстояние и опять плотно скрепить, то в результате этого на торцах цилиндра образуется ступенька, а вся получившаяся конструкция будет по возникающим напряжениям соответствовать винтовой дислокации (рис. 5.9, б).

Также, как и в случае с краевой дислокацией, вокруг винтовой дислокации возникают напряжения и дислокации. Согласно Вольтерра, поле напряжений вокруг винтовой дислокации определяется следующими формулами:

, (5.5)

. (5.6)

Вокруг винтовой дислокации не возникают нормальные напряжения, а только касательные, т.е. σ_хх = σ_уу = σ_zz = 0

Таким образом, отличительной особенностью винтовой дислокации является то, что движение её под действием внешних сил может происходить не только в одной плоскости скольжения, как это происходит с краевой дислокацией, а в любой кристаллографической плоскости, лишь бы дислокация лежала в ней, при этом вектор Бюргерса винтовой дислокации параллелен оси дислокации.

Краевые и винтовые дислокации, находясь внутри кристаллического тела, всегда образуют замкнутый контур (петля дислокации) или выходят концами контура на поверхность кристалла, изменив его форму.

На рис. 5.10, а изображена примерная петля дислокации упрощенной прямоугольной формы. Как видно из рисунка, её образуют две винтовые и две краевые дислокации (вектор Бюргерса соответственно параллелен и перпендикулярен линии дислокации). В реальных условиях петля дислокации может иметь произвольную кривизну (рис. 5.10, б).

а	б
Рис. 5.10. Формы петель дислокации

На рис. 5.10, б изображена дислокационная петля, на которой имеются отдельные участки, где трудно сказать, к какому виду дислокации они относятся, т.к. вектор Бюргерса и не параллелен и не перпендикулярен им. Но если рассматривать эти участки, как элементарные ступеньки, то можно считать их как совокупность чередующихся краевых и винтовых дислокаций. Такие дефекты получили название смешанных дислокаций; вектор Бюргерса может быть направлен к ним под любым углом.