Лекция 13. Пересечение дислокаций План лекции

1. Пересечение краевых дислокаций

2. Пересечение краевой и винтовой дислокаций

3. Пересечение винтовых дислокаций

4. Движение дислокаций с порогами

5. Пересечение растянутых дислокаций

13.1. Пересечение краевых дислокаций

В кристалле дислокации в общем случае располагаются и дви­жутся в разных плоскостях скольжения, в том числе и пересекаю­щихся. При своем движении дислокация встречает множество других Дислокаций (лес дислокаций) и должна пересекать их.

При пересечении дислокаций на них возникают пороги, являю­щиеся одним из важнейших элементов дислокационной структуры. Ниже рассмотрены основные случаи пересечения прямолинейных дислокаций, образование и движение порогов.

На рис. 13.1, а в вертикальной плоскости klmn сверху вниз движется краевая дислокация АВ с вектором Бюргерса b1. Ли­ния АВ этой дислокации является краем экстраплоскости ABCD. В горизонтальной плоскости rstv находится неподвижная дислокация EF с вектором Бюргерса b2. Линия EF этой дислокации является краем экстраплоскости EFGH.

Рис. 13.1 Пересечение краевых дислокаций АВ и EF со взаимно перпендикуляр­ными векторами Бюргерса: а—до пересечения; б—после пересечения

В результате скольжения дислокации АВ сверху вниз та часть кристалла, которая находится справа от плоскости klmn, оказывается сдвинутой вниз на величину b1 по отношению к той части кристалла, которая находится слева от плоскости klmn (рис. 13, б). При этом на горизонтальной плоскости rstv обра­зуется ступенька, а дислокация ЕF оказывается разрезанной на две части ЕР' и PF. Так как дислокация не может окончиться внутри кристалла, указанные части должны быть соединены участ­ком дислокации РР', являющимся дислокационным порогом. Так как вектор Бюргерса b2 одинаков коп вдоль всей линии дислокации EF, а порог РР' является частью дислокации EF, делаем вывод, что этот порог перпендикулярен вектору Бюргерса, т. е. имеет краевую ориентацию. Легко видеть, что порог на дисло­кации EF по величине и направлению равен вектору Бюргерса b1 дислокации АВ, которая при своем движении вниз пересекла дислокацию EF.

На самой дислокации АВ порога не образуется. Это объяс­няется тем, что вектор Бюргерса b2 дислокации EF параллелен линии дислокации АВ. В результате пересечения дислокаций, по­казанного на рис. 13.1, б, дислокация AB только изменяет свою длину на величину вектора Бюргерса b2 другой дислокации. До пе­ресечения, т. е. тогда, когда дислокация АВ находилась выше пло­скости rstv, линия дислокации АВ проходила через п вертикаль­ных атомных плоскостей. После пересечения, т. е. тогда, когда дислокация АВ находится уже ниже плоскости rstv, линия АВ про­ходит через (n+1) вертикальных атомных плоскостей. Лишняя вертикальная плоскость, проходящая через линию АВ,— экстра­плоскость EFGH. Следовательно, в результате пересечения крае­вых дислокаций, показанного на рис. 13.1, на одной из них (EF) образуется порог величиной b1, а длина другой увеличивается на b2. Ясно, что суммарная энергия дислокаций при этом возрастает.

При рассмотрении рис. 13.1 в самом начале для простоты объяс­нения было указано, что дислокация EF неподвижна. Результат пересечения дислокации АВ с дислокацией EF не изменится, если дислокация EF будет скользить в плоскости rstv.

На рис. 13.2, а изображены две краевые дислокации, располо­женные в пересекающихся плоскостях скольжения. Дислокация АВ расположена в плоскости скольжения klmn, и линия ее яв­ляется краем экстраплоскости ABCD. В отличие от рис. 13.1, на котором вектор Бюргерса одной из дислокаций параллелен линии другой дислокации, на рис. 13.2 вектор Бюргерса каждой из дислокаций перпендикулярен линии другой дислокации (b1 перпен­дикулярен линии EF, а b2—линии АВ). Поэтому в результате пересечения на обеих краевых дислокациях образуется по порогу (рис. 13.2, б). Происходит это следующим путем.

Рис. 13.2 Пересечение краевых дислокаций АВ и EF с параллельными векторами Бюргерса: а—до пересечения; б—после пересечения

В результате пробега дислокации АВ сверху вниз та часть кристалла, которая находится правее плоскости скольжения klmn, сдвигается вниз на величину b1 по отношению к части кристалла, расположенной левее плоскости klmn. Соответственно образуется имеющий винтовую ориентацию порог РР' на дислокации EF, равный по величине вектору Бюргерса b1 и одинаковый с ним по направлению. В результате пробега дислокации EF снизу вверх та часть кристалла, которая находится перед плоскостью сколь­жения rstv, сдвигается вверх на величину b2 по отношению к ча­сти кристалла, расположенной за плоскостью rstv. Следовательно, на перерезаемой дислокации АВ образуется также имеющий вин­товую ориентацию порог НH', равный по величине вектору b2 и одинаковый с ним по направлению.

Таким образом, хотя на рис. 13.1 и 13.2 изображено пересече­ние краевых дислокаций, результат этого пересечения получается разным. Он зависит от взаимной ориентации линий дислокаций и их векторов Бюргерса. На основе изложенного выше можно сформулировать правило, которое справедливо для пересечения любых дислокаций: при пересечении двух дислокаций на каждой из них образуется порог. Причем порог одной дислокации равен по величине вектору Бюргерса другой дислокации и одинаков с ним по направлению. В частном случае на рис. 13.1, б порог, равный вектору b2, как бы сливается с линией дислокации АВ, изменяя ее длину (из-за параллельности вектора b2 и линии АВ).

Между порогами краевых дислокаций на рис. 2, б и порогом краевой дислокации на рис. 13.1, б имеется следующее важное различие. Порог РР' дислокации EF на рис. 13.2, б лежит в пло­скости скольжения этой дислокации rstv. Стремясь уменьшить свою энергию, дислокация EF при скользящем движении может выпря­миться, полностью исключив порог. То же самое относится к дис­локации АВ на рис. 13.2, б. В противоположность этому порог РР' дислокации EF на рис. 13.1,6 не лежит и плоскости скольжения этой дислокации (rstv), а перпендикулярен ей. Поэтому дислока­ция EF на рис. 13.1, б не может скольжением устранить свой порог. Можно сделать общий вывод: порог устойчив в том случае, когда он не лежит в плоскости скольжения дислокации; порог, находя­щийся в плоскости скольжения, неустойчив, так как дислока­ция стремится исключить его при скользящем движении (такой порог называют перегибом дислокации).