Дислокация
-
Определение дислокации
- Дислокация — линейный кристаллографический дефект, содержащий резкое изменение расположения атомов.
- Движение дислокаций позволяет атомам скользить друг по другу при низких напряжениях.
- Кристаллический порядок восстанавливается по обе стороны от дислокации, но атомы на одной стороне сдвинуты на одну позицию.
-
Типы дислокаций
- Неподвижные дислокации: дислокации типа лестничного стержня и соединение Ломера–Коттрелла.
- Подвижные дислокации: краевые и винтовые.
- Краевые дислокации возникают из-за обрыва плоскости атомов в середине кристалла.
-
История и теория
- Теория упругих полей дефектов разработана Вито Вольтеррой в 1907 году.
- Термин «дислокация» введен Дж. Я. Тейлором в 1934 году.
- В 1934 году Эгон Орован, Майкл Поланьи и Дж. Я. Тейлор предположили, что пластическую деформацию можно объяснить в терминах теории дислокаций.
-
Механизмы движения дислокаций
- Дислокации перемещаются при разрыве связей и соединении атомов на конечной границе.
- Энергия, необходимая для разрыва ряда связей, меньше, чем для разрыва всех связей сразу.
- Дислокации могут взаимодействовать с другими элементами внутри кристалла, образуя атмосферу Коттрелла.
-
Образование дислокаций
- При холодной обработке металлов плотность дислокаций увеличивается.
- Деформационное упрочнение происходит из-за увеличения сопротивления движению дислокаций.
- Механизмы образования дислокаций: гомогенное зарождение, инициирование образования границ зерен, взаимодействие с поверхностью раздела.
-
Влияние на свойства материалов
- Количество и расположение дислокаций влияют на пластичность, твердость и предел текучести металлов.
- Термическая обработка, состав сплава и холодная обработка могут изменять количество и расположение дислокаций.
-
Образование дислокаций
- Повышенное напряжение на поверхности металла увеличивает количество дислокаций.
- Дислокации могут образовываться в плоскости раздела двух кристаллов из-за несоответствия решеток.
- Дислокации несоответствия имеют линию дислокации в плоскости раздела и вектор Бюргерса, направленный в направлении нормали к границе раздела.
-
Облучение и дислокационные петли
- Облучение может вызывать образование дислокационных петель.
- Призматические дислокационные петли образуются при группировке атомов в междоузлиях или вакансиях.
-
Геометрически необходимые дислокации
- Геометрически необходимые дислокации обеспечивают ограниченную степень пластического изгиба.
- Скопления дислокаций образуют ячеистую структуру с низкоугловыми границами зерен.
-
Закрепление и упрочнение
- Добавление точек закрепления может упрочнять материал, требуя более высокого приложенного напряжения.
- Термическая обработка (отжиг) может устранить деформационное упрочнение и зернистую структуру.
-
Устойчивые скользящие ленты
- Многократное циклирование материала приводит к образованию полос постоянного скольжения (PSB).
- PSB состоят из краевых дислокаций и передают пластичность винтовыми смещениями.
-
Движение дислокаций
- Дислокации могут скользить в плоскостях, содержащих линию дислокации и вектор Бюргерса.
- Подъем дислокаций происходит при перемещении вакансий через кристаллическую решетку.
-
Лавины дислокаций
- Лавины дислокаций возникают при одновременном перемещении нескольких дислокаций.
-
Геометрия дислокаций
- Существуют краевые и винтовые дислокации, а также смешанные дислокации.
- Краевые дислокации имеют вектор Бюргерса, перпендикулярный направлению линии.
- Винтовые дислокации имеют вектор Бюргерса, параллельный направлению линии.
-
Смешанные дислокации
- Смешанные дислокации имеют угол между направлением линии и вектором Бюргерса.
-
Частичные смещения и дефекты упаковки
- Частичные смещения приводят к дефектам упаковки.
- Частичный вывих Франка является сидячим, а частичный вывих Шокли — скользящим.
- Частичная дислокация Франка образуется путем введения или удаления слоя атомов.
- Вектор Бюргерса перпендикулярен плоскости скольжения, что ограничивает скольжение дислокации.
-
Расширенная дислокация и диссоциация
- Краевые и винтовые дислокации распадаются на дефекты упаковки.
- Ширина области дефекта упаковки пропорциональна энергии дефекта.
- Расширенная дислокация способна скользить как единое целое.
- Диссоциированные винтовые дислокации должны рекомбинировать для скольжения.
-
Лестничный марш и перекресток Ломер-Коттрелл
- Две скользящие дислокации образуют лестничный стержень с дислокацией Ломера-Коттрелла на вершине.
- Лестничный стержень аналогичен стержню, удерживающему ковер на лестнице.
-
Изгиб и заскок
- Изгиб описывает ступени дислокационной линии вне плоскости скольжения.
- Изгибы облегчают скольжение, действуя как точки зарождения.
- Заскоки облегчают скольжение, действуя как точки зарождения.
-
Дислокации в двух измерениях
- В двух измерениях существуют только краевые дислокации.
- Краевые дислокации играют центральную роль в плавлении двумерных кристаллов.
- Дислокации могут быть созданы только в парах с антипараллельным вектором Бюргерса.
-
Наблюдение дислокаций
- Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) используется для наблюдения дислокаций.
- ПЭМ позволяет определить вектор Бюргерса с помощью g-анализа.
- Полевая ионная микроскопия и методы атомного зондирования позволяют наблюдать дислокации на атомном уровне.
-
Химическое травление и силы смещения
- Химическое травление позволяет наблюдать дислокации в кремнии.
- Силы смещения дислокаций описываются уравнением Пича-Келера.
- Силы взаимодействия между дислокациями определяются из энергии взаимодействия.
- Дислокации стремятся к свободным поверхностям из-за меньшей энергии деформации.
-
Разница между краевой дислокацией и винтовой дислокацией
- Краевая дислокация и винтовая дислокация имеют разные характеристики
- Краевая дислокация возникает при деформации кристалла
- Винтовая дислокация возникает при вращении кристалла
-
Сканирующий туннельный микроскоп
- Используется для изучения металлических поверхностей на атомарном уровне
- Создана группой физики поверхности Венского технологического университета
-
Литература
- Вольтерра В., «О равновесии многосвязных тел»
- Сомильяна К., «О теории упругих деформаций»