Силы, действующие на дислокацию 6 страница

[101]

III

(101)

Рис. 2.34. Плотноупакованные плоскости (111) в ГЦК решетке

Плоскость (111) (слой А) лежит в плоскости рисунка 2.34, атомные плоскости I, II, III – плоскость , перпендикулярны (111) и плоскости рисунка. Цифрой 1 отмечен атом слоя А (темные), который соответствует нулевому атому на рис. 2.33, остальные атомы слоев В (белые) и С (светлые) отмечены соответствующими цифрами.

Рисунки 2.33 – 2.41, поясняющие образование частичных дислокаций, выполнены с одинаковыми обозначениями. Размер шаров в слоях В и С уменьшен для повышения информативности рисунка.

Единичный или полный сдвиг в плотноупакованной плоскости (111) соответствует вектору (рис. 2.33, 2.35). На рис. 2.35 отдельно показан слой А плоскости (111), по которому происходит сдвиг в слое В на вектор b₁, равный трансляции между атомами, лежащими в позициях 2 – 3. Это соответствует переходу плоскости I в III (рис. 2.33, 2.34).

Геометрию сдвига атомов в ГЦК решетке с образованием единичной дислокации можно проследить по рис. 2.36, в котором, чтобы не загромождать рисунок, для ориентировки обозначен только атом 1 слоя А. Слева от плоскости , отмеченной римской I, сдвига нет. Начиная с плоскости I слой атомов В и все выше лежащие слои, в том числе и С, сдвигаются вправо на вектор трансляции b₁ над слоем А, при этом атом из позиции 2 перейдет в положение 3, 7 в 6, а плоскость I в III. Одновременно слой атомов С, лежащий над В, начиная с плоскости II также сдвигаются на вектор b₁ относительно слоя А, при этом атом из позиции 5 сдвинется в положение
атома 9, а 4 в 8.

b 1

b 2

b 3

III

[110]

b 1

[211]

b 2

b 3

[121]

Рис. 2.35. Возможные сдвиги на вектора b₁, b₂, b₃ в плотноупакованном слое В

В результате сдвига, начинающегося от плоскости I, всей правой части кристалла над плоскостью скольжения А образуется выступ, а плоскости I и II , лежащие ниже плоскости рисунка, оборвутся в плоскости А (111) и превратятся в экстраплоскости, состоящие из атомов в положениях А, В и С.

b 1

III

Рис. 2.36. Сдвиг на вектор трансляции b₁ с образованием единичной
дислокации; пунктиром отмечены освободившиеся атомные
позиции в плоскостях I и II

Вокруг края двух экстраплоскостей над плоскостью рисунка решетка сильно искажается, и возникает дефектная структура – единичная (полная) дислокация (см. разд. 2).

Схематично полная дислокация для ГЦК решетки, изображенная с помощью атомных плоскостей, представлена на рис. 2.37. Плоскости I и II обрываются в плоскости в плоскости (111), и полная дислокация состоит из двух, параллельных дислокаций.

(110)

(111)

b₁

Рис. 2.37. Полная краевая дислокация с вектором Бюргерса b₁ в ГЦК кристалле

Однако в модели твердых сфер сдвиг в плоскости (111) атомов слоя В непосредственно из позиции 2 в 3 (рис. 2.35-2.37), происходящий напрямую через атом А на величину вектора Бюргерса , влечет за собой большую деформацию и энергетически менее выгоден, чем движение по ”ложбинкам” между атомами А от лунки 2 к лунке 5, а затем от 5 к 3. Поэтому путь по ”ложбинке” должен быть предпочтительным. Но смещение из В в С (2-5), на вектор , отличается от b₁ тем, что он не транслирует решетку, т.е. после сдвига решетка не окажется в положении самосовпадения. Сдвиг на вектор b₂ иллюстрируется рис. 2.33, 2.35, 2.38.

Атомы слоя В над плоскостью А, лежащие в плоскости I и правее, сдвигаются на b₂ и занимают лунки С т.е. из 2 в 5. Соответственно сдвинутся остальные слои правее плоскости I, лежащие на слое В. Слой С встанет над слоем А, как это видно из рис. 2.38, на котором изображенные маленькими кругами атомы слоя С встали над А, например 7 над 1. При этом над слоем А с правой стороны также, как в предыдущем сдвиге (рис. 2.36), образуется выступ, но меньшей величины.

b 2

Рис. 2.38. Сдвиг на b₂ в слое В плоскости I в положение плоскости II

При сдвиге на вектор b₂ в плоскости А оборвется только плоскость I, лежащая ниже плоскости рисунка, превратившись в экстраплоскость, заканчивающаяся дислокацией с вектором Бюргерса . Вектор b₂ меньше минимального трансляционного вектора решетки и составляет часть полного вектора b₁, поэтому такая дислокация называется частичной.

Схема сдвига в плоскостях (111) на b₂, приводящего к образованию дислокации и дефекта упаковки, показана на рис. 2.39, где нормальное положение плоскостей в идеальной решетке изображено слева, а справа - после перемещения.

b 2

Рис. 2.39. Схематическое изображение плоскостей (111) кристалла со сдвигом, вызванным образованием частичной дислокации

При таком смещении решетка не совмещается сама собой, нарушается порядок укладки атомных слоев и образуется дефект упаковки. Стрелки обозначают вектор сдвига b₂, правее которых произошло скольжение, и слой В смещается в лунки С, а С в А и т.д. В результате сдвига по схеме (2.47) в упаковке слоев АВС … правее сдвига появился дефект вычитания САСА. Упаковка САСА, соответствующая ГПУ решетке, является дефектом для ГЦК.

Таким образом, дефект упаковки типа вычитания и связанный с ним сдвиг могут быть результатом образования и движения частичной дислокации с b =1/6а<211>; перемещаясь, дефект восстанавливает расположение атомов идеальной решетки позади дислокации. Частичные дислокации типа 1/6 а <211> с вектором Бюргерса, лежащим в плоскости скольжения, легко перемещаются в плотноупакованных плоскостях {111} и называются частичными дислокациями Шокли.

Образовавшийся дефект упаковки, ограниченный слева дислокацией по схеме (рис. 2.38), должен с одной грани выходить на поверхность кристалла с образование выступа (рис. 2.39). Если же дефект оканчивается внутри кристалла, то чтобы исправить последствия образования такого дефекта упаковки, необходимо произвести еще один сдвиг атомов в том же слое. Через какое-то количество ячеек плоскость, идентичная плоскости II, должна переместиться в положение, идентичное III, т.е. атомы из положения 5 в 3 и т.д.(см. рис. 2.35). Это даст вторую частичную дислокацию с вектором Бюргерса , которая будет ограничивать дефект упаковки с другой стороны (рис. 2.40) (искажения вокруг дислокации не показаны).

b 2

b 3

III

Рис. 2.40. Схема расщепленной дислокации Шокли в укладке жестких шаров, разделенная дефектом упаковки типа вычитания; сдвиг плоскости I последовательно на b₂ и b₃ в слое В в положение плоскости III