Г.Б. Бокий - Кристаллохимия (1157627), страница 63
Текст из файла (страница 63)
На рисунке она выглядит как точечный дефект. И, забегая вперед, следует сказать, что точечные дефекты часто могут слуясить источником линейных дислокаций во время роста кристалла, причем длина дислокации в отличие от точечных дефектов может простираться на миллионы межатомпых расстояний и пронизывать кристаллы из конца в конец. Вокруг дислокации образуется ооласть (шнур) наиболее деформированной напряженной части кристалла. Толщина шнура того же порядка, что и у точечных дефектов, т. е, песколькнх межатомпых расстояний. 2. Винтовая дислокации. Понятие о винтовой нли спиральной днслокацяи было введено з фпзику твердого тела Бюргерсом в (939 г.
Такая дислокация также может возникнуть за счет сдвига части кристалла на один ме;катомпый параметр (или кратное нх число). На рнс. 265 в плоскости сдвига АВСР одна часть прнсталла опустилась на один параметр решетки СС' и соответственно РР'. Ось дислокации АВ в этом случае будет параллельна направлению сдвига, а не перпендикулярна, как зто было в случае линейной дислокации. Вокруг оси винтовой дислокации также будет располагаться область наиболее искаженного участка кристаллической решетки размером в несколько межатомных расстояний.
На рис. 266 показан один виток такой дислокации на участке решетгш, где имеет место максимальная деформация ячеек. Начало и конец изогнутой стрелки (символизирующей один шаг спирали) расположены на соседних узлах одного вертикального ряда решетки. сусссисстпе е в таира биеи сйеаеа иас ирасрпьшй иесисй рета еитии в б 26) Рис. 266. Один виток винтовой дислокации Рис. 267. Появлеяие дислокации в результате срастания двух блоков в кристалле о — переоизтапьиые состопиик в бпоквх, решетки ие пзрушеиы; б — ив греиице сраствиии блоков воевивпа дис- локации Горизонтальный ряд узлов оказывается разорваипым и сдвинутым по вертикали па один параметр.
Левее этой стрелки решетка почти пе нарушена. Если лгы начком обходить эту стрелку, то через 180' встретим опять практически яекарушепкый участок решетки, причем ряд будет представлять собою почти ке искаженную прямую линию. Обходя по стрелпе дальше область максимальных деформаций, мы будем двигаться по виитовои кривой все глубже и глубже в середине кристалла, опускаясь иа один параметр прп как<дом обороте иа 360". Выше мы описали два крайних случая дислокаций: ликейиой и винтовой. Реальные случаи, как правило, представляют собою комбпкацшо этих двух идеальных случаев.
При этом образуется криволинейная дислокиг)ия с произвольными кривым~ поверхиостями скольжения. Описать такую дислокацию в как<дову конкретиом случае часто бывает трудно. Одиако отдельные ее части обычно удается свести к описанным выше идеальным случаям. 3. Образование и движение дислокаций. Выше было рассмотрело образовакие дислокаций за счет пластической деформации кристалла, однако зто далеко не единственная причина кх образовакия. Дислокации часто появляются в процессе роста кристалла.
Если отдельные блоки растущего Рис. 266. Возвикиоиеяие диспокецпп (б) в местах скопления дефектов ~а) в кри- сталле Рнс. 269. Возникновение и перемещение дислокации в процессе сдвига а — первоначальное состояние; б — появление днслокацнк; в — движение дислокации; в — исчезновение днслокацлл на поверхностл кристалла Рае. 270. Взаимодействие двух дннжущнхся дислокаций в кристалле а — положеннн дислокаций до перемещения; б — обравованне серии точечных дефектов в результате рекомбинации дислокаций кристалла слегка разориентированы, то на их стыке могут образоваться дислокации.
На рис. 267, и показаны дза блока с ненарушенными решетками. В результате срастания этих блоков по общей границе возникают линейные дислокации (рис. 267, б). Дислокации могут возникнуть в местах скопления дефектов кристалла. Рис. 268 демонстрирует этот случай. В результате деформации структуры около этого дефекта, на его месте возникает дислокация (случай б). Как и точечные дефекты, дислокации могут перемещаться в кристалле. На рис.
269, а — г последовательно показано, как под действием сил, сдвигающнх нижнюю половину кристалла относительно верхней, возникшая линейная дислокация перемещается внутрь кристалла, выходит в конце концов на его поверхность, где и исчезает. Это исчезновение дислокаций на поверхности кристалла вполне аналогично исчезновению вакансий, о которой мы говорили выше Я 3 настоящей главы).
В процессе передвинсения дислокации взаимодействуют друг с другом. На рис. 270, а показано взаимодействие двух линейных дислокаций противоположного знака. В результате их рекомбинации происходит образованке ряда дефектов — вакансий (рис.270,б)илимежузельных атомов. Этот процесс энергетически выгоден, так как упругио деформации кристаллической решетки при рекомбинации дислокаций существенно уменьшаются. й 4. Звваеавееть фиевве-каавчееваа евеяетв враетваввев ет реальней етрувтуры $. Дислокации и прочность материалов.
Предыдущая глава была посвящена рассмотрению вопроса о зависимости физико-химических свойств кристаллов от их идеальной структурьц Однако многие свойства кристалла зависят не столько от его идеальной структуры, сколько от тех дефектов, которые всегда присутствуют в реальных кристаллах. Рассмотрим кратко зту зависимость. Изучение дислокаций проводилось особенно интенсивно в связи с разработкой теории прочности металлов. Повышение прочности обусловливает увеличение долговечности и надежности работы деталей машин, снижает их вес и увеличивает, следовательно, полезную грузоподъемность различных видов транспорта, повышает скорость его движения и т. д.
Наличие даже небольшого числа дислокаций в металлах, пронизывающих в нем значительные участки, часто бывает достаточным, чтобы сниаить его теоретическую прочность на несколько порядков. Эта идея нашла свое подтверждение после открытия того факта, что нитевидные кристол лы, так называемые «усы», обладают почти идеально правильным бездефектным атомным строением и по своей прочности приближаются к наивысшей теоретически возможной прочности.
Однако зто не единственный путь повышения прочности конструкционных металлов. При пластической деформации, от которой как раз и требуется уберечь металлические изделия, происходит движение дислокаций, поэтому мок«но увеличить прочность, если затруднить эти двпя«ения. Последнее можно сделать, например, за счет увеличения количества дефектов в кристаллах путем введения посторонних атомов (легирующие добавки), а также за счет соответствующей обработки, в первую очередь, термической. Все этн вопросы в настоящее время очень широко освещены в литературе*.
2. Методы обнаружения дефектов кристаллов. В ряде случаев обнаружение дислокаций и других дефектов основывается на определенных физико-химических свойствах кристаллов, зависящих от самих дефектов. На месте выхода дислокации на поверхность грани кристалла имеется максимальное напряжение решетки, и, следовательно, требуется несколько меньшая энергия для отрыва атомов от этого места, чем для отрыва атомов участка грани с совершенной структурой. Подбирая условия для такого эксперимента, можно наблюдать результаты под микроскопом.
Наибольшее распространение среди методов обнаружения дислокаций полу ~ил метод травления. Хорошие ре- ~ Дислокации з кристаллах. Библиографический указатель, зып. 2. М., «Наука», 1966 г. аультаты для некоторых веществ дает и метод испарения. В местах выхода дислокаций з результате травления илн испарения получаются ямки травления, которые могут быть доведены до размеров, хорошо видимых под микроскопом. Однако наиболее тонкие наблюдения были сделаны при электр онномнкр аскопических исследованиях. Очень подробно разработаны сейчас всевозможные методы «двкорирования», для чего требуется подбор подходящих примесей (например, цветных), которые осаждаются прежде всего на дислокациях. Непрозрачные примеси, осаждающяеся на дефектах прозрачного кристалла, делают эти дефекты видямымя под микроскопом.
В прозрачных, главным образом, изотропных кристаллах удается выявить области реаких напряжений на границах дислокаций в поляризованном свете. Этот метод особенно удобен для изучения несовершенств кристаллов внутри всего их объема. Существует и много других методов, носящих, однако, как правило, более частный характер. 3. Зависимость электрических свойств полупроводниковых кристаллов от их реальной структуры. В кристаллах с гомеополярным типом связи каждая дислокация влечет за собой появление ряда разорванных связей вдоль линии дислокации. Число разорванных свяаей на один параметр решетки для веществ со структурой алмаза (81, Ое) в зависимости от типа плоскости скольжения, направления оси дислокации и некоторых других дополнительных условий, представлено в табл. 34 (Хорнстр, 1958 г.). Неспаренные электроны с разорванных связей могут либо перейти в зону проводимости, либо присоединить к себе второй электрон в силу стремления атома образовать вокруг себя октет.
В первом случае дислокация будет действовать как ряд доноров, во втором как ряд акцепторов. 263 тАБЛИЦзэ »4 Число раиорнииныи связей на один параметр ячейки Число разорваннык свяаеи на один оарачотр нчеикк Ось дислонадии Плоскость сколыиенкк «! 1) «1!) «оо) «оо) «10) («о) 1ИО) [211! [!!о( (шо) [(оо( [2111 1,41 0,82 нли 1,68 " 0 э 2,83 0 э 2,0 0 э 2,0 0 э 1,63 два значения в ззвисииости от донолнитель- нык »слоник. В кремнии и германии, в частности, дислокации являются акцепторами. Если на дислокации заняты все акцепторные уровни, то линии дислокации оказываются заряженными отрицательно, а это обстоятельство уже оказывает сильное влияние на рассеяние электронов проводимости и, следовательно, на подвижность алек- тронов и «дырок».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
