2.5. Контур и вектор Бюргерса

Одной из важнейших характеристик дислокации является вектор смещения - вектор Бюргерса . Рассмотрим две кристаллические решётки- одну реальную, другую- идеальную, не содержащую дефектов и искажений (рис.2.7) . Если искажения в данном кристалле вызваны только упругими деформациями, тепловыми колебаниями атомов и т.д., то, несмотря на нарушения структуры, можно безошибочно сказать, к каким узлам решётки идеального кристалла относятся соответствующие атомы реального кристалла. Любую область реального кристалла, где можно установить взаимно однозначные соответствия с идеальным кристаллом, называют областью хорошего кристалла. Участки, где такое соответствие установить нельзя, называют областью плохого кристалла.

Контуром Бюргерса называют замкнутый контур произвольной формы, построенный в реальном кристалле так, что, переходя последовательно от атома к атому, не выходят из области хорошего кристалла. Устанавливая взаимно однозначные соответствия между точками контура в реальном кристалле и соответствующими точками в идеальном кристалле, мы можем построить аналогичный контур в идеальной решётке. Если в реальном кристалле контур проведён вокруг дислокации, то соответствующий контур в реальном кристалле окажется разомкнутым. Чтобы замкнуть этот контур, его необходимо дополнить вектором , называется вектором Бюргерса. Направление вектора Бюргерса определяется следующими условиями:

1) Если положительное направление дислокации выбрано произвольно, то обход контура Бюргерса определяется по правилу правого винта.

2) Вектор Бюргерса направлен от конечной точки "В" к начальной точке "А". На рисунке 4 за положительное направление принято направление единичного вектора , касательного к линии дислокации и направленного за плоскость листа.

Дислокация является границей области пластического сдвига в кристалле, поэтому вектор Бюргерса – это вектор сдвига. Вектор Бюргерса краевой дислокации перпендикулярен линии дислокации, а винтовой - параллелен линии дислокации.

Движение дислокации в кристалле может осуществляться двумя способами: скольжением и переползанием.

В первом случае вектор лежит в плоскости перемещения дислокации, плоскость движения называется плоскостью скольжения. Движение осуществляется за счёт небольшой перестройки атомов вблизи линии дислокации (в плохом материале). Скольжение не сопровождается переносом массы.

Во втором случае вектор не лежит в плоскости перемещения дислокации, и движущаяся дислокация оставляет за собой либо вакансии, либо междоузельные атомы. Такое движение дислокации обязательно сопровождается переносом вещества в этой плоскости за счёт диффузии атомов и называется переползанием, т.к. при движении дислокация переползает из своей истиной плоскости скольжения.

Внутри кристалла есть источники дислокаций. Рассмотрим механизм Франка-Рида размножения дислокаций (рис.2.8). Линия АВ - это краевая дислокация с закреплёнными концами. Отрезок АВ, расположенный в плоскости скольжения, является источником неограниченного числа дислокаций. Под действием внешнего напряжения τ дислокация начинает выгибаться в плоское скольжение и занимает положение 1 (если бы концы отрезка были свободными, то дислокация стала бы двигаться путём

скольжения).

Постепенное выгибание дислокации может происходить лишь при непрерывно возрастающем напряжения τ, которое достигает максимального значения в момент, когда дислокации принимает форму полуокружности. Это напряжение - критическое. При τ > τ_кр конфигурация становится нестабильной, и дислокация самопроизвольно расширяется, занимая положения 2,3,4, и разделяется на две - внешнюю и внутреннюю. Внешняя дислокация разрастается до поверхности кристалла, а внутренняя занимает исходное состояние. Образование новых дислокаций продолжается до тех пор, пока приложено напряжение.