Если представить себе кристалл с координационной решеткой, мысленно надрезанный вдоль плоскости ABC по линии AB (рис.). Атомные полусетки лежащие друг над другом одинаково пронумерованы. Прилагая усилие определяемое вектором сдвига (вектором Бюргерса) перпендикулярным AD, пройдет смещение атомов, лежащих в области BCAD (плоскость сдвига), таким образом, что каждый атом вдоль трансляции AB сместиться на один период идентичности в соседний узел. Также сместятся все вышележащие атомы. Теперь атомы плоскости 1 расположатся над атомами нижней полуплоскости 2, атомы верхней полуплоскости 2 – над атомами нижней 3 и т.д. (рис.). Последняя перед краем AD верхняя полуплоскость 4 окажется ”подвешенной” в решетке, под ней никакой плоскости нет (рис. ). Выход дислокации AD отмечен знаком ^. Дислокации такого рода называются краевыми или линейными, и часто трактуются как линейные дефекты. Исходя из того, что протяженность дефекта перпендикулярно линии дислокации не превышает нескольких атомных диаметров.
Дислокацией называется линейное несовершенство, образующее внутри кристалла границу зоны сдвига (определение Рида).
Линия AD ^ вектору Бюргерса вовсе не ограничивает собой размер дефекта. Над ней лежат атомы верхней полуплоскости как бы “втиснутой” в кристалл, причем в кристалле возникает усилие, подобное усилию, выталкивающему клин из деревянного полена. Атомы обеих сеток, прилегающих к пространству под линией AD, находятся на несколько больших расстояниях между собой, а отсутствующая плоскость, показанная на рис. с пунктиром, является геометрическим местом точек, как бы ”всасывающим” атомы. Если эта отсутствующая полуплоскость заполняется атомами, то дислокация исчезнет, а вместе с этим исчезнет напряженное состояние решетки вдоль дислокации AD. Таким образом, по линии AD сходятся две разные области: верхняя, содержащая “распирающую” полуплоскость, и нижняя – с отсутствующей полуплоскостью. В эту нижнюю область – на позиции в отсутствующей полуплоскости легко переходят атомы (особенно примесей) из соседних позиций (например в междоузлиях). Из этого можно сказать, что рассматриваемая область обладает способностью “всасывать” атомы.
Трапецевидная область этого протяженного эффекта анизотропна, точки ее выше и ниже линии AD физически разнородны. Область дислокации бывает окружена точечными дефектами и активно взаимодействует с ними и вакансиями (рис.) с образованием микрокаверны.
Физическая картина краевой дислокации не позволяет считать ее линейным дефектом.
Винтовые диислокации.
Представим кристалл, разрезанный вдоль плоскости по линии AD. Теперь приложим усилие не перпендикулярно AD, а параллельно ей. В результате его атомы сместятся на один период идентичности (рис.). Атомы сетки 1 подойдут к атомам сетки 2, атомы сетки 2 к атомам сетки 3 и т.д. Тогда каждая сетка уподобится винтовой леснице или сверлу, а линия дислокации AD – их вертикальной несущей опоре.
Трещины, мозаика, микрокаверны.
Дефекты в виде трещин возникают в результате небольшой разориентировки двух прилегающих частей монокристалла. Мозаика – вследствие статической беспорядочности ориентировки под любым, чаще всего под очень малыми углами отдельных монокристаллических зерен. При росте из расплава, из пара и в других случаях между зернами и внутри их могут образовываться незанятые атомами полости – микрокаверны (в случае их отсутствия на границе зерен обычно имеются точечные дефекты).
микрокаверны
открытые закрытые
(внешние) (внутренние)
сообщаются с внешней не сообщаются с внешней
средой средой
Расчет дефектности.
Определив рентгеновскую плотность sx можно найти теоретический формульный объем (Ф.Оx) по формуле
(Ф.Оx) = ФM / sx,
где ФМ – формульная масса (молярная масса)
для TiO ФМ = 47,90 + 16,00 = 63,90 г sx = 5,87 г/см3, отсюда
(Ф.Оx) = 10,88 см3.
Определение объема приходящегося на дефекты I и II рода.
Определив пикнометрическую плотность одного и того же вещества (например TiO в виде порошка) без предварительной откачки воздуха до заполнения пикнометра жидкостью, обнаруживается, что найденная пикнометрическая плотность (sп = 4,04 г/см3) значительно меньше рентгеновской за счет внутренних и внешних пор. Определив формульный объем с учетом внешних пор (Ф.О.)p*
(Ф.О.)p* = Ф.М. / sp*,
где sp* - рентгеновская плотность с учетом внешних пор.
В нашем примере (Ф.О.)p* = 15,81 см3.
Повторяя определение пикнометрической плотности с предварительной откачкой пикнометра до высокого вакуума находим sp= 4,94 т.е. больше, чем sp*. Если sp = 4,94, то (Ф.О.)p = Ф.М. / sp = 12,93 см3. Разница (DФ.О.) = (Ф.О.)p - (Ф.Оx) в нашем примере равно 2,05 см3. эта суммарная величина незаполненных внутренних объемов, приходится на формульную массу “TiO”, т.е. 63,90 г. Эти объемы могут приходится на дислокации, микрокаверны и закрытые трещины.
микрокаверны