Движение дислокаций

Дислокации могут сравнительно легко передвигаться через кристалл. Предположим, что дислокация с единичным вектором оси дислокации и вектором Бюргерса передвигается в плоскости с нормалью (рис. 3.18) (положительное направление нормали выбирается произвольно). Тогда скалярное произведение векторов .

Пусть − единичный вектор направления движения дислокации, который определяется из соотношения

.

(3.21)

Пусть положительная сторона плоскости скольжения связана с направлением вектора , другую сторону плоскости назовем отрицательной. Когда дислокация движется по плоскости в направление , часть кристалла, расположенная с положительной стороны плоскости, сдвигается на вектор относительно части кристалла, находящейся с отрицательной стороны. Рассмотрим два случая.

1. Пусть вектор лежит в плоскости перемещения дислокации, т. е.

.

(3.22)

Такое движение дислокации называют скольжением, а плоскость движения – плоскостью скольжения (рис. 3.19). Скольжение осуществляется за счет незначительной перестройки атомов вблизи линии дислокации. Скольжение дислокации не сопровождается переносом массы и происходит под действием небольших касательных напряжений t.

Рис. 3.18. К выводу движения дислокации	Рис. 3.19. Перемещение дислокации на одно межатомное расстояние

Расчет показывает, что для того, чтобы заставить скользить дислокацию требуется механическое напряжение , что по порядку величины совпадает с критическим напряжением, при котором развивается пластическая деформация кристаллов. Это приводит к выводу, что пластическая деформация кристаллов связана с движением дислокаций.

Если вектор Бюргерса параллелен вектору , т. е. дислокация винтовая, то любой вектор , для которого , также удовлетворяет условию (3.22). Таким образом, любое движение винтовой дислокации является скольжением. При этом плоскость скольжения неопределенна и может быть любой из плоскостей, осью которой служит линия дислокации.

2. Другой случай − вектор не лежит в плоскости скольжения, т. е.

.

(3.23)

Это означает, что краевая дислокация смещается в направлении, перпендикулярном плоскости скольжения, когда происходит «наращивание» или «растворение» атомных рядов на краю «лишней» полуплоскости. В этом случае дислокация оставляет за собой либо вакансии, либо междоузельные атомы. Движение сопровождается переносом вещества. Такое движение называется переползанием дислокации (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Переползание дислокации за счет поглощения межузельных атомов

Переползание дислокаций происходит обычно при больших температурах и больших временах выдержки под нагрузкой, когда велика диффузионная подвижность атомов.

Развитие дислокационной пластичности кристалла определяется подвижностью дислокаций и интенсивностью их зарождения. Подвижность изолированной дислокации в предельно чистом монокристалле зависит от характера сил межатомных связей, взаимодействия дислокаций с частицами в кристалле. Подвижность дислокаций в неидеальных кристаллах уменьшается за счет их взаимодействия друг с другом и с другими дефектами. Такое взаимодействие приводит к торможению или даже стопорению движущихся дислокаций. Осевшие на дислокации примеси блокируют ее движение, как бы «пришпиливая» в некоторых точках линию дислокации. Отрыв дислокации от примесей, т. е. преодоления препятствий («стопоров дислокации»), мешающих ее движению, при высоких температурах происходит за счет термоактивации. При низких температурах эти процессы затруднены, но все же возможны за счет квантового туннелирования дислокации.