Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Одной из наиболее наглядных первых методик воспроизведения упаковки атомов в плоскости кристалла было использование слоя плотно уложенных мыльных пузырей одинакового размера. Брэгг и Най [14] показали, что, деформируя эти слои стеклянными палочками, можно воспроизвести сдвиг путем прохождения краевых дислокаций, характерная структура которых четко обнаруживается по расположению пузырьков. Ломер [15] провела количественные эксперименты с пузырьковыми слоями и смогла показать, что они начинают пластически деформироваться при напряжениях порядка 10"3 Е, как это предсказано теоретическими работами. На этой модели можно было также изучить простые дислокационные взаимодействия, например аннигиляцию дислокаций противоположного знака на одной плоскости скольжения или комбинацию дислокаций на различных плоскостях с образованием третьей дислокации. С помощью мыльных пузырей моделировалось также строение границ зерен и было показано, что малоугловые границы могут быть описаны как системы дислокаций х).
2. Рост кристаллов
В 1949 г. Франк и др. [16] теоретически показали, что дислокации могут играть важную роль при росте кристаллов из парообразного и жидкого состояний. Было установлено, что в действительности многие кристаллы растут гораздо быстрее, чем можно было бы ожидать в случае совершенных
1J Исключительно богатые возможности для моделирования дислокационного строения кристаллов, структуры границ зерен и субзерен, а также динамики некоторых процессов — плавления, кристаллизации, движения дислокаций, рекристаллизации и др.— дает предложенный Лонгиновым [54*] способ с использованием стальных шариков, находящихся в магнитном поле постоянной или переменной напряженности.— Прим. перев->
4*
52
Глава З
кристаллов при малых пересыщениях. Для совершенных кристаллов трудность состоит в том, что, когда атомы, присоединяющиеся к ступенькам атомного масштаба на растущих гранях кристалла, полностью заполняют
Винтовая дислокация
Ф и г. 3.12, Развитие спирали роста вокруг винтовой дислокации.
эти грани и делают их гладкими, дальнейший рост кристалла должен приостановиться, пока на гладких гранях не образуются новые зародыши.
Фиг. 3.12а. Спираль роста в карбиде кремния (высота ступеньки 165 A) [50].
Франк преодолел эту трудность путем введения в рассмотрение винтовой дислокации, выходящей на грань кристалла (фиг. 3.12, а) и создающей непрерывно самовозобновляющуюся ступеньку А, поскольку винтовая дислока-
Элементарная теория дислокаций
53
дия обращает кристалл в одну спирально закрученную плоскость. Геометрическим следствием этого обстоятельства является то, что присоединение атомов к ступеньке приводит к ее закручиванию по спирали (фиг. 3.12, 6"), так как осаждение атомов вблизи выхода дислокации вызывает здесь более быстрое продвижение ступеньки, чем во внешних участках, которые постепенно отстают в росте от центральной части.
6 то же время, когда была развита дислокационная теория роста кристаллов, Гриффин [17] сообщил о наблюдении дислокационных спиралей в природном берилле; за этим последовало обнаружение многочисленных подобных примеров при исследовании кристаллов карборунда, парафина, иодида кадмия ') и т. д. В большинстве случаев оказалось, что ступеньки имеют мономолекулярную высоту и становятся видимыми под микроскопом либо благодаря явлению травления, либо вследствие адсорбции на них примесей. Форти [18] нашел спирали роста на кристаллах кадмия и магния, выращенных из газовой среды.
Интересные геометрические видоизменения происходят в том случае, когда в процессе роста участвуют две дислокации. Две винтовые дислокации одинакового знака, объединяясь, дают спираль роста с двойной высотой ступеньки, тогда как комбинация двух дислокаций противоположного знака приводит к появлению серии сплошных террас роста. Спирали и террасы могут быть почти круглыми но форме, но часто они отражают симметрию кристаллов, т. е. различную скорость роста в зависимости от ориентации (фиг. 3.12а).
8. Фигуры травления
В некотором смысле травление может рассматриваться как явление, обратное росту кристалла, и если этот процесс достаточно избирателен, то становится возможным удалять атомы из кристаллов преимущественно с несовершенств решетки, которые обусловливают наличие поверхностных ступенек. Действительно, при химическом травлении германия наблюдались спиральные фигуры травления [191, а при растворении кристаллов AlB, около дислокаций были обнаружены поры [20).
Не приходится сомневаться в том, что дислокации могут быть преимущественными местами химического воздействия прежде всего потому, что они являются малыми напряженными областями с иным электродным потенциалом. Представляется, что во многих случаях атомы примесей должны связываться с несовершенствами, в то время как в других случаях для этого, по-видимому, нет необходимых условий. Вийон и Лакомб [211 показали, что дислокационная структура алюминия легко выявляется травлением при условии, что примеси могут мигрировать к дислокациям. Жаке 122] провел детальное научение фигур травления в а-латуни; после малых деформаций он обнаружил наличие дислокационных взаимодействий и скоплений. Дислокации в кремнии или германии легко выявляются травлением, и этот метод сейчас применяется для оценки качества кристаллов, выращенных для использования в полупроводниковых приборах [231.
