ДИСЛОКА́ЦИИ

ДИСЛОКА́ЦИИ в кри­стал­лах (от ср.-век. лат. dis­lo­ca­tio – сме­ще­ние, пе­ре­ме­ще­ние), де­фек­ты кри­стал­ла, пред­став­ляю­щие со­бой на­ру­ше­ния в пра­виль­ном рас­по­ло­же­нии ато­мов, про­ис­хо­дя­щие в ок­рест­но­сти не­ко­то­рой ли­нии, про­ни­зы­ваю­щей кри­сталл. Впер­вые по­ня­тие Д. как то­по­ло­гич. ли­ней­но­го ис­точ­ни­ка внутр. на­пря­же­ний в твёр­дом те­ле, рас­смат­ри­вае­мом как сплош­ная сре­да, бы­ло вве­де­но В. Воль­тер­рой в 1905. Од­на­ко нау­ка о Д. на­ча­ла раз­ви­вать­ся толь­ко с 1934, ко­гда Дж. И. Тей­лор, Э. Оро­ван и М. По­ля­ни впер­вые объ­яс­ни­ли атом­ный ме­ха­низм пла­стич­но­сти кри­стал­лов как про­цесс пе­ре­ме­ще­ния Д. (см. Пла­стич­ность кри­стал­лов).

Схема краевой (А) и винтовой (Б) дислокаций.

Про­стей­ши­ми ви­да­ми Д. яв­ля­ют­ся крае­вая и вин­то­вая Д. (рис.). Крае­вая Д. пред­став­ля­ет со­бой ли­нию, вдоль кото­рой внут­ри кри­стал­ла об­ры­ва­ет­ся «лиш­няя» атом­ная по­лу­плос­кость. Та­кая Д. мо­жет быть по­лу­че­на в ре­зуль­та­те не­пол­но­го сдви­га верх­ней час­ти кри­стал­ла на один пе­ри­од кри­стал­лич. ре­шёт­ки вдоль плос­ко­сти, про­хо­дя­щей че­рез ось Д. На­прав­ле­ние сдви­га и его ве­ли­чи­на оп­ре­де­ля­ют осн. ха­рак­те­ри­сти­ку Д. – т. н. век­тор Бюр­гер­са, ко­то­рый по­стоя­нен вдоль всей ли­нии Д. и не­ред­ко на­зы­ва­ет­ся её то­по­ло­гич. за­ря­дом. Ес­ли сдвиг не пер­пен­ди­ку­ля­рен, а па­рал­ле­лен оси Д., то Д. на­зы­ва­ет­ся вин­то­вой. В этом слу­чае ни од­на из атом­ных плос­ко­стей не об­ры­ва­ет­ся внут­ри кри­стал­ла, но все они смы­ка­ют­ся в еди­ную вин­то­вую по­верх­ность. В мес­те вы­хо­да вин­то­вой Д. на внеш­нюю по­верх­ность кри­стал­ла об­ра­зу­ет­ся сту­пень­ка. Лёг­кость при­сое­ди­не­ния но­вых ато­мов к та­кой сту­пень­ке обу­слов­ли­ва­ет т. н. спи­раль­ный ме­ха­низм ус­ко­рен­но­го рос­та кри­стал­лов. Кро­ме чис­то крае­вых и вин­то­вых Д. воз­мож­ны бо­лее об­щие ком­би­ни­ро­ван­ные ти­пы кри­во­ли­ней­ных Д. Ли­нии Д. не мо­гут об­ры­вать­ся внут­ри кри­стал­ла, они долж­ны ли­бо за­мы­кать­ся в пет­ли, ли­бо раз­ветв­лять­ся на Д. с др. век­то­ра­ми Бюр­гер­са (но с той же их сум­мой), ли­бо вы­хо­дить на по­верх­ность кри­стал­ла.

При­ме­не­ние элек­трон­ных мик­ро­ско­пов с боль­шой раз­ре­шаю­щей спо­соб­но­стью по­зво­ля­ет не­по­сред­ст­вен­но на­блю­дать на­ру­ше­ния в рас­по­ло­же­нии атом­ных сло­ёв. Ис­ка­же­ние кри­стал­лич. струк­ту­ры вбли­зи Д. (т. н. яд­ро Д.) ох­ва­ты­ва­ет об­ласть диа­мет­ром в неск. пе­рио­дов кри­стал­лич. ре­шёт­ки. За пре­де­ла­ми яд­ра кри­стал­лич. ре­шёт­ка яв­ля­ет­ся ло­каль­но де­фор­ми­ро­ван­ной, но то­по­ло­ги­че­ски со­вер­шен­ной. Ве­ли­чи­на этих де­фор­ма­ций и со­пут­ст­вую­щих им даль­но­дей­ст­вую­щих внутр. уп­ру­гих на­пря­же­ний в кри­стал­ле убы­ва­ет об­рат­но про­пор­цио­наль­но рас­стоя­нию от Д. При­ло­жен­ная из­вне на­груз­ка, взаи­мо­дей­ст­вуя с по­лем внутр. на­пря­же­ний, мо­жет при­во­дить к дви­же­нию Д. Пе­ре­ме­ще­ние Д. на за­мет­ные рас­стоя­ния при­во­дит к не­об­ра­ти­мой (в от­ли­чие от уп­ру­гой де­фор­ма­ции) пла­сти­че­ской де­фор­ма­ции кри­стал­ла.

Раз­ли­ча­ют кон­сер­ва­тив­ные (без пе­ре­но­са мас­сы) и не­кон­сер­ва­тив­ные дви­же­ния Д. По­след­ний тип дви­же­ния воз­мо­жен прак­ти­че­ски вдоль лю­бо­го на­прав­ле­ния (напр., под ост­рым уг­лом к экс­т­ра­плос­ко­сти крае­вой Д.), но тре­бу­ет по­вы­шен­ных тем­пе­ра­тур, по­сколь­ку дол­жен со­про­во­ж­дать­ся диф­фу­зи­он­ны­ми по­то­ка­ми то­чеч­ных де­фек­тов (ва­кан­сий или ме­жу­зель­ных ато­мов). При уме­рен­ных тем­пе­ра­ту­рах реа­ли­зу­ет­ся лишь кон­сер­ва­тив­ный тип дви­же­ния пу­тём пе­ре­со­еди­не­ния свя­зей в яд­ре Д. Это воз­мож­но лишь в вы­де­лен­ных плос­ко­стях, на­зы­вае­мых плос­ко­стя­ми сколь­же­ния и за­да­вае­мых со­во­куп­но­стью на­прав­ле­ний век­то­ра Бюр­гер­са и ли­нии дис­ло­ка­ции.

При сме­ще­нии Д. в плос­ко­сти сколь­же­ния на пе­ри­од кри­стал­лич. ре­шёт­ки про­ис­хо­дят раз­рыв атом­ных свя­зей в дис­ло­ка­ци­он­ном яд­ре и пе­ре­со­еди­не­ние их в но­вом по­ло­же­нии, эк­ви­ва­лент­ном ис­ход­но­му, вслед­ст­вие пе­рио­дич­но­сти кри­стал­ла. Под­виж­ность Д. за­ви­сит от ха­рак­те­ра сил меж­атом­ных свя­зей, раз­ры­вае­мых при пе­ре­ме­ще­нии Д., от взаи­мо­дей­ст­вия с при­мес­ны­ми ато­ма­ми и др. де­фек­та­ми кри­стал­ла, а так­же с фо­но­на­ми и элек­тро­на­ми про­во­ди­мо­сти. На­пря­же­ния, тре­буе­мые для во­вле­че­ния Д. в дви­же­ние по плос­ко­сти сколь­же­ния, зна­чи­тель­но мень­ше, чем для сдви­га час­ти кри­стал­ла как це­ло­го вдоль этой плос­ко­сти при от­сут­ст­вии Д. Раз­ни­ца за­клю­ча­ет­ся в не­со­пос­та­ви­мом ко­ли­че­ст­ве раз­ры­вае­мых свя­зей, чем и объ­яс­ня­ет­ся пла­стич­ность мн. ре­аль­ных ме­тал­лов, со­дер­жа­щих боль­шое ко­ли­че­ст­во дис­ло­ка­ций.

Обыч­но Д. воз­ни­ка­ют уже в про­цес­се рос­та кри­стал­ла. Вы­ра­щи­ва­ние без­дис­ло­ка­ци­он­ных или ма­ло­дис­ло­ка­ци­он­ных кри­стал­лов пред­став­ля­ет со­бой слож­ную тех­но­ло­гич. за­да­чу, ус­пеш­но ре­шае­мую в по­лу­про­вод­ни­ко­вой пром-сти, обес­пе­чи­ваю­щей про­из-во тран­зи­сто­ров, ком­пь­ю­тер­ных чи­пов и т. п. В не­ко­то­рых др. про­из­вод­ст­вах, на­про­тив, на­ли­чие оп­ре­де­лён­ной плот­но­сти дис­ло­ка­ций по­лез­но для об­ра­бот­ки ма­те­риа­лов (т. к. при­да­вае­мая дис­ло­ка­ция­ми пла­стич­ность пре­до­хра­ня­ет ма­те­риа­лы от хруп­ко­го раз­ру­ше­ния при из­го­тов­ле­нии из­де­лий). При при­ло­же­нии к кри­стал­лу на­груз­ки Д. на­чи­на­ют раз­мно­жать­ся, при­чём при пре­вы­ше­нии не­ко­то­ро­го по­ро­го­во­го зна­че­ния на­груз­ки, на­зы­вае­мо­го пре­де­лом те­ку­че­сти, раз­мно­же­ние Д. при­об­ре­та­ет мас­со­вый ха­рак­тер и на­чи­на­ет­ся пла­стич. те­че­ние ма­те­риа­ла. По­сколь­ку по­вы­ше­ние темп-ры спо­соб­ст­ву­ет пре­одо­ле­нию барь­е­ров на пу­ти дви­же­ния Д., пре­дел те­ку­че­сти, как пра­ви­ло, по­ни­жа­ет­ся при на­гре­ва­нии кри­стал­ла. Это свой­ст­во из­дав­на ис­поль­зу­ет­ся для об­лег­че­ния об­ра­бот­ки ма­те­риа­лов, тре­бую­щей из­ме­не­ния их фор­мы.

Д. влия­ют не толь­ко на ме­ха­нич. свой­ст­ва кри­стал­лич. ма­те­риа­лов, та­кие как проч­ность и пла­стич­ность, но и на мн. дру­гие фун­дам. свой­ст­ва твёр­дых тел. Воз­ник­но­ве­ние обор­ван­ных атом­ных свя­зей в яд­ре Д. мо­жет вес­ти к за­хва­ту элек­тро­нов и свя­зан­но­му с этим влия­нию Д. на элек­трич. со­про­тив­ле­ние, лю­ми­нес­цент­ные и маг­нит­ные свой­ст­ва ма­те­риа­ла. Ско­рость диф­фу­зи­он­но­го пе­ре­ме­ще­ния то­чеч­ных де­фек­тов вдоль оси Д. («тру­боч­ная диф­фу­зия»), как пра­ви­ло, вы­ше, чем в объ­ё­ме со­вер­шен­но­го кри­стал­ла. По­это­му Д. спо­соб­ст­ву­ют ус­ко­ре­нию диф­фу­зи­он­ных про­цес­сов и ис­поль­зу­ют­ся для вы­ве­де­ния из кри­стал­лов вред­ных при­ме­сей. Спо­соб­ность во­вле­кае­мых в ко­ле­ба­тель­ное дви­же­ние Д. рас­сеи­вать ме­ха­нич. энер­гию при­во­дит к за­мет­но­му вкла­ду во внут­рен­нее тре­ние в твёр­дых те­лах.