Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Происхождение дислокаций

Происхождение дислокаций

27.07.2017

Наблюдения роста монокристалла алюминия in situ (рентгеновской топографией в мощном синхротронном пучке) показали, что близ границы твердое - жидкое дислокаций еще нет: они появляются уже в твердом металле, от термических напряжений. Того же происхождения дислокации и при кристаллизации висмута (на видеозаписи in situ в трансмиссионном электронном микроскопе).
Обычную после кристаллизация металла из расплава плотность дислокаций (10в6...10в8 см-2) создает необходимая для теплоотвода разность температур по сечению слитка AT. Она создает в слитке напряжения о ~ аLEAT (aL - линейный коэффициент теплового расширения, E — модуль Юнга). При плотности дислокаций р каждый сегмент сетки длиной l ~ 1/Vp станет источником дислокаций при напряжении т =Gb/l. Поскольку т/G = о/Е, размножения не будет, если b/l > aLAТ. Если учесть, что для всех металлов в точке плавления aLTпл = 0,02, то плотность дислокаций р ~ 10в-6 см-2 может сохраниться лишь при столь малых перепадах температуры по сечению и длине кристалла в процессе охлаждения, что АТ/Тпл < 10в2 bVp ~ 3*10в-3 (для меди порядка 3 К).
Возникшие таким образом дислокации могут и аннигилировать, но при градиенте температуры grad T есть и “естественная” нижняя граница р — плотность неустранимых дислокаций. Параллельные и одноименные краевые дислокации создают кривизну решетки к1 = рb. Градиент температуры по нормали к плоскости скольжения дает кривизну к2 = aL grad T. Для его компенсации нужно к1 > к2 или

Тогда перепад температуры grad T ~ 1 К/см при aL ~ 10в-5 К-1 даст плотность дислокаций р > 10в3 см-2. Так, в монокристалле алюминия, полученном зонной плавкой, остается р ~ 10в2 см-2 после охлаждения со скоростью 10в-3 К/с (до комнатной температуры за неделю), но р ~10в4 см-2, если скорость увеличить до 10в-2 К/с.
Аналогично может действовать градиент концентрации, например, при диффузионном насыщении кристаллов. Дислокации получаются размножением (от концентрационных напряжений) или как петли от стока неравновесных вакансий, возникших при взаимодиффузии из-за разной подвижности компонентов.
Если в системе A-B концентрационное расширение u11 = (1/a) (da/dcA), а в зоне взаимной диффузии толщиной Л перепад концентраций AcA, то кривизна решетки к = u11AcA/h, и для ее компенсации необходима плотность дислокаций р = 2uAAcA/bh (в двух направлениях параллельно слою). Так, при насыщении меди цинком (в растворе AcA = 0,38; u11 = 0,064) при глубине слоя Л = 100 мкм следует ожидать р > 2*10в-8 см-2; электронная микроскопия находит р < 1*10в9 см-2.
При быстром охлаждении отточки плавления избыток вакансий AcV ~ 10в-4, стекая в петли радиусом r ~ 0,1 мкм, дал бы плотность дислокаций р - AcV/rb ~ 10в8 см-2. Обычная же скорость выращивания монокристалла из расплава v ~ 10в-3 см/с, а градиент температуры у границы с жидкостью grad T ~ 20 К/см. Тогда скорость охлаждения w = dТ//dt = v grad T ~ 2*10в-2 К/с, а для нее сходственная температура замораживания вакансий 0 = 0,2, и избыток AcV очень мал. Только при 0 = 0,97 (в бездислокационном кристалле галлия при 20°С) удавалось наблюдать рентгеновской топографией in situ зарождение петель, их рост до 1 мкм и связывание в сетку.