Dyslokacje w kryształach

I. Dyslokacje: podstawowe pojęcie

II. Własności mechaniczne kryształów

III. Źródła i rozmnażanie się dyslokacji

IV. Dyslokacje a wzrost kryształów

1) D. Hull, Dyslokacje (PWN, 1982).

2) M. Suszyńska, Wybrane zagadnienia z fizyki defektów sieciowych

(Ossolineum, 1990).

3) J.C. Brice, The Growth of Crystals from Liquids (North-Holland, 1973).

4) A.A. Chernov (red.), Modern Crystallography: Crystal Growth

(Springer, 1984).

5) K. Sangwal, R. Rodriguez-Clemente, Surface Morphology of Crystalline

Solids (Trans Tech, Zurich, 1991).

Literatura

Keshra Sangwal, Politechnika Lubelska

I. Dyslokacje: podstawowe pojęcie

Geometria i ogólne cechy dyslokacji

Energia odkształcenia

sprężystego

Dyslokacji (odniesiona do

jednostkowej długości):

(6-10 eV)

Energia jądra dyslokacji

Ecore < 3RGTm. Ecore/Eel < 1/10

krawędziowa

śrubowa,

0

2

el lnπ4 r

r

K

GbE

Wektor Burgersa i kontur Burgersa

b1 = b2 + b3

E1 > E2 + E3

b LD|| LD

b - wektor jednostkowy

b

LD – Linia

Dyslokacji

Granice ziaren

Granice tworzone przez

dyslokacje:

- krawędziowe

- śrubowe.

Granica skręcona

Granica daszkowa

- niskokątowa

- szerokokątowa

2sin2

D

b

Ogólne równanie

Dla małych kątów:

= b/D.

Błędy ułożenia i wektory częściowe

Struktura hcp i fcc

Dyslokacje cząstkowe i wektory

częściowe

Metale: Mg, Cd, Zn

Struktura: hcp

Płaszczyzna najgęstszego

upakowania: (1000)

Kierunek najgęstszego

upakowania: <1120>

Jednostkowy wektor sieciowy:

(1/3)<1120>

Niektóre metody ujawnienia

dyslokacji

• Spirale wzrostu

• Trawienie chemiczne

• Trawienie termiczne

• Technika dekoracyjna

• Metody topograficzne

• Metoda fotoelastyczna

• Mikroskopia elektronowa

Literatura:

- K. Sangwal, Etching of Crystals, North-Holland, 1987.

- D. Hull, Dyslokacje, PWN, 1982.

J.J. De Yoreo et al., w:

Advances in Crystal Growth,

Eds. K. Sato et al., Elsevier,

2001, p. 361-380.

Przykłady dyslokacji

Dekoracja

Topografia rentgenowska

Lefaucheux et al., JCG 67 (1984) 541.

(a)

(b)

II. Własności mechaniczne kryształów

Wytrzymałość monokryształów na ścinanie

.

.

.

dGx /

a

x

d

Ga 2sin

2

d

Ga

2kr

Dla małych odkształceń sprężystych,

naprężenie ścinające

W całym zakresie

Krytyczna wartość naprężenia

ścinającego

d

Teoretyczne dla d = a:

G/ kr < 10

Doświadczalne dla różnych kryształów:

G/ kr = 102 – 104.

Ruch dyslokacji

Pojęcie poślizgu

Naprężenie styczne:

= (F/A) cos cos .

c - krytyczne naprężenie poślizgu.

System poślizgu:

(100)[010].

Pierwotny i wtórny system poślizgu.

Poślizg i dyslokacje

Ten ruch jest tylko dla

dyslokacji krawędziowych

Poślizg poprzeczny

W kryształach metali:

Płaszczyzny gęstego

upakowania typu (111)

mają wspólny kierunek

typu [101].

Składowe dyslokacji

śrubowych mogą się ślizgać

w obu płaszczyznach.

-

Wspinanie się dyslokacji

Wspinanie się dodatnie lub ujemnie

Zależność naprężenia od odkształcenia

- współczynnik umocnienia

lub moduł plastyczności

1 – etap łatwego poślizgu

2 – etap liniowego umocnienia

3 – etap relaksacji odkształcenia

III. Źródła i rozmnażanie się dyslokacji

Dyslokacje podczas wzrostu

Mechanizm I: prążki wzrostu (step bunching)

i makrostopnie

Dyfuzja objętościowa

Domieszki

Inkluzje i skupiska domieszki

Dyslokacje

Inkluzje

Dyslokacje niedopasowania

Mechanizm II:Parametry sieci podłoża

i warstwy wzrostu

Lefaucheux et al., JCG 67 (1984) 541.

Liniowa gęstość dyslokacji

niedopasowania

gdzie a1 a2 a.

,2

21

12

a

a

aa

aa

Epitaksja

- homo-epitaksja

- hetero-epitaksja

Dyfuzja wakansów i atomów

Mechanizm III

Kondensacja wakansów

i atomów międzywęzłowych

Zarodkowanie i rozmnażanie dyslokacji

Naprężenia lokalne

(np. naprężenia termiczne)

- Zarodkowanie

Naprężenia w dużych obszarach

- Rozmnażanie

Mechanizm IV

Naprężenia wewnętrzne

IV. Dyslokacje a wzrost

kryształów

Geometria

dyslokacji

Mechanizm

wzrostuPowierzchnie

wzrostu

J.J. De Yoreo et al., w: Advances in

Crystal Growth, Eds. K. Sato et al.,

Elsevier, 2001, p. 361-380.