ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
возникающими в процессе деформации кристаллографическими
полуплоскостями (рис.5).
Таким образом, под действием переменного напряжения
дислокации могут не только перемещаться, но и "размножаться'". Этот
процесс и приводит к пластическому течению кристалла. В сильно
деформированных кристаллах плотность дислокаций может достигать
10
11
- 10
12
дислокаций/см
2
(среднее число пересечений площадки в 1
см
2
дислокационными линиями). В хорошо обожженных кристаллах
(природных, искусственных) может содержаться до 10
2
-10
3
дисл/см
2
и
меньше.
Исходя из предложенных схем дислокаций нетрудно определить
энергию деформации, приходящуюся на единицу дислокационной
линии. Эта энергия связана с существованием в области ядра
дислокации дополнительных напряжений.
В случае винтовой дислокации энергия на единицу длины
определяется наиболее просто и равна:
0
2
ln
4 r
Rb
E ⋅
⋅
=
π
σ
где σ- модуль сдвига, b -величина элементарной трансляции, R -
радиус искаженной зоны кристалла вокруг ядра дислокации.
br ≈
0
Величина упругой энергии, связанной с единицей длины краевой
дислокации имеет тот же порядок величины что и для винтовой. Нали-
чие дополнительной упругой энергии имеет существенное значение
при селективном растворении поверхности кристалла, так как связь
атомов, находящихся в зоне выхода ядер дислокаций на поверхность
кристалла ослаблена. Это и приводит к более энергичному
растворению поверхности кристалла в указанных точках.
Место выхода дислокации на поверхность кристалла служит
центром реакции растворения. Выделяющееся здесь тепло (теплота
растворения) способствует существенному ускорению растворения
поверхности именно в этой области.
Автокаталитическое развитие процесса растворения усиливает
преимущественный характер травления в области выходов дислокаций.
Все это приводит к образованию на поверхности кристалла вокруг вы-
хода дислокации так называемой "ямки травления".
В ряде случаев имеет место электрохимическое действие
примесных атомов кристалла на процессы растворения в области
выхода дислокаций на поверхность, поскольку локализация примеси
часто осуществляется в области дислокационных линий.
Весьма существенное значение для образования хорошо сформи-
рованных крупных ямок имеет состав травителя (селективного раство-
рителя). Часто в состав травителя вводят вещества, адсорбирующееся
на поверхности кристалла и обеспечивающие большую контрастность
выявления выходов дислокаций.
Модули упругости и энергии дислокаций различных материалов.
Мате
риал
10
-10
м Модуль
Юнга,
10
10
н/м
2
Модуль
сдвига,
10
10
н/м
2
Энергия на
межатомное
расстояние вдоль
ядра линии
дислокаций, эВ
Аl 4,04 2,5 2.85 3,1
Сu 3,61 6,0 7,56 5,3
Алмаз 3,56 95,0 43,0 29,0
Ge 5,65 12,9 6,7 !8,0
KCI 2,8 4,1 0,6 9,3
Для наблюдения дислокаций в ионных материалах пригодны и
другие методы, например: 1) внутреннее осаждение, 2) дифракция
рентгеновских лучей. Каждый из методов обладает своими преиму-
ществами и недостатками и поэтому пригоден для одних и непригоден
для других экспериментов.
В предлагаемой работе используется метод избирательного
травления для наблюдения мест выхода дислокаций на поверхность
кристаллов, а также границ между блоками. По обнаруженным ямкам
травления удается наблюдать распределение дислокации в кристалле,
их плотность и движение при деформации кристалла.
2. Лабораторная работа.
Дислокации в кристаллах и их наблюдение методом избиратель-
ного химического травления.
2.1. Цель работы:
Работа выполняется с использованием монокристалла щелочно-
галоидных соединений (NaCl, KCI, Kbr и т.д.). Предлагается освоить
методику механического образования свежих сколов ЩГК кристаллов,
затем методику избирательного травления и фиксации (промывки) про-
травленных пластинок монокристаллов. После этого предварительного
этапа работ и консультаций или указаний преподавателя следует при-
ступить к количественным измерениям указанных далее в
методическом руководстве заданий с использованием оптического
микроскопа и устройств для пластической деформации.
2.2. Приборы и материалы.
1. Металлографический микроскоп.
возникающими в процессе деформации кристаллографическими Весьма существенное значение для образования хорошо сформи-
полуплоскостями (рис.5). рованных крупных ямок имеет состав травителя (селективного раство-
Таким образом, под действием переменного напряжения рителя). Часто в состав травителя вводят вещества, адсорбирующееся
дислокации могут не только перемещаться, но и "размножаться'". Этот на поверхности кристалла и обеспечивающие большую контрастность
процесс и приводит к пластическому течению кристалла. В сильно выявления выходов дислокаций.
деформированных кристаллах плотность дислокаций может достигать Модули упругости и энергии дислокаций различных материалов.
1011 - 1012 дислокаций/см2 (среднее число пересечений площадки в 1 Мате 10-10м Модуль Модуль Энергия на
см2 дислокационными линиями). В хорошо обожженных кристаллах риал Юнга, сдвига, межатомное
(природных, искусственных) может содержаться до 102 -103 дисл/см2 и 1010н/м2 1010н/м2 расстояние вдоль
меньше. ядра линии
Исходя из предложенных схем дислокаций нетрудно определить дислокаций, эВ
энергию деформации, приходящуюся на единицу дислокационной Аl 4,04 2,5 2.85 3,1
линии. Эта энергия связана с существованием в области ядра Сu 3,61 6,0 7,56 5,3
дислокации дополнительных напряжений. Алмаз 3,56 95,0 43,0 29,0
В случае винтовой дислокации энергия на единицу длины Ge 5,65 12,9 6,7 !8,0
определяется наиболее просто и равна:
KCI 2,8 4,1 0,6 9,3
σ ⋅ b2 R Для наблюдения дислокаций в ионных материалах пригодны и
E= ⋅ ln
4π r0 другие методы, например: 1) внутреннее осаждение, 2) дифракция
рентгеновских лучей. Каждый из методов обладает своими преиму-
где σ- модуль сдвига, b -величина элементарной трансляции, R -
ществами и недостатками и поэтому пригоден для одних и непригоден
радиус искаженной зоны кристалла вокруг ядра дислокации.
для других экспериментов.
r0 ≈ b В предлагаемой работе используется метод избирательного
Величина упругой энергии, связанной с единицей длины краевой травления для наблюдения мест выхода дислокаций на поверхность
дислокации имеет тот же порядок величины что и для винтовой. Нали- кристаллов, а также границ между блоками. По обнаруженным ямкам
чие дополнительной упругой энергии имеет существенное значение травления удается наблюдать распределение дислокации в кристалле,
при селективном растворении поверхности кристалла, так как связь их плотность и движение при деформации кристалла.
атомов, находящихся в зоне выхода ядер дислокаций на поверхность 2. Лабораторная работа.
кристалла ослаблена. Это и приводит к более энергичному Дислокации в кристаллах и их наблюдение методом избиратель-
растворению поверхности кристалла в указанных точках. ного химического травления.
Место выхода дислокации на поверхность кристалла служит 2.1. Цель работы:
центром реакции растворения. Выделяющееся здесь тепло (теплота Работа выполняется с использованием монокристалла щелочно-
растворения) способствует существенному ускорению растворения галоидных соединений (NaCl, KCI, Kbr и т.д.). Предлагается освоить
поверхности именно в этой области. методику механического образования свежих сколов ЩГК кристаллов,
Автокаталитическое развитие процесса растворения усиливает затем методику избирательного травления и фиксации (промывки) про-
преимущественный характер травления в области выходов дислокаций. травленных пластинок монокристаллов. После этого предварительного
Все это приводит к образованию на поверхности кристалла вокруг вы- этапа работ и консультаций или указаний преподавателя следует при-
хода дислокации так называемой "ямки травления". ступить к количественным измерениям указанных далее в
В ряде случаев имеет место электрохимическое действие методическом руководстве заданий с использованием оптического
примесных атомов кристалла на процессы растворения в области микроскопа и устройств для пластической деформации.
выхода дислокаций на поверхность, поскольку локализация примеси 2.2. Приборы и материалы.
часто осуществляется в области дислокационных линий. 1. Металлографический микроскоп.
