3.3.3. Дефекты упаковки

Дислокации, которые были рассмотрены нами выше, имели вектор Бюргерса, равный периоду кристаллической решетки. Такие дислокации называют полными. Наряду с ними существуют частичные дислокации, которыми являются дефекты упаковки атомов. Дефект упаковки возникает при расщеплении дислокации на две частичные, у которых вектор Бюргерса не равен периоду трансляции решетки. Дефект упаковки - это отклонение от нормальной для данного кристалла последовательности в расположении атомных слоев.

При несовпадении решеток по разные стороны от линии дислокации, что имеет место при частичной дислокации, поверхность такого несовпадения должна иметь очень большую упругую энергию, поэтому в большинстве кристаллов, где образование частичных дислокаций энергетически не выгодно, таких смещений не происходит. Однако в плотноупакованных структурах такие дефекты образуются достаточно легко.

Гранецентрированную кубическую (ГЦК) и гексагональную плотноупакованную (ГПУ) структуры можно представить как серию плотноупакованных плоскостей, уложенных друг на друга. Рассмотрим ГЦК структуру (рис. 3.24, а). Плотная упаковка атомов в ней достигается по плоскости (111) .

 

Рис. 3.24. Плоскости атомов в ГЦК решетке – а; возможные смещения атомов в ГПУ решетке – б [74]

 

Пусть атомы последовательно (от начала координат) располагаются в слоях АВСD. В проекции на одну из плоскостей (111) атомы D совпадут с А. Поэтому всю последовательность плотноупакованных плоскостей можно представить как ABCABCABC…

Для ГПУ структуры эта последовательность ABABAB… (рис. 3.24, б). Если произвести сдвиг верхнего слоя на расстояние АА, то атомы следующего слоя снова попадут в лунку А. Такой сдвиг соответствует полной дислокации с вектором Бюргерса . Если произвести сдвиг верхнего слоя относительно нижнего на векторы Бюргерса частичных дислокаций  или , то атомы из лунки А попадут в лунку С или из С в А. При этом нарушается порядок чередования плоскостей (111), который может теперь иметь последовательность ABCABABCABC… или ABCACABCABC... Таким образом, в ГЦК структуре образуется тонкая прослойка ГПУ, которая является дефектом упаковки. Края дефекта упаковки представляют собой частичные дислокации.

Существуют также частичные дислокации, у которых вектор Бюргерса не лежит в плоскости дефекта упаковки. Наиболее важными из них являются дислокации, возникающие при схлопывании скопления вакансий или образовании скопления (кластера) межузельных атомов (рис. 3.25).

В ГЦК и в решетке типа алмаза появление таких дефектов происходит в плоскостях (111). Такая дислокация не способна скользить и поэтому называется сидячей, или дислокацией Франка. При этом возникает нарушение правильного чередования плотноупакованных слоев, которое по существу является дефектом упаковки. На рис. 3.25, а показано образование за счет скопления вакансий дефекта упаковки вычитания. При образовании скопления межузельных атомов возникает дефект упаковки внедрения (рис. 3.25, б).

 

Рис. 3.25. Сидячая дислокация Франка: а − дефект упаковки вычитания, образованный схлопыванием вакансий; б − дефект упаковки внедрения