Линейные дефекты в кристаллах, или дислокации, представляют собой одну из ключевых структурных особенностей кристаллических решёток, влияющих на механические, термические и диффузионные свойства материалов. Дислокации являются линиями нарушения упорядоченности атомов в кристалле и формируют область локализованного искажения решётки, вдоль которой атомные слои смещены относительно друг друга.
1. Винтовые дислокации Винтовая дислокация характеризуется спиральным сдвигом атомных плоскостей вокруг линии дефекта. Линия дислокации проходит вдоль оси, параллельной направлению сдвига. Винтовые дислокации формируются чаще всего при пластической деформации кристалла или в процессе роста при неравномерном добавлении атомов к кристаллической решётке. Характерное свойство винтовой дислокации — возможность скольжения атомных плоскостей вдоль линии дефекта без образования трещин.
2. Крайние дислокации Крайняя дислокация возникает при внедрении дополнительной полуплоскости атомов в кристаллическую решётку. Линия дефекта проходит по краю полуплоскости, вызывая локальное сжатие и растяжение соседних слоёв. Крайние дислокации определяют механическую прочность материалов, так как они служат центрами концентрации напряжений и источниками пластической деформации.
3. Смешанные дислокации Смешанные дислокации сочетают признаки винтовых и краевых дефектов, проявляя как скольжение вдоль линии дефекта, так и локальные сжатия или растяжения. Эти дислокации наиболее часто встречаются в реальных кристаллах, поскольку идеальные винтовые или краевые структуры встречаются крайне редко.
Вектор Бюргерса Вектор Бюргерса (( )) — основная характеристика дислокации, определяющая величину и направление смещения атомов вокруг линии дефекта. Для винтовой дислокации вектор Бюргерса параллелен линии дефекта, для краевой — перпендикулярен ей. Величина вектора Бюргерса обычно сравнима с межатомным расстоянием в кристалле.
Линия дислокации Линия дислокации — геометрическое место точек, вдоль которых происходит смещение атомов. Она может быть прямой или изогнутой, образуя петли или сложные сети в кристалле. Линия дислокации является источником внутренних напряжений и определяет пути движения дислокаций при пластической деформации.
Энергия дислокации Энергия дислокации пропорциональна квадрату вектора Бюргерса и зависит от модуля упругости материала. Энергетическая устойчивость дислокаций обусловливает их концентрацию и подвижность в кристалле, что напрямую влияет на механические свойства материала, такие как предел текучести и твёрдость.
Дислокации могут перемещаться под действием приложенного напряжения, обеспечивая пластическую деформацию. Основные механизмы движения:
Дислокации являются фундаментальным элементом кристаллохимии и материаловедения, определяя множество свойств твёрдых тел, от пластической деформируемости до диффузионной активности. Их понимание критически важно для разработки новых материалов с заданными механическими, тепловыми и электрическими характеристиками.