38519 IMG6 197 (2)

196 8. Defekty struktury krystalicznej

hamujący poślizg dyslokacji w kryształach metalicznych o strukturze RSC. Należy pamiętać, iż dyslokacje mogą omijać barierę Lomera-Cottrella: krawędziowe przez wspinanie się do innych równoległych płaszczyzn poślizgu, a śrubowe przez poślizg poprzeczny.

8.3.4. Generowanie dyslokacji

Generowanie dyslokacji następuje w trakcie krystalizacji oraz w stanie stałym w procesach obróbki cieplnej, a zwłaszcza odkształcenia plastycznego.

Źródłem dyslokacji śrubowej w krysztale jest potwierdzony doświadczalnie spiralny model wzrostu. Uskok na powierzchni kryształu, będący energetycznie uprzywilejowanym (działanie wiązań trójkierunkowych) miejscem osadzania się atomów z cieczy, w miarę przemieszczania się frontu krystalizacji wykonuje obrót dookoła linii dyslokacji tworząc charakterystyczną spiralę (rys. 8.25). Niezależnie od licznych dowodów doświadczalnych, nie rozstrzygniętym jednoznacznie zagadnieniem jest źródło dyslokacji w zarodku krystalizacji. Spośród licznych, dwa wyjaśnienia wydają się najbardziej prawdopodobne.

Rys. 8.25. Spirala wzrostu kryształu węglika krzemu

Pierwsze zakłada „przerastanie” dyslokacji z podłoża. W dominującym zarodkowaniu niejednorodnym zarodek rozwijający się na powierzchni fazy stałej „przenosi" z podłoża uskoki dyslokacyjne do kryształu. Drugie zakłada działanie naprężeń sieci. Podczas niejednorodnego zarodkowania, przy epitaksjalnej grubości warstwy kryształu w strefie granicznej podłoże-kryształ, pojawiają się sprężyste naprężenia sieci. Określona grubość warstwy epitaksjalnej stwarza prawdopodobieństwo zmniejszenia energii odkształcenia sprężystego przez utworzenie na froncie krystalizacji uskoku dyslokacyjnego, ułatwiającego dalszy wzrost zarodka.

Ponadto w czasie krystalizacji tworzenie się dyslokacji krawędziowych i śrubowych może być rezultatem zrastania się gałęzi dendrytu różniących się nieznacznie

orientacją krystalograficzną. Różnice te powodowane są przez prądy konwekcyjne w cieczy, ruch cieczy lub gradienty temperatury.

Największe znaczenie ma jednak tworzenie się dyslokacji podczas odkształcenia plastycznego. Powszechnie przyjętym modelem generowania dyslokacji w takich warunkach jest źródło Franka-Reada.

Działanie źródła Franka-Reada jest następujące. W płaszczyźnie sieciowej łatwego poślizgu linia dyslokacji utwierdzona w punktach A i B (rys. 8.26a), pod działaniem naprężenia r [wzór (8.24)] powodującego odkształcenie, wygina się do kształtu półokręgu (rys. 8.26b). Dalszy rozwój pętli prowadzi do utworzenia wokół punktów utwierdzenia symetrycznych spirali (rys. 8.26c), a następnie do ich zetknięcia się w punkcie C (rys. 8.26d). W tym momencie następuje w punkcie C anihilacja dyslokacji, czyli jej podział na pętlę zewnątrzną CDEF i część wewnętrzną -4GB, w dalszym ciągu utwierdzoną w punktach A i B (rys. 8.26e), dążącą do początkowego położenia. Działanie naprężenia powoduje powtarzanie cyklu przez wewnętrzną część, przy równoczesnym rozprzestrzenianiu się zewnętrznych pętli.

Rys. 8.26. Źródło Franka Rcada: a) -e- c) kolejne stadia generowania dyslokacji

Źródło Franka-Reada teoretycznie może generować nieskończenie wiele dyslokacji, powodując ogromny poślizg. W rzeczywistości generowane dyslokacje w pewnym momencie zostają zablokowane na określonej przeszkodzie, co unieruchamia źródło. Jego ponowne uaktywnienie wymaga wrostu naprężenia do wartości koniecznej do pokonania przeszkody przez spiętrzenie dyslokacji.

Pętla dyslokacji emitowana przez źródło Franka Reada jest oczywiście dyslokacją mieszaną, o orientacji różniącej się znakiem: krawędziowej w punktach C i E, a śrubowej w punktach D i F (rys. 8.26e).