Винтовые дислокации и рост кристаллов

ВИНТОВЫЕ ДИСЛОКАЦИИ И РОСТ КРИСТАЛЛОВ [c.150]

Винтовая дислокация и рост кристаллов 371 [c.1642]

При рассмотрении процессов роста кристалла успешно используется теория дислокаций [143]. Рост кристалла хорошо объясняется при наличии в нем хотя бы одной дислокации, имеющей винтовую компоненту и выходящей на плотноупакованную атомную плоскость. [c.180]

При кристаллизации кристаллические двухмерные зародыши имеют вначале бездефектное строение и однородную толщину. В результате выгиба зародышевой пластинки из-за неоднородного распределения напряжений возникает винтовая дислокация и на поверхности кристалла появляется ступенька, вокруг которой образуются спиральные ступени роста. [c.539]

Кристалл, не содержащий дислокаций, растет путем присоединения зародыша к ступеньке, так как чем больше соседних атомов, тем лучше зародыш присоединяется к кристаллу. Наконец, слой полностью достраивается. Для образования на гладкой поверхности кристалла нового атомного слоя требуется возникновение двумерного зародыша, что является самым узким звеном роста совершенного кристалла и требует больших пересыщений (переохлаждений). Это звено отсутствует, если растет кристалл, содержащий винтовую дислокацию. Присоединение атомов к ступеньке на его поверхности приводит к вращению ступеньки. Поскольку атомы откладываются на винтовую поверхность, то ступенька все время продолжает существовать, облегчая тем самым присоединение атомов к кристаллу, т. е. облегчая рост кристалла. [c.103]

Кристалл, содержащий винтовую дислокацию, представляет собой атомную плоскость, закрученную по спирали. Возникает вопрос какие причины вызывают закручивание в первый момент роста, при образовании зародыша Известно, что кристаллы зарождаются на готовой подложке, которой служат стенки изложницы и мельчайшие твердые частицы, взвешенные в расплаве. На поверхности таких подложек имеются готовые ступеньки, к которым присоединяются атомы из кристаллизующегося расплава. Таким образом, винтовая дислокация из подложки как бы прорастает в образующийся кристалл. [c.103]

Известно, что рост кристаллов тесно связан с винтовыми Дис локациями. Однако, как показали исследования кинетики испарения кристалла путем удаления спиральных слоев, высота которых соответствовала вектору Бюргерса порядка 2-10" см [37], можно пренебречь влиянием со стороны энергии деформации решетки в точке выхода на поверхность винтовой дислокации на скорость испарения. Авторы исследования [37] считают, что расстояние между ступенями, порожденными винтовой дислокацией, быстро растет, достигая такой же величины, как и в случае, когда единственным источником моноатомных ступеней является край кристалла. Поэтому на таких дислокациях ямки травления не образуются. [c.46]

Рис. 23. Схема роста грани кристалла при образовании двумерного зародыша (а) и вокруг винтовой дислокации (б)

В растущем кристалле всегда имеются дислокации. В месте выхода на поверхность винтовой дислокации имеется ступенька, к которой легко присоединяются атомы, поступающие из жидкости (рис. 23, б). Винтовые дислокации ведут к образованию на поверхности кристалла спирален роста высотой от одного до нескольких тысяч атомов. Спиральный рост экспериментально обнаружен при изучении роста монокристаллов магния, кадмия, серебра и других металлов. В этом случае образование двумерного зародыша не требуется. [c.30]

В работе [327] отмечало сь, что рост нитевидных кристаллов из газовой фазы подчиняется тем же закономерностям, что и рост монокристаллов из пересыщенного пара. Для описания роста усов существует модель Сирса, в которой рассматривается процесс соударения атомов из пересыщенной газовой фазы с боковой поверхностью кристалла, физическая адсорбция, поверхностная диффузия этих атомов к вершине нитевидного кристалла и десорбция тех атомов, которые за время жизни т в адсорбированном состоянии не достигли вершины кристалла [348], Атомы, достигающие вершины, встраиваются в решетку, например, на ступеньке аксиальной винтовой дислокации. [c.353]

Отклонение от линейности на стадии затухания обусловлено началом процесса утолщения нитевидных кристаллов. Остановка аксиального роста усов может быть связана с выходом винтовой дислокации из кристалла, выходом вершины растущего уса из зоны оптимального пересыщения, отравлением вершины примесью и интенсивным процессом утолщения нитевидного кристалла. На третьей стадии скорость роста усов непрерывно снижается (от 10 до 100 раз) по сравнению со скоростью линейной стадии за счет возрастания радиуса кристалла. [c.355]

Усы. Кристаллы в виде нитей, которые могут получаться из пара, раствора и твердой фазы. Высокая прочность в направлении длинной оси нитевидного кристалла обусловлена тем, что в кристалле имеется лишь одна винтовая дислокация роста (рис. 1.159). [c.69]

Возможен процесс кристаллизации и без образования кристаллических зародышей. Он происходит при низкой поляризации на участках поверхности электрода, имеющих винтовые дислокации, которые и служат местом роста кристалла. [c.151]

Рис. 20. Схема роста грани кристалла при образовании двухмерного зародыша и вокруг винтовой дислокации

Задача кинематической дифракции от игольчатого кристалла, обладающего осевой винтовой дислокацией, была разработана Вильсоном [396], который показал, что точки обратной решетки уширяются в диски, перпендикулярные оси дислокаций направление оси было принято совпадающим е осью с. Соответственно ширина таких дисков увеличивалась с ростом Ь /, где Ь — вектор Бюргерса, а I — соответствующий индекс. Максимумы обратной решетки для / = О не подвергались влиянию дислокации. Аналогичные результаты были также получены для чисто краевой и смешанной дислокаций (см. [265]). [c.405]

Напомним, что сложная дислокация с линейной и винтовыми составляющими может привести к неограниченному росту кристалла (спиралеобразное перемещение ступеньки на поверхности) или к неограниченному стоку вакансий. [c.587]

В работе [77] показано, что на грани могут выходить несколько винтовых дислокаций и рост кристалла будет зависеть от условий их взаимодействия, которое в свою очередь обусловлено расстоянием между векторами Бюр-герса, активностью и знаком дислокаций, скоростью вращения спирали н радиусом зарождения дислокаций. На рост кристалла влияние оказывают не только чисто винтовые дислокации. [c.66]

Г. А. Алфинцев, Д. Е. Овсиенко [70, с. 40—53] изучали механизм роста из расплава кристаллов Ga, Bi, Sn в зависимости от переохлаждения на фронте кристаллизации. Установлено, что грани (001) кристалла чистого Ga при Л =0,48°С на фронте кристаллизации не растут. При Д/=0,76°С грань (001) начинает расти со скоростью 1,56-10 м/с. Грань (111) начинает расти только при А >1,10°С. Деформация кристалла Ga путем изгиба или укола растущей грани тонким стеклянным стерженьком приводит к резкому увеличению (примерно в 160 раз) скорости роста граней (001) и (111). Деформированные кристаллы уже растут при Д <0,05°С. Авторы предполагают, что в результате деформации возникают винтовые дислокации в растущем кристалле, в то время как в недеформированном образце рост происходит путем возникновения на грани двумерных зародышей. Скорость роста кристаллов Sn при одинаковых переохлаждениях на границе раздела фаз на несколько порядков больше, чем кристаллов Ga и Bi. [c.67]

Дислокации, ответственные за механические Bofi-ства и поведение металла при пластической деформации, возникают в большом количестве уже при кристаллизации слитка (Я. В. Гречный, К. М. Жак, Э. Н. Погребной [70, с. 241—248 ). Дислокации при росте кристаллов скопляются в основном на границах зерен. Интенсивность перемещения дислокаций в объем зерна зависит от их природы и состояния границ зерен [8 ]. При исследовании железа замечено, что длина пробега краевых дислокаций значительно больше, чем винтовых. В трансформаторной стали относительная скорость винтовых и краевых дислокаций в 25 раз выше у последних. Состояние границ характеризуется скоплением примесей, которые блокируют движение дислокаций. Таким образом, движение дислокаций обусловлено барьерным эффектом границ зерен. Несомненно, на возникновение и распределение дислокаций большое влияние должны оказывать модификаторы, однако этому вопросу посвящено небольшое количество исследований. [c.73]

Анизотропия сил межатомной связи в графите делает возможным множественное зарождение винтовых дислокаций на грани растущего кристалла. Наиболее вероятным. представляется возникновение винтовой дислокации (и в дальнейшем — спирального холмика роста) на базе клещевидного дефекта — характерного для графита несовершенства структуры, связанного с отсутствием атома в гексагональной сеже. На рис. 15,е схематически показано начало формиро вания клещевидного дефекта на кромке растущего графитного слоя. Незаполнение одной [c.34]

При описанном выше способе роста кристаллов могут образовываться очень длинные тонкие нитевидные кристаллы — усы (whiskers), которые навиваются на одну винтовую дислокацию и тем самым продолжают ее на очень большую длину. Такие усы могут содержать только одну дислокацию (саму затравочную винтовую дислокацию) и обнаруживают прочность, сравнимую с предсказываемой в модели идеального кристалла. [c.254]

Рост кристалла значительно облегчается тем, что грани его не представляют идеально ровных плоскостей. На гранях растущего кристалла всегда имеются различные дефекты поверхности в виде ступенек и выступов, на которых легко удерживаются новые атомы, поступающие из жидкости. В этом случае рост кристалла может протекать даже без образования двумерного зародыша. В растущем кристалле всегда имеются дислокации. В месте выхода на поверхность винтовой дислокации имеется ступенька, к которой легко присоединяются атомы, поступающие из жидкости (рис. 21, б). Винтовые дислокации ведут к образованию на поверхности кристалла спиралей роста высогой от одного до нескольких тысяч атомов. Спиральный рост экспериментально обнаружен при изучении роста монокристаллов магния, кадмия, серебра и других металлов. [c.34]

Широкое применение получили монокристаллические пленки, выращенные на кристаллических подложках и имеющие решетку, определенным образом ориентированную относительно решетки подложки. Такой ориентированный рост пленок называют эпитаксией, а сами пленки — эпитаксиальньши. Выращивание пленок из того же вещества, из которого состоит кристалл подложки, называют автоэпитаксией, выращивание из другого вещества — гетероэпитаксией. Для того чтобы был возможен эпитаксиальный рост пленки, необходима определенная степень соответствия кристаллической структуры материалов пленки и подложки. Иными словами, равновесные расстояния между атомами и их взаимное расположение в кристаллах пленки и подложки должны быть близкими. Кроме того, чтобы атомы в зародышах могли выстроиться в правильную структуру, они должны обладать достаточно высокой поверхностной подвижностью, что может быть обеспечено при высокой температуре подложки. Структурному совершенству зародышей способствует также низкая скорость их роста, которая достигается при малой степени пересыщения пара осаждаемого материала или его раствора (при эпитаксии из жидкой фазы). Особое значение для ориентированного роста имеют одноатомные ступеньки на подложке, заменяющие зародыши, так как на них адсорбированные атомы попадают в устойчивое состояние с высокой энергией связи. Эпитаксиальная пленка растет в первую очередь путем распространения ступенек на всю площадь подложки. Большую роль при этом играют винтовые дислокации (рис. 2.8). В простейшем случае онн представляют собой одноатомную, ступеньку, начинающуюся у оси [c.70]

Первая группа методов основана на использовании химических транспортных реакций и характеризуется тем, что кристаллизация осаждаемого металла в этом случае осуществляется из паров его галоидных соединений (иодидов или хлоридов). Для получения монокристаллов молибдена используются преимущественно, хлориды (см. главу V). В общем дислокационный механизм роста кристаллов из газовой фазы сводится к спиральному присоединению атомов на ступеньке, образованной винтовой дислокацией [21, 77, 125], и в зависимости от режима осаждения позволяет получить поли- и монокристалли-ческие осадки. Скорости химических процессов осаждения металлов в молекулярном, кинетическом или диффузионном режимах очень велики и не зависят от механизма массообмена. Характер кристаллизации и скорость роста кристаллов осаждаемого металла в основном определяется относительным пере-насыш,ением газовой фазы. Осадки в виде высокочистых монокристаллов растут при малых степенях пересыщения газовой фазы, в то время как средние степени пересыщения обеспечивают рост массивных поликристаллов. При высоких степенях пересыщения образуются порошки посредством гомогенного зарождения в газовой фазе. [c.81]

Характерная кинетическая кривая роста усов сапфира при 1350° С приведена на рис. 156. Можно выделить три стадии начальную —с возрастающей скоростью, линейную— с постоянной скоростью роста и стадию затухания. Начальная стадия характеризуется экспоненциальной зависимостью длины кристалла от времени роста. Это следует из модели Сирса. В первые минуты роста длина нитевидного кристалла h меньше Я. — длины диффузионного блуждания адсорбированного атома или молекулы по боковой- поверхности растущего кристалла. Тогда все ударяющиеся и адсорбирующиеся на. этой поверхности атомы успевают достичь вершины кристалла и встроиться в решетку на ступеньке винтовой дислокации. [c.354]

Вебб методом высокоразрешающей съемки по Лауэ исследовал строение нитевидных кристаллов кобальта, цинка, железа, никеля, марганца, серебра, палладия и сапфира, выращенных четырьмя различными методами. Наличие единичной винтовой дислокации, определенное по углу закручивания, было обнаружено лишь в палладии и в сапфире. Отсутствие упругого закручивания кристалла не исключает действия дислокационного механизма роста. Возможно, что две или четное количество винтовых дислокаций разных зцаков и одинаковой мощности находятся на равном расстоянии от оси кристалла такая конфигурация не дает упругого закручивания. Дислокации могут также выходить из кристалла путем переползания. Эта возможность вполне вероятна при высоких температурах (Т > V2 пл). [c.364]

А)] и толстых [>200 нм (>2000 А)] ленточных усов корунда различна [335]. В тонких пластинках наблюдаются осевые дислокации винтовой, краевой и смешанной ориентации. Для толстых кристаллов характерно наличие сложных переплетений дислокаций либо осевых шнуров из нескольких дислокаций. Наблюдались также бездислокационные ленты корунда. Травлением пластинок сапфира можно выявить дислокации, перпендикулярные или наклонные к плоскости базиса. Как правило, на базисных гранях пластпнок А и Лг, протравленных после выращивания, ямки травления не наблюдаются, что свидетельствует об отсутствии дислокаций, выходящих на эти плоскости. Лишь в редких случаях были выявлены дислокации роста. На рис. 167 представлена фотография дефектной пластинки сапфира на ее поверхности, ближе к краям, имеются многочисленные зародыши двумерной кристаллизации в форме гексагональных пирамид. После травления в центральной части пластины видны группы дислокаций, расположенных вдоль оси роста [1120] и проходящих насквозь через весь кристалл под углом к поверхности базиса. Рассмотрение некоторых работ, посвященных исследованию структуры нитевидных кристаллов, показывает, что она недостаточно изучена. Однако можно сформулировать вывод о том, что усы имеют самую совершенную структуру и поверхность, которую удалось получить искусственным путем усы или совсем не содержат дислокаций, или имеют их очень немного. Является ли это результатом влияния масштаба или следствием специфических условий роста, не ясно. [c.365]

Например, в месте выхода винтовой дислокации АВ (фиг. 23, б) на поверхности кристалла образуется ступенька, вдоль которой и происходит присоединение атомов кри-сталлизуюш,егося металла. Новый слой атомов добавляется по мере того, как ступенька поворачивается вокруг точки выхода В, при этом ступенька никогда не исчезает. Вблизи точки В для полного поворота требуется немного атомов, а ее более удаленные от центра участки требуют большего числа атомов поэтому центр вращ,ается быстрее наружной части и ступенька закручивается в спираль роста (фиг. 23, в). [c.42]

В работе [199] в одномодовом приближении определены критические условия возникновения ячеистой структуры в модельной системе случайно размещенных винтовых дислокаций. Ячеистая структура рассматривается как диссипативная, возникающая вследствие сильной нелинейности в соотношении между истинным напряжением S, действующим на дислокацию, и ее скоростью ) = >o(S/G)", где п, "Do — константы материала. Теоретически показано, что рост средней плотности дислокаций в кристалле приводит к монотонному увеличению волнового числа субструктуры. Получены оценки минимальной плотности дислокаций, необходимой для образования ячеистой структуры. Так, для поликристаллической меди при 20°С соответстйующая минимальная плотность дислокаций составляет (1,1 1,2) 10 см 2 (экспериментальное значение 1,2 10 смг- ). [c.111]

В табл. 14.6 видно, что особо высокие прочность и жесткость присущи нитевидным кристаллам ( усам ). Высокая прочность объясняется совершенством их структуры, для которой характерна очень малая плотность дислокаций. Доказано, что скручивание усов в процессе образования монокристаллов AI2O3 и Si02 вызвано наличием в них единственной винтовой дислокации, расположенной вдоль оси роста кристаллов. [c.455]

Принс и Вильсдорф [130] рассмотрели взаимодействие двух одинаковых дислокаций (винтовых или краевых), лежащих в параллельных плоскостях скольжения, которые пересекают свободную поверхность под некоторым углом а (рис. 63, а). Они рассчитали приведенное напряжение сдвига, необходимое для проталкивания дислокации N 2 сквозь поле напряжений от дислокаций N"1 (как известно, этот случай обычно рассматривают в качестве основной модели деформахщонного упрочнения на I стадии). Полученные данные представлены на рис. 63, б-д. Из них видно, что напряжение, требуемое двум с одинаковым знаком краевым дислокациям (рис. 63, б), для того, чтобы пройти мимо друг друга вблизи свободной поверхности, всегда меньше по сравнению с аналогичной ситуацией в объеме кристалла (напряжения проталкивания в объеме на всех рис. 63, б д отмечены пунктирной линией) и является функцией угла а. Для положительных углов а напряжение, необходимое для проталкивания двух краевых дислокаций противоположного знака мимо друг друга вблизи свободной поверхности намного больше по сравнению с объемом кристалла и возрастает с ростом а. (рис. 63, в). Из рис. 63, г, д также видно, что для винтовых дислокаций напряжения проталкивания всегда меньше у поверхности, чем в объеме кристалла. [c.112]

В зависимости от состава, чистоты расплава и скорости теплоотвода рост столбчатых кристаллов происходит по механизмам, описанным выше для моно- и поликристаллов. Предпочтительно следует выделить дислокационный механизм. По Франку, на границе раздела фаз на поверхности граней возникают вакансионные диски, а при их захлопывании образуются петли винтовых дислокаций, вершины которых неустойчивы. Вследствие упругого взаимодействия между дислокациями они переползают, стремясь образовать параллельные ряды. В процессе образования рядов дислокаций, как считает Тиллер, свободная энергия понижается, что и способствует росту столбчатых кристаллов. [c.80]

Использование. Имеется достаточное количество примеров применения фазового контраста в металлографии [26, 61, 62]. Метод дает особые преимущества в том случае, когда иоверхность имеет различие в уровнях, а контраст цвета или отражающей способности отсутствует. Так, этим методом можно легко исследовать структуру мартенсита, особенности роста кристаллов, поверхности скола и т. п. (фиг. 8). Очевидно, теоретически чувствительность к неровностям поверхности неограниченна Форти [39], считая чувствительность в 50 А вполне заурядной, приводит фотографии выходов на поверхность металлов винтовых дислокаций, причем высота ступеней, несомненно, не превышает 20 А с помощью подходящей техники декорирования становятся видимыми ступеньки высотой 5 А. Существует, однако, верхний предел, за которым фазовый контраст перестает увеличивать яркость поверхности с увеличением высоты неровностей поверхности иногда описываемый эффект делает невозможным определение того, является данный элемент поверхности выступом или, наоборот, впадиной. Еще одно из преимуществ метода фазового контраста заключается в том, что слабо и сильно травящиеся элементы поверхности при наблюдении не слишком резко различаются по контрасту. [c.365]

В отожженном кристалле дислокации обычно образуют преимущественно трехмерные сетки Франка, реже— двумерные сетки, т. е. малоугловые границы, которые разделяют кристаллографически взаимно разориентирован-ные области блоки мозаики или субзерна [118]. В трехмерных сетках три дислокации всегда встречаются в узлах - т юйных точках. Условием стабильности такой конфигурации является равенство нулю суммы векторов Бюргерса дислокаций, встречающихся в узле. Условием возникновения простых наклонных малоугловых границ и границ кручения (границ субзерен) йвляется избыток дислокаций одного знака, возникающих при деформации, предшествующей отжигу, или при росте кристалла. Простые наклонные малоугловые границы образуются путем скольжения и переползания граничных Дислокаций, а простые малоугловые границы кручения - скольжением двух систем винтовых дислокаций. [c.69]

Дальнейший рост зародыша следует рассматривать тоже как проблему образования зародышей. Исключение составляет, например, наслоение частиц на грань кристалла, на которую выходят винтовые дислокации (см. 13.10). Рост неповрежденного кристалла происходит в идеальном случае путем постепенного наслоения атомных плоскостей. Если на атомно-гладкой грани кристалла появляются отдельные атомы, то вероятность того, что они останутся на этой грани, очень мала. Скорее всего быстро произойдет испарение этих атомов. Только если много частиц вследствие статических флуктуаций собирается в виде плоского (двухмерного) зародыша и этот зародыш имеет опреде-ле1шые минимальные размеры, в окружении такого плоского зародыша появляется достаточное количество точек роста (рис. 13.13). [c.307]

Блочная структура некоторых реальных кристаллов установлена экспериментально еще в 50-е годы (см., например, [59]). Границами блоков мозаики и зерен с близкими ориентировками являются дислокационные стенки (границы наклона, состоящие из системы параллельных краевых дислокаций, или границы кручения, состоящие из винтовых дислокаций). Мозаичная структура может образовываться в проп.ессе роста кристаллов или их механической обработки. Следует отметить, что описанная выше блочная структура не является универсальной структурой реальных кристаллов. Существуют случаи, когда распределение дефектов имеет более сложный характер блоки находятся в напряженном состоянии. Иногда кристалл вообще нельзя представить разделенным на блоки. При этом искажения в кристалле носяг существенно нелокальный характер, так что нельзя ввести единую для всего кристалла среднюю решетку. [c.227]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...