Dyslokacje i inne defekty rozcige

(1)

Dyslokacje w kryszta

ł

ach

I. Wprowadzenie do defektów

II. Dyslokacje: podstawowe pojęcie III. Własności mechaniczne kryształów IV. Źródła i rozmnażanie się dyslokacji

V. Dyslokacje a wzrost kryształów

1) D. Hull, Dyslokacje (PWN, 1982).

2) M. Suszyńska, Wybrane zagadnienia z fizyki defektów sieciowych (Ossolineum, 1990).

3) J.C. Brice, The Growth of Crystals from Liquids (North-Holland, 1973). 4) A.A. Chernov (red.), Modern Crystallography: Crystal Growth

(Springer, 1984).

5) K. Sangwal, R. Rodriguez-Clemente, Surface Morphology of Crystalline Solids (Trans Tech, Zurich, 1991).

Literatura

Keshra Sangwal, Politechnika Lubelska

(2)

I. Wprowadzenie do defekt

ó

w

w kryszta

ł

ach

• Koncepcja idealnego kryształu użyteczna

-Niektóre własności kryształów, np. gęstość, ciepło

właściwe, podatność dielektryczna, niezależne od

szczegółów struktury krystalicznej

• Ż

aden rzeczywisty kryształ nie jest idealny –

Występują liczne wady (defekty, niedoskonałości).

Wiele własności, np. wytrzymałość, przewodnictwo

elektryczne, histereza magnetyczna, itp., bardzo

czułych na stopień niedoskonałości.

(3)

Rodzaje defektów w kryształach

-

Drganie cieplne atomów

0 Defekty punktowe

Luki, atomy międzywęzłowe, atomy domieszkowe (zanieczyszczenia chemiczne

)

1 Defekty liniowe

Dyslokacje: krawędziowe, śrubowe, mieszane

2. Defekty powierzchniowe

Powierzchnie zewnętrzne kryształu, powierzchnie wewnętrzne kryształu (granice ziaren, granice bliźniaków, błędy ułożenia

(4)

II. Dyslokacje: podstawowe poj

ę

cie

Geometria i ogólne cechy dyslokacji

Energia odkształcenia sprężystego

Dyslokacji (odniesiona do jednostkowej długości):

(6-10 eV)

Energia jądra dyslokacji

E core < 3RGTm. Ecore/Eel < 1/10

krawędziowa

śrubowa

, 0 2 el ln π 4 r r K Gb E ₌

(5)

Wektor Burgersa i kontur Burgersa

b

₁

= b

₂

+ b

₃

E

1

> E

2

+ E

3 b _{⊥ LD} || LD

b - wektor jednostkowy

b LD – Linia Dyslokacji

(6)

Granice ziaren

Granice tworzone przez dyslokacje: - krawędziowe - śrubowe. Granica skręcona Granica daszkowa - niskokątowa - szerokokątowa 2 sin 2 θ = D b Ogólne równanie Dla małych kątów: θ = b/D.

(7)

Błędy ułożenia i wektory częściowe

(8)

Dyslokacje cząstkowe i wektory

częściowe

Metale: Mg, Cd, Zn Struktura: hcp Płaszczyzna najgęstszego upakowania: (1000) Kierunek najgęstszego upakowania: <1120>

Jednostkowy wektor sieciowy:

(9)

Niektóre metody ujawnienia

dyslokacji

• Spirale wzrostu

• Trawienie chemiczne

• Trawienie termiczne

• Technika dekoracyjna

• Metody topograficzne

• Metoda fotoelastyczna

• Mikroskopia elektronowa

Literatura:

- K. Sangwal, Etching of Crystals, North-Holland, 1987. - D. Hull, Dyslokacje, PWN, 1982.

J.J. De Yoreo et al., w:

Advances in Crystal Growth, Eds. K. Sato et al., Elsevier, 2001, p. 361-380.

(10)

Przykłady dyslokacji

Dekoracja

Topografia rentgenowska

Lefaucheux et al., JCG 67 (1984) 541. (a) (b)

(11)

III. W

ł

asno

ś

ci mechaniczne kryszta

ł

ó

w

Wytrzymałość monokryształów na ścinanie

. . . d Gx_/ = σ       = a x d Ga _π π σ sin 2 2 d Ga π σ 2 kr =

Dla małych odkształceń sprężystych, naprężenie ścinające

W całym zakresie

Krytyczna wartość naprężenia ścinającego

d

Teoretyczne dla d = a: G/σ_kr< 10

Doświadczalne dla różnych kryształów: G/σ_kr= 102 _{– 10}4_.

(12)

Ruch dyslokacji

Pojęcie poślizgu

Naprężenie styczne:

τ = (F/A) cosφ cosλ.

τ_c - krytyczne naprężenie poślizgu.

System poślizgu:

(100)[010].

(13)

Poślizg i dyslokacje

Ten ruch jest tylko dla

dyslokacji krawędziowych

(14)

Poślizg poprzeczny

W kryształach metali:

Płaszczyzny gęstego upakowania typu (111) mają wspólny kierunek typu [101].

Składowe dyslokacji

śrubowych mogą się ślizgać w obu płaszczyznach.

(15)

-Wspinanie się dyslokacji

(16)

Zależność naprężenia od odkształcenia

θ - współczynnik umocnienia lub moduł plastyczności

θ₁ – etap łatwego poślizgu

θ₂ – etap liniowego umocnienia

(17)

IV.

IV. Ź

Ź

r

ó

d

ł

a i rozmna

ż

anie si

ę

dyslokacji

Dyslokacje podczas wzrostu

Mechanizm I:

prążki wzrostu (step bunching) i makrostopnie

Dyfuzja objętościowa Domieszki

(18)

Inkluzje i skupiska domieszki

Dyslokacje

Inkluzje

(19)

Dyslokacje niedopasowania

Mechanizm II:

Parametry sieci podłoża i warstwy wzrostu

Lefaucheux et al., JCG 67 (1984) 541.

Liniowa gęstość dyslokacji niedopasowania gdzie a₁ ≈ a₂ ≈ a. , 2 2 1 1 2 a a a a a a _∆ ≈ − = ρ Epitaksja - homo-epitaksja - hetero-epitaksja