470 ДЖ. ГИЛМАН<strong>г</strong>де первый член соответствует упру<strong>г</strong>ой энер<strong>г</strong>ии деформации бла<strong>г</strong>одаряупру<strong>г</strong>им искажениям, распространяющимся на значительное расстояниеот линии дислокации в кристалл. Второй член В представляет собойэнер<strong>г</strong>ию, связанную с искажениями около центра дислокации, которыеслишком велики, чтобы рассматривать их по линейной теории упру<strong>г</strong>ости.-оJо1I I I I 1° 1 ° I ° 1 °Д--А0 I о I оРис. 10. Расположения ионовоколо краевых дислокаций {110}(110) в кристалле NaCl.Плоскость рисунка соответствует{ЮОЬа расположения /и II отличаютсясдви<strong>г</strong>ом дислокации на Ы1 6S.1оо-В «первом члене А — упру<strong>г</strong>ая постоянная (для винтовой дислокациив изотропной среде она просто равна G/Ы), Ъ — вектор Бюр<strong>г</strong>ерса, равный3,98 А для NaCl, R и <strong>г</strong> 0— пределы инте<strong>г</strong>рирования,т-о — радиус внутренне<strong>г</strong>о ядрадислокации и R — верхний предел инте<strong>г</strong>рирования;он может быть определен какразмер кристалла или расстояние междуданной дислокацией и ближайшей к ней.Поскольку кристаллы NaCl не являютсяупру<strong>г</strong>о изотропными, расчет А <strong>вып</strong>олнялсяс использованием теории упру<strong>г</strong>остианизотропных сред. Чтобы рассчитатьэнер<strong>г</strong>ию ядра, авторы использоваликлассическую модель ионно<strong>г</strong>о кристалла,т. е. модель заряженных жестких сфер.При этом предпола<strong>г</strong>али, что силы притяжения—этопросто электростатические кулоновскиесилы, а силы отталкивания —типа Борна — Майера. В первом приближениисчиталось, что ионы занимают положения,предсказываемые изотропнойтеорией упру<strong>г</strong>ости. Эти начальные положениязатем использовались для вычисленияначальной энер<strong>г</strong>ии и ее минимума. Дляэто<strong>г</strong>о производились последовательные изменения положений ионови подсчет энер<strong>г</strong>ии до тех пор, пока не была найдена минимальная энер<strong>г</strong>ия.Эта оптимальная конфи<strong>г</strong>урация показана на рис. 10 для двух положениикраевой дислокации {110}(110).Результаты вычислений для дислокаций с векторами Ьюр<strong>г</strong>ерсаследующие.ПлоскостьскольженияЕ т(краевая) = 0,508 InЕш (винтовая) = 0,544 In (^~j) + °' 15 [зв/ат.пл.].Плоскость скольжения {100}:Е ш(краевая) = 0,644 In ( -JL-^ + 1,5 [эв/ат. пл.},Е ш(винтовая) = Е ш(винтовая).Если принять, что R равно 10 мк (10 6А), что соответствует расстояниюмежду дислокациями во мно<strong>г</strong>их отожженных кристаллах, эти энер<strong>г</strong>иибудут:Е ш(краевая) = 5,71 эв/ат. пл,Е ш(винтовая) = 5,84 эв/ат. пл,(краевая) = 8,24 эв/ат. пл.Е т
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙС<strong>Т</strong>ВА ИОННЫХ КРИС<strong>Т</strong>АЛЛОВ47 I<strong>Т</strong>аким образом, можно видеть, что большая часть энер<strong>г</strong>ии линиидислокации заключена в ее упру<strong>г</strong>ом поле, если только дислокация не находитсявблизи поверхности или дру<strong>г</strong>ой дислокации. Полезно сравнитьэнер<strong>г</strong>ию линии дислокации с энер<strong>г</strong>ией кристаллической решетки, составляющейпримерно 8 эв/мол. Далее, по данным Куросава 67 , энер<strong>г</strong>ия парывакансий в NaCl равна 2,2 эв. Ее можно сравнить с относительно небольшойэнер<strong>г</strong>ией ядра дислокаций. Дру<strong>г</strong>ой интересной величиной является поверхностнаяэнер<strong>г</strong>ия NaCl, равная около 0,15 эв/пару ионов поверхности 97 .Экспериментально энер<strong>г</strong>ия линии дислокации в кристаллах былаполучена Гилманом 38 и Гилманом и Джонстоном 37 путем определениянаименьше<strong>г</strong>о размера дислокационной полупетли, которая может существоватьв кристалле, ко<strong>г</strong>да концы полупетли выходят на поверхность.Петля, которая находится у поверхности кристалла, выталкивается наружуза счет собственно<strong>г</strong>о линейно<strong>г</strong>о натяжения, так как петля может укорачиватьсяпутем движения к поверхности. Однако она не может дви<strong>г</strong>аться,если только действующее на нее напряжение не превышает сопротивлениерешетки движению дислокации. Следовательно, существует критическийрадиус такой петли, при котором напряжение бла<strong>г</strong>одаря линейному натяжениюкак раз уравновешивается сопротивлением решетки. Полупетляу поверхности кристалла ведет себя, как целая петля, потому что надповерхностью кристалла существует связанная с полупетлей, находящейсяв кристалле, дислокация «изображения»; последняя необходимадля то<strong>г</strong>о, чтобы удовлетворить условиям равновесия упру<strong>г</strong>их напряженийна поверхности кристалла. Если Τ — линейное натяжение (энер<strong>г</strong>ия наединицу длины), то напряжение τ, которое необходимо, чтобы петлядиаметром D не захлопнулась, равноIT ....τ = ^ Γ. (b)<strong>Т</strong>аким образом, если сопротивление решетки движению дислокацииравно Хр, условием сохранения петли у поверхности кристалла являетсяЛинейное натяжение зависит от размера петли, так как поле напряженийсе<strong>г</strong>мента петли распространяется на расстояние, равное примерно D.Со<strong>г</strong>ласно оценке 38линейное натяжение в LiF равноKb 2 Ы-£- + С = 3,6-10~ 5 In — ^ +1,9-ΙΟ" 8 [эр<strong>г</strong>/см],ΖΓο 11,4А<strong>г</strong>де К— средняя упру<strong>г</strong>ая постоянная, рассчитываемая из теории упру<strong>г</strong>остианизотропных сред и равная 4,4· 10 10дн/см 2 , Ъ = 2,85 А, <strong>г</strong> 0— 2ЬΆ С — энер<strong>г</strong>ия ядра дислокации в LiF. Оказалось, что петли у поверхностикристаллов LiF, диаметр которых меньше примерно 4·10~ 4см.внезапно появлялись на поверхности. Со<strong>г</strong>ласно вышеприведенному условию,это означает, что τ ρдолжно быть равно приблизительно 500 Г/мм 2 .и эта величина как раз и наблюдается в LiF. Следовательно, можно сделатьвывод, что подсчитанная величина для линейно<strong>г</strong>о натяжения примерносправедлива, а теория, дающая энер<strong>г</strong>ию дислокаций, приблизительноподтверждается для ионных кристаллов.Подробной теории, относящейся к подсчету энер<strong>г</strong>ии ступенекна линиях дислокаций, еще не существует *). Кажется разумным, однако,Подсчет энер<strong>г</strong>ии ступенек дан недавно в работе ι 22 *. (Прим. ред.)