Кинк (материаловедение)

Изломы – это отклонения дислокационного дефекта вдоль плоскости его скольжения. В краевых дислокациях постоянная плоскость скольжения позволяет коротким участкам дислокации поворачиваться, превращаясь в винтовые дислокации и создавая изломы. Винтовые дислокации имеют вращающиеся плоскости скольжения, поэтому изломы, образующиеся вдоль винтовых дислокаций, действуют как якорь для плоскости скольжения. Изломы отличаются от изломов тем, что изломы расположены строго параллельно плоскости скольжения, а изломы смещаются от плоскости скольжения.

Энергия

Чистокраевые и винтовые дислокации концептуально являются прямыми, чтобы минимизировать их длину, а через нее и энергию деформации системы. С другой стороны, малоугловые смешанные дислокации можно рассматривать как преимущественно краевые дислокации с винтовыми изломами в лестничной структуре (или наоборот), переключающиеся между прямыми чисто краевыми и чисто винтовыми сегментами дислокаций. На самом деле изломы – это не резкие переходы. Как общая длина дислокации, так и угол излома зависят от свободной энергии системы. Первичные области дислокаций лежат в минимумах потенциала Пайерлса-Набарро , а излом требует дополнительной энергии в виде энергетического пика. Чтобы минимизировать свободную энергию, кинк уравновешивается при определенной длине и угле. Большие пики энергии создают короткие, но резкие изломы, чтобы минимизировать длину дислокации в области высоких энергий, тогда как пики небольшой энергии создают длинные и вытянутые изломы, чтобы минимизировать общую длину дислокации.

Форма излома меняется в зависимости от пика энергии. Наверху большой энергетический пик создает резкий изломный переход. Внизу меньший пик энергии создает более широкий и постепенный переход.

Кинк-движение

Изломы облегчают движение дислокаций по плоскости ее скольжения под действием сдвиговых напряжений и непосредственно ответственны за пластическую деформацию кристаллов. Когда кристалл подвергается сдвиговой силе, например, разрезается ножницами, приложенная сдвиговая сила заставляет дислокации перемещаться через материал, смещая атомы и деформируя материал. Вся дислокация не движется сразу — скорее, дислокация создает пару изломов, которые затем распространяются в противоположных направлениях по длине дислокации, в конечном итоге смещая всю дислокацию на вектор Бюргерса . Скорость дислокаций за счет распространения изломов также явно ограничивается частотой зарождения изломов, поскольку отсутствие изломов ставит под угрозу механизм движения дислокаций.

Поскольку поперечная сила приближается к бесконечности, скорость, с которой мигрируют дислокации, ограничивается физическими свойствами материала, максимизируя скорость звука в материале. При более низких напряжениях сдвига скорость дислокаций в конечном итоге зависит экспоненциально от приложенной силы сдвига:

$v_{0}=C\tau ^{p},\,\!$

где

$\tau$ прикладывается поперечная сила

$C$ и $p$ — экспериментально найденные константы

Приведенное выше уравнение дает верхний предел скорости дислокации. Взаимодействие движения дислокации с окружающей средой, особенно с другими дефектами, такими как неровности и выделения , приводит к торможению и замедлению дислокации:

$v_{D}=v_{0}e^{-D/\tau },\,\!$

где

$D$ - параметр сопротивления кристалла

Движение излома также сильно зависит от температуры. Более высокая тепловая энергия способствует образованию перегибов, а также увеличению атомных вибраций и содействию движению дислокаций.

Изломы также могут образовываться при сжимающем напряжении из-за коробления кристаллических плоскостей в полость. При больших сжимающих силах массы дислокаций движутся одновременно. Изломы выравниваются друг с другом, образуя стены изломов, которые распространяются одновременно. При достаточных силах растягивающая сила, создаваемая ядром дислокации, превышает напряжение разрушения материала, объединяя границы изломов в острые изломы и расслаивая базальные плоскости кристалла.