2.2 Dislocazioni
2.2.5 Climb di dislocazioni
Normalmente una dislocazione a spigolo si sposta sempre parallelamente a se stessa sul
solito piano di scorrimento. In alcuni casi però una dislocazione può spostarsi
ortogonal-mente (climb) rispetto al piano di scorrimento mediante diffusione, cioè con inserimento o
rimozione di un atomo alla terminazione del piano supplementare (extra half-plane). La
dislocazione si sposta verso il basso se un atomo abbandona la sua posizione reticolare e
occupa una posizione alla base del piano supplementare (Fig. 2.23a,b). Si produce così un
sito vacante che si diffonde nel cristallo. Al contrario la dislocazione si sposta verso l’alto
se un sito reticolare vacante spostandosi nel cristallo raggiunge la terminazione del piano
supplementare (Fig. 2.23c,d). In questo modo l’atomo alla fine del piano supplementare può
occupare il sito reticolare vacante producendo una diminuzione della lunghezza del piano
supplementare.
Climb di dislocazioni a spigolo può portare all’eliminazione di difetti nel reticolo
cri-stallino. Questo può accadere sia nel caso di due piani supplementari che aumentano di
lunghezza e si incontrano (Fig. 2.24a), che nel caso di un piano supplementare che viene
(b) (a)
Figura 2.25 (a) Due dislocazioni che si bloccano reciprocamente. (b) Le due dislocazioni possono nuovamente muoversi se possono spostarsi ortogonalmente rispetto al piano di scorrimento.
Figura 2.26 Piano reticolare supplementare con
jog lungo la linea di dislocazione.
jog
jog
Con il meccanismo di climb, dislocazioni il cui movimento è difficoltoso o che risultano
bloccate su alcuni piani reticolari, possono passare su altri piani reticolari su cui il
movi-mento è più facile. Esempio di questo sono le due dislocazioni di Fig. 2.25a che risultano
bloccate, dovendo muoversi la dislocazione di segno positivo verso destra e quella di segno
negativo verso sinistra.
Mediante climb le dislocazioni si spostano una verso l’alto (quella positiva), e una
verso il basso (quella negativa), diminuendo la lunghezza dei loro piani supplementari. A
questo punto (Fig. 2.25b) si trovano su piani reticolari differenti e possono riprendere il loro
movimento.
Spostamento di una dislocazione a spigolo ortogonalmente rispetto al piano di
scorri-mento mediante diffusione molto probabilmente non avviene contemporaneamente lungo
tutta la linea dislocazione. Se questo è il caso la dislocazione non sarà più una linea retta,
ma risulterà formata da vari segmenti rettilinei, ortogonali tra loro (Fig. 2.26). Le parti della
linea di dislocazione ortogonali al piano di scorrimento sono dettejog e il loro spostamento
all’interno del cristallo è più difficoltoso.
Nel caso di dislocazioni a vite tutti questi problemi non esistono perché la linea di
dislocazione e il relativo vettore di Burger sono paralleli. Non esiste quindi un unico piano
su cui la dislocazione deve muoversi ed essa può liberamente spostarsi parallelamente a se
stessa su qualsiasi piano reticolare che contiene il vettore di Burger (cross slip) (Fig. 2.27a).
Se vi sono difetti o altre dislocazioni nel cristallo che impediscono il libero movimento
di dislocazioni a vite è molto probabile che il passaggio su di un altro piano reticolare non
avvenga lungo tutta la linea di dislocazione, ma solo per alcune parti di essa. Vi saranno
s
s
b
(b)
(a)
Figura 2.27 (a)Cross slip di una dislocazione a vite. Tutta la linea di dislocazione passa in un altro piano reticolare. (b) Porzione di un cristallo al di sotto del piano di scorrimento nel caso di cross slip di una dislocazione a vita. Se si hacross slip, ma solo la parte centrale della dislocazione a vite passa su di un altro piano reticolare, porzioni di dislocazioni a vite (v) saranno collegati da dislocazioni a spigolo (s).
Kink
direzione di
scorrimento
Jog
direzione di
scorrimento
(b)
(a)
Figura 2.28 Cristalli con dislocazioni non rettilinee. La dislocazione può essere interessata dakink (a) o da jog (b).
che rimangono nel piano originario (Fig. 2.27b). La dislocazione non sarà più rettilinea e
segmenti di dislocazioni a vite su piani diversi saranno collegati tra loro da segmenti di
dislocazioni a spigolo. Tutte queste dislocazioni avranno lo stesso vettore di Burger.
È importante sottolineare ancora come climb di dislocazioni all’interno di un cristallo
che si deforma permetta:
a) di eliminare piani supplementari e quindi di diminuire il numero di dislocazioni e di
difetti nel cristallo;
b) il passaggio di dislocazioni da piani reticolari in cui il movimento è impedito dalla
presenza di altre dislocazioni a piani reticolari in cui il movimento è più facile. Climb
ed eliminazione di dislocazioni sono quindi legate alla possibilità di avere diffusione
nel cristallo, e di conseguenza sono facilitate ad alta temperatura.
L’andamento non rettilineo di dislocazioni può essere legato alla presenza di kink
(Fig. 2.28a) o dijog (Fig. 2.28b).
Jog e kink non sono necessariamente legati a fenomeni di diffusione, ma possono più
comunemente formarsi a seguito di interferenze tra dislocazioni. Supponiamo di avere
un cristallo con all’interno due linee di dislocazioni, tra loro ortogonali (Fig. 2.29a). Se
la dislocazione A si muove ed esce dal cristallo questo produrrà uno scorrimento verso
destra della parte del cristallo al di sopra del piano di scorrimento e quindi una variazione
dell’andamento della linea di dislocazione B con la formazione di unjog (Fig. 2.29b). In
modo analogo due dislocazioni ortogonali ma con extra half-plane paralleli (Fig. 2.29c)
B B A jog (a) (b) (c) (d) piano di scorrimento piano di scorrimento
Figura 2.29 Interferenza tra dislocazioni, in grigio sono rappresentati gliextra half-plane. (a) Cristallo con due linee di dislocazione, i dueextra half-plane sono tra loro paralleli. (b) Geometria finale quando la dislocazione A muovendosi verso destra è uscita dal cristallo. (c) Cristallo con due linee di dislocazione, i dueextra half-plane sono tra loro ortogonali. (d) Geometria finale quando la dislocazione A muovendosi verso destra è uscita dal cristallo.