2.2 Dislocazioni
2.2.4 Interazioni tra dislocazioni
In un cristallo si possono avere dislocazioni di segno opposto. Convenzionalmente
nel caso di dislocazioni a spigolo si definiscono positive le dislocazioni che hanno il piano
reticolare supplementare verso l’alto (⊥), mentre sono di segno negative quelle in cui il
piano reticolare supplementare è posto al di sotto della linea di dislocazione (⊤). Nel caso di
dislocazioni a vite si possono avere dislocazioni con senso di rotazione destrale o sinistrale
(Fig. 2.13c). In un cristallo ideale dislocazioni di segno opposto (positive e negative, destrali
e sinistrali) si muovo in direzioni opposte (Fig. 2.13a).
Nei cristalli reali la situazione è più complessa. Se si applica uno stress per un certo
intervallo di tempo, si formano continuamente dislocazioni e si possono avere più
dislo-cazioni che si muovono contemporaneamente sullo stesso piano reticolare. Quando due
dislocazioni dello stesso tipo ma di segno opposto si incontrano sul solito piano reticolare si
ha la loro eliminazione reciproca, producendo un cristallo indeformato con una variazione
della sua forma esterna. Questo vale sia per due dislocazioni a spigolo (Fig. 2.18) che per
due dislocazioni a vite (Fig. 2.19). Se si incontrano due dislocazioni del solito segno diventa
invece molto più difficile il loro successivo movimento (Fig. 2.20) e se lo stress applicato
non è sufficientemente alto il movimento delle dislocazioni si blocca. Se dislocazioni di
segno opposto spostandosi su piani reticolari differenti interagiscono il loro movimento
successivo risulta molto difficile. Questo perché in prossimità delle linee di dislocazione
il reticolo cristallino è molto distorto, con siti reticolari non occupati da atomi e legami
estremamente allungati (Fig. 2.21). E’ quindi fortemente impedita la rottura e successiva
movi-(a) (b)
Figura 2.18 (a) Reciproco annullamento di due dislocazioni a spigolo di segno opposto che si muovono sul medesimo piano reticolare, producendo un reticolo cristallino senza difetti (b).
(b)
(a)
Figura 2.19 Reciproco annullamento di due dislocazioni a vite di segno opposto che si muovono sul medesimo piano reticolare (a), producendo un reticolo cristallino senza difetti (b).
piano di scorrimento
Figura 2.20 L’incontro di due dislocazioni di segno uguale sul solito piano reticolare di scorrimento impedisce il successivo movimento di entrambe.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Figura 2.21 Movimento di dislocazioni di segno opposto su piani reticolari differenti. Se i piani supplementari (in nero) non vengono direttamente a contatto (a), si formeranno dei siti vacanti in prossimità delle due dislocazioni (b). Se i due piani supplementari si incontrano (c), le dislocazioni si bloccano e il reticolo risulterà molto distorto (d). Continuando ad applicare uno stress aumenta il numero di dislocazioni nel cristallo (e) ed aumenta la distorsione del reticolo cristallino (f ), senza però che il cristallo esternamente mostri evidenze di deformazione (strain).
Figura 2.22 (a) Distorsione del reticolo cristallino in-trodotto da una dislocazione. Il segno “+” indica l’area in cui i legami sono raccorciati rispetto alla loro lunghezza normale, con il segno “-” è indicata l’area in cui i legami sono stati allungati.
+
-(a)
(b)
mento di dislocazioni. La distorsione del reticolo cristallino aumenta se la deformazione
procede (Fig. 2.21e,f ).
Sulla base di quanto visto finora è quindi possibile affermare che solo interazioni tra
dislocazioni di segno opposto che si muovono nel solito piano reticolare portano ad un
cristallo privo di difetti che ha variato la sua forma esterna. In tutti gli altri casi si producono
reticoli fortemente deformati e ricchi di difetti in cui il successivo movimento di dislocazioni
è molto difficile. Continuando ad applicare uno stress ad un cristallo si formano quindi
sempre nuove dislocazioni che se non si annullano tra loro e non possono attraversare
completamente il cristallo, portano ad un reticolo cristallino sempre più distorto senza che
il cristallo cambi la sua forma esterna, cioè senza evidenze macroscopiche di deformazione.
In queste condizioni risulta sempre più difficile deformare un cristallo (work hardening).
La presenza di una dislocazione isolata in un cristallo crea una distorsione nel reticolo
cristallino ad essa immediatamente circostante (Fig. 2.22a). Al di sopra della dislocazione i
legami risultano raccorciati, mentre al di sotto sono allungati rispetto alla loro lunghezza
normale. In Fig. 2.22b è rappresentata una situazione in cui tre dislocazioni muovendosi su
piani reticolari paralleli interagiscono tra loro e reciprocamente si bloccano, impedendo
ogni loro movimento successivo. Dalla figura si vede come le dislocazioni siano allineate
verticalmente, l’una sotto l’altra, lungo la linea tratteggiata. Questa geometria, con le
dislo-cazioni allineate verticalmente, è una situazione energeticamente favorevole se comparata
con quella di Fig. 2.22a perché i legami atomici al di sopra di una dislocazione dovrebbero
essere raccorciati, ma sono invece nuovamente allungati in quanto si trovano al di sotto
della dislocazione successiva.
Continuando ad applicare uno stress si formano sempre nuove dislocazioni che si
muovono nel cristallo ed anch’esse vanno ad allinearsi, con il solito segno, lungo la linea
tratteggiata di Fig. 2.22b.
La formazione di un allineamento di dislocazioni del solito segno crea una situazione
favorevole all’interno di un cristallo in quanto al procedere della deformazione e
all’aumen-tare del numero delle dislocazioni non si ha una notevole distorsione dell’intero reticolo
cristallino, ma solo in corrispondenza dell’allineamento delle dislocazioni. Ne consegue
quindi che il progressivo allineamento di numerose dislocazioni in un cristallo non porta a
v v
(a) (b) (c) (d)
Figura 2.23 Climb di dislocazioni che producono uno spostamento del piano supplementare verso il basso (a), (b), oppure verso l’alto (c), (d).
(a) (b)
Figura 2.24 Reciproco annullamento di due dislocazioni di segno opposto che si muovono ortogonalmente rispetto al piano di scorrimento. (a) I piani supplementari aumentano di lunghezza, incontrandosi. (b) Il piano supplementare diminuisce di lunghezza a seguito dell’avvicinamento delle due dislocazioni di segno opposto.