Густина дислокацій — фізична величина, яка характеризує кількість дислокацій у кристалічному матеріалі. Вона визначається як сумарна довжина дислокаційних ліній, що припадає на одиницю об'єму кристалу.
Густину дислокацій зазвичай позначають символом . У просторовому вимірі її визначають як , де — сумарна довжина всіх дислокаційних ліній у об'ємі . Розмірність густини дислокацій — (або ). У двовимірному наближенні густину дислокацій можна інтерпретувати як кількість дислокацій, що перетинають одиницю площі.
Методи визначення густини Густину дислокацій визначають різними експериментальними методами: електронна мікроскопія (зокрема, просвічувальна); рентгеноструктурний аналіз (за розширенням дифракційних ліній); методом травлення поверхні (підрахунок ямок — виходів дислокацій на поверхню).
Вплив на механічні властивості Густина дислокацій є одним із ключових параметрів, які визначають механічні властивості кристалічних матеріалів. Зі збільшенням густини дислокацій зростає опір руху дислокацій через взаємне блокування, що зумовлює деформаційне зміцнення матеріалу. Згідно з класичною теорією дислокаційного зміцнення (законом ТейлораTaylor GI. The mechanism of plastic deformation of crystals. Part I-Theoretical. Proceedings of the Royal Society of London. 1934; 145(A):312-387), напруження плинності , необхідне для початку руху дислокацій, пропорційне квадратному кореню з густини дислокацій: , де: — модуль зсуву, — вектор Бюргерса, — емпіричний коефіцієнт.
Швидкість пластичної деформації пов'язана з густиною рухомих (не закріплених на перешкодах) дислокацій: , де: — густина рухомих дислокацій, — вектор Бюрґерса, — середня швидкість дислокацій..
Зміна густини дислокацій дозволяє керувати міцністю, твердістю, ударною в'язкістю, пластичністю та іншими механічними властивостями матеріалів. У напівпровідниках густина дислокацій критично впливає на електричні властивості.
Основним механізмом збільшення густини дислокацій є джерело Франка-Ріда, яке генерує дислокації під дією напружень під час пластичної деформації, фазових переходів . Так, під час холодної пластичної деформації густина дислокацій зростає на кілька порядків, що зумовлює деформаційне зміцнення. Збільшення густини дислокацій підвищує внутрішню енергію кристалічного матеріала, яка приблизно пропорційна густині:. Це пояснює термодинамічну нестабільність деформованих станів і прагнення системи до переходу в рівноважний стан з меншою густиною дислокацій. Такий перехід відбувається під час нагрівання (відпалювання) внаслідок послідовних відновних процесів: віднови — зменшення густини точкових дефектів (вакансій, міжвузлових атомів) та часткове зменення густини дислокацій за рахунок анігіляції — взаємного знищення різноіменних дислокацій, коли вони зустручаються в одній площині ковзання; полігонізації — перерозподілу дислокацій з утворенням стійкіших конфігурацій у вигляді дислокаційних стінок — малокутових границь субзерен; рекристалізації — заміни здеформованих зерен з великою густиною дислокацій зернами досконалішої структури з малою густиною дислокацій.
Типові значення густини дислокацій у металах: у відпаленому (майже рівноважному) стані: ; у пластично здеформованому стані: .
Контроль густини дислокацій є важливим у технологічних процесах оброблення матеріалів, таких як: оброблення тиском — кування, штампування, пресування, волочіння тощо; термічне оброблення металів — гартування, відпуск, старіння, відпалювання; термомеханічне оброблення. Див. також Дислокація Пластична деформація Деформаційне зміцнення Термічна обробка
Примітки
Джерела