位錯與缺陷實(shí)驗(yàn)觀測

1、一、單晶體的剪切強(qiáng)度一、單晶體的剪切強(qiáng)度二、位錯與伯格斯矢量二、位錯與伯格斯矢量三、位錯應(yīng)力場三、位錯應(yīng)力場四、小角晶界四、小角晶界五、位錯密度五、位錯密度六、位錯增殖和滑移六、位錯增殖和滑移七、螺位錯與晶體生長七、螺位錯與晶體生長 對于完整晶體彈性極限作出的理論估計(jì)，得到的數(shù)值比最低的觀測對于完整晶體彈性極限作出的理論估計(jì)，得到的數(shù)值比最低的觀測值約高出值約高出103104倍，和比較常見的觀測值相比也要高出倍，和比較常見的觀測值相比也要高出102倍，例如，倍，例如，純純Al 晶體僅在應(yīng)變不大于晶體僅在應(yīng)變不大于10-5的范圍內(nèi)是彈性的，這一巨大差異是通過的范圍內(nèi)是彈性的，這一巨大差異是通過發(fā)

2、現(xiàn)了實(shí)際晶體中存在的位錯而得到解釋的。發(fā)現(xiàn)了實(shí)際晶體中存在的位錯而得到解釋的。 目前位錯理論是解釋晶態(tài)固體范性形變和金屬強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)。對目前位錯理論是解釋晶態(tài)固體范性形變和金屬強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)。對于我們理解固體的其他物理性質(zhì)，特別是單晶生長也有著重要作用。于我們理解固體的其他物理性質(zhì)，特別是單晶生長也有著重要作用。3.3 位位 錯錯位錯線沿一定晶面的相繼運(yùn)動，引起晶體的范性形變叫滑移。位錯線運(yùn)動掃過的晶面叫滑移面?；撇皇蔷娴囊徊糠窒鄬τ诹硪徊糠值膭傂砸苿?，而是位錯線沿滑移面的相繼運(yùn)動。固體受外力作用而使各點(diǎn)間相對位置的改變，當(dāng)外力撤消后，固體不能恢復(fù)原狀，稱為范性形變。彈性形變Frenke

3、l 估計(jì)完整晶體理論剪切強(qiáng)度的模型估計(jì)完整晶體理論剪切強(qiáng)度的模型(a)均勻應(yīng)變晶體中兩個原子平面的相對應(yīng)變（截面圖）；均勻應(yīng)變晶體中兩個原子平面的相對應(yīng)變（截面圖）；(b)剪剪應(yīng)力隨平面偏離平衡位置的相對位移而變化。在曲線開始處畫應(yīng)力隨平面偏離平衡位置的相對位移而變化。在曲線開始處畫出的粗短線決定剪切模量出的粗短線決定剪切模量G。一、單晶體的剪切強(qiáng)度一、單晶體的剪切強(qiáng)度dxGd原子面間距原子面間距G剪切模量剪切模量 x原子面相對位移原子面相對位移剪應(yīng)力：剪應(yīng)力：作為一級近似，可用下式表示應(yīng)作為一級近似，可用下式表示應(yīng)力與位移關(guān)系：力與位移關(guān)系：axdGa2sin2其中其中a表示剪切方向上的原子

4、間距。表示剪切方向上的原子間距。臨界剪應(yīng)力臨界剪應(yīng)力c就是使晶格變?yōu)椴环€(wěn)定就是使晶格變?yōu)椴环€(wěn)定的剪應(yīng)力，它由的剪應(yīng)力，它由的極大值給出：的極大值給出：dGac2若若ad, c G/2，理想臨界剪應(yīng)力，理想臨界剪應(yīng)力的量級約為剪切模量的的量級約為剪切模量的1/6。通過考慮原子間力的更實(shí)際形式，以及在剪應(yīng)變中其他可能的力學(xué)穩(wěn)定組通過考慮原子間力的更實(shí)際形式，以及在剪應(yīng)變中其他可能的力學(xué)穩(wěn)定組態(tài)，態(tài)，Mackenzie改進(jìn)上述理論估計(jì)，使理論剪切強(qiáng)度降低至約為改進(jìn)上述理論估計(jì)，使理論剪切強(qiáng)度降低至約為G/30。 從上表看出，彈性極限的實(shí)驗(yàn)值遠(yuǎn)小于理論模型的估從上表看出，彈性極限的實(shí)驗(yàn)值遠(yuǎn)小于理論模型

5、的估計(jì)值，改進(jìn)模型也得不出好結(jié)果，只有引入缺陷，才能很計(jì)值，改進(jìn)模型也得不出好結(jié)果，只有引入缺陷，才能很好地解釋剪切強(qiáng)度實(shí)測值很低的原因。缺陷可作為實(shí)際晶好地解釋剪切強(qiáng)度實(shí)測值很低的原因。缺陷可作為實(shí)際晶體力學(xué)柔弱性的源。體力學(xué)柔弱性的源。 現(xiàn)已證明：差不多所有晶體中都存在一種特殊的晶現(xiàn)已證明：差不多所有晶體中都存在一種特殊的晶體缺陷，稱為體缺陷，稱為位錯位錯。這些位錯的運(yùn)動導(dǎo)致在極低外加應(yīng)力。這些位錯的運(yùn)動導(dǎo)致在極低外加應(yīng)力之下的之下的滑移滑移?；疲壕w的一個部分作為滑移：晶體的一個部分作為一個單元相對于其相鄰的部一個單元相對于其相鄰的部分滑動。分滑動。它是晶體范性形變它是晶體范性形變的一

6、種主要形式。的一種主要形式。施米德（施米德（Schmid）臨界剪應(yīng)力定律：當(dāng)）臨界剪應(yīng)力定律：當(dāng)相應(yīng)于某一給定滑移面和滑移方向上的剪相應(yīng)于某一給定滑移面和滑移方向上的剪應(yīng)力分量達(dá)到臨界值時，滑移開始平行于應(yīng)力分量達(dá)到臨界值時，滑移開始平行于此面、沿此方向發(fā)生。此面、沿此方向發(fā)生。位移多沿低米勒指數(shù)的晶面發(fā)生，位移多沿低米勒指數(shù)的晶面發(fā)生，如如fcc中的中的111面，面，bcc中的中的111，112，123面。面?；品较蛞话阊刂幼蠲芘诺幕品较蛞话阊刂幼蠲芘诺木€，即線，即fcc中的中的方向，方向，bcc的的方向。方向。Zn單晶的滑移單晶的滑移二、位錯與伯格斯矢量二、位錯與伯格斯矢量19

7、05年，年，Vito Volterra 研究了晶體中位錯的理研究了晶體中位錯的理論論1928-29年，年，Prandtl和和Dehlinger 引入了位錯引入了位錯的概念的概念1934年，年，Taylor, Orowan和和Polanyi 分別獨(dú)立分別獨(dú)立利用位錯運(yùn)動來闡釋滑移現(xiàn)象利用位錯運(yùn)動來闡釋滑移現(xiàn)象1939年，年，Johannes M. Burgers 用伯格斯矢量用伯格斯矢量來描述位錯來描述位錯1940-50年代，位錯的實(shí)驗(yàn)證實(shí)與觀測。年代，位錯的實(shí)驗(yàn)證實(shí)與觀測。 臨界剪應(yīng)力低的觀測值可以用位錯這種線缺臨界剪應(yīng)力低的觀測值可以用位錯這種線缺陷通過晶格的運(yùn)動來解釋?；剖墙柚谖诲e運(yùn)陷

8、通過晶格的運(yùn)動來解釋?；剖墙柚谖诲e運(yùn)動而傳播的。動而傳播的。刃型位錯示意圖刃型位錯示意圖螺旋位錯示意圖螺旋位錯示意圖伯格斯回路和伯格斯矢量（伯格斯回路和伯格斯矢量（Burgers） 若晶格的三個初基平移為若晶格的三個初基平移為a、b、c,從晶格的某一點(diǎn)出發(fā)，從晶格的某一點(diǎn)出發(fā)，以初基矢量為一步，沿著初基矢量的方向逐步走去，最后回到以初基矢量為一步，沿著初基矢量的方向逐步走去，最后回到原來的出發(fā)點(diǎn)，形成的這個閉合迴路就叫原來的出發(fā)點(diǎn)，形成的這個閉合迴路就叫伯格斯回路伯格斯回路。若伯格。若伯格斯迴路所圍繞的區(qū)域都是好區(qū)域，則：斯迴路所圍繞的區(qū)域都是好區(qū)域，則：ma+nb+lc=0, 若所圍繞若

9、所圍繞的區(qū)域內(nèi)包含有位錯線，則的區(qū)域內(nèi)包含有位錯線，則 ma+nb+lc=b0。矢量。矢量b就稱為就稱為伯伯格斯矢量格斯矢量。一個刃位錯的伯格斯回路一個刃位錯的伯格斯回路完整晶體中的同樣回路完整晶體中的同樣回路(a)通過伯格斯回路確定伯格斯矢量通過伯格斯回路確定伯格斯矢量b的示意圖，的示意圖，(a)刃位錯和刃位錯和(b)螺位錯。螺位錯。 先確定位錯的方向（一般規(guī)定位錯線垂直紙面時，由紙面向外為正），按右手法則作伯格斯回路，右手大拇指指位錯線正方向，回路方向按右手螺旋方向確定。從實(shí)際晶體中任一原子M出發(fā)，避開位錯附近的嚴(yán)重畸變區(qū)作一閉合回路MNOPQ，回路每一步連結(jié)相鄰原子。按同樣方法在完整晶體

10、中做同樣回路，步數(shù)、方向與上述回路一致，這時終點(diǎn)Q和起點(diǎn)M不重合，由終點(diǎn)Q到起點(diǎn)M引一矢量QM即為伯格斯矢量b。伯格斯矢量與起點(diǎn)的選擇無關(guān)，也與路徑無關(guān)。一個螺位錯的伯格斯回路一個螺位錯的伯格斯回路完整晶體中的同樣回路完整晶體中的同樣回路(b)刃型位錯的伯格斯刃型位錯的伯格斯矢量與位錯線垂直矢量與位錯線垂直并處于滑面之內(nèi)。并處于滑面之內(nèi)。螺型位錯的伯格斯螺型位錯的伯格斯矢量與位錯線平行。矢量與位錯線平行。晶體中線型位錯的最普遍形式晶體中線型位錯的最普遍形式在介質(zhì)中形成一位錯環(huán)的普在介質(zhì)中形成一位錯環(huán)的普遍方法。遍方法。沿著粗實(shí)線環(huán)所限沿著粗實(shí)線環(huán)所限定的、用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志的曲面作定的、用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志的曲

11、面作一切割。令切割一方的材料一切割。令切割一方的材料相對于另一方的材料作位移，相對于另一方的材料作位移，位移矢量為位移矢量為b，b相對于曲面相對于曲面可有任意取向。完成此位移可有任意取向。完成此位移需要作用力。要將材料填入需要作用力。要將材料填入或切去，以期在位移之后介或切去，以期在位移之后介質(zhì)保持連續(xù)。然后使介質(zhì)在質(zhì)保持連續(xù)。然后使介質(zhì)在此經(jīng)過位移的狀態(tài)下結(jié)合起此經(jīng)過位移的狀態(tài)下結(jié)合起來，撤去外力。這里矢量來，撤去外力。這里矢量b就是位錯的伯格斯矢量。就是位錯的伯格斯矢量。（引自（引自Seitz）伯格斯矢量J.M. Burgers引入了一種特殊矢量描述位錯，稱為伯格斯矢量，一般以b表示。位錯

12、為Burgers矢量不為零（b0）的線缺陷。伯格斯矢量的特征如下：（1）用伯格斯矢量可判斷位錯的類型。伯格斯矢量與位錯線垂直者為刃位錯，平行者為螺位錯，既不垂直又不平行者為混合位錯；（2）伯格斯矢量反映位錯區(qū)域點(diǎn)陣畸變總累積的大小。伯格斯矢量越大，位錯周圍晶體畸變越嚴(yán)重；（3）用伯格斯矢量可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯運(yùn)動導(dǎo)致晶體滑移時，滑移量大小即伯格斯矢量大小，滑移方向即伯格斯矢量的方向；（4）一條位錯線具有唯一的伯格斯矢量。它與伯格斯回路的大小和回路在位錯線上的位置無關(guān)，位錯在晶體中運(yùn)動或改變方向時，其伯格斯矢量不變；（5）位錯可定義為伯格斯矢量不為零的晶體缺陷，它具有連續(xù)性，不能中

13、斷于晶體內(nèi)部。其存在形態(tài)可形成一個閉合的位錯環(huán)，或連接于其他位錯，或終止在晶界，或露頭于晶體表面；（6）位錯的存在引起點(diǎn)陣畸變，導(dǎo)致能量增大，此增量稱為位錯的應(yīng)變能，包括位錯核心能與彈性應(yīng)變能，其中彈性應(yīng)變能約占總能量的90%。位錯的彈性應(yīng)變能與伯格斯矢量的平方成正比，故伯格斯矢量越小，位錯能量越低。位錯1分解為位錯2和3的反應(yīng)一般寫作 b1 b2 + b3, (1)它可以實(shí)現(xiàn)的條件是 b1 = b2 + b3, b12 b22 + b32, (2)即分解后的位錯的伯格斯矢量之和應(yīng)等于原來位錯的伯格斯矢量之和，分解后的位錯的總能量應(yīng)該不大于原來位錯的總能量。位錯的性質(zhì)：位錯的性質(zhì)：位錯是晶體中

14、原子排列的一種線性缺陷，但不是幾何意位錯是晶體中原子排列的一種線性缺陷，但不是幾何意義上的線，而是直徑有一定寬度的通道。義上的線，而是直徑有一定寬度的通道。位錯線必須在晶體內(nèi)部形成閉合環(huán)，或者終止在晶體表位錯線必須在晶體內(nèi)部形成閉合環(huán)，或者終止在晶體表面（晶粒表面），絕不會終止在晶體內(nèi)部。面（晶粒表面），絕不會終止在晶體內(nèi)部。位錯環(huán)是把晶體中已形變部分和未形變部分區(qū)別開來的位錯環(huán)是把晶體中已形變部分和未形變部分區(qū)別開來的分界線。分界線。1.位錯線附近是一個應(yīng)力場，容易聚集雜質(zhì)原子。位錯線附近是一個應(yīng)力場，容易聚集雜質(zhì)原子。 一個位錯在剪應(yīng)力下的運(yùn)動，使樣品上部向右移動一個位錯在剪應(yīng)力下的運(yùn)動，

15、使樣品上部向右移動使位錯具有可動性的機(jī)制示意圖使位錯具有可動性的機(jī)制示意圖滑移滑移計(jì)算表明，只要晶體中的鍵力不具有高度方向性，使一個位錯運(yùn)計(jì)算表明，只要晶體中的鍵力不具有高度方向性，使一個位錯運(yùn)動所需的外加應(yīng)力就很小，大約低于動所需的外加應(yīng)力就很小，大約低于105 dyn/cm2。因此，位錯就因此，位錯就會使晶體具有很高的范性。會使晶體具有很高的范性。一個位錯通過晶體相當(dāng)于晶體一個部分的滑移位移。一個位錯通過晶體相當(dāng)于晶體一個部分的滑移位移。根據(jù)位錯的運(yùn)根據(jù)位錯的運(yùn)動可解釋滑移動可解釋滑移過程。位錯中過程。位錯中心的原子心的原子A（圖（圖(c)）在下半平）在下半平面無配對時，面無配對時，它將或

16、多或少它將或多或少地受原子地受原子B和和C的同等吸引。的同等吸引。因此，只需要因此，只需要作用很小的應(yīng)作用很小的應(yīng)力就可以使它力就可以使它向右移動一個向右移動一個小距離，從而小距離，從而C的影響占優(yōu)勢，的影響占優(yōu)勢，于是它可以和于是它可以和C組成配對組成配對，滑移面滑移方向ABCD(c)ACD(d)刃位錯的運(yùn)動(a)(b)(e)使位錯向右運(yùn)動并迫使使位錯向右運(yùn)動并迫使D成為無配對的（圖成為無配對的（圖(d)）。如果這種情況發(fā)生在位錯線上）。如果這種情況發(fā)生在位錯線上的所有原子，那么整個位錯結(jié)構(gòu)就從的所有原子，那么整個位錯結(jié)構(gòu)就從A到到D移動了一個原子間距，位錯的這種運(yùn)移動了一個原子間距，位錯的

17、這種運(yùn)動繼續(xù)進(jìn)行，使位錯進(jìn)一步向右移，直至達(dá)到如圖動繼續(xù)進(jìn)行，使位錯進(jìn)一步向右移，直至達(dá)到如圖(e)所示，位錯完全通過晶體。所示，位錯完全通過晶體。 位錯線連續(xù)地在晶體內(nèi)運(yùn)動，一直到達(dá)表面為止，這個運(yùn)動的效果就好像晶體的上半部分相對于下半部分剛性地移動了一個原子間距。但實(shí)際上，由于滑移時，只有位于位錯線附近的原子面上的那些原子參加了滑移，而遠(yuǎn)離位錯線原子面上的原子都占據(jù)著正常的格點(diǎn)位置，并不參與滑移運(yùn)動，所以只要有較小的切應(yīng)力，位錯就會開始移動，這個切應(yīng)力遠(yuǎn)小于剛性滑移模型所需的力。 幾乎所有晶體中都存在位錯，而正是這些位錯的運(yùn)動導(dǎo)致金屬在很低的外加切應(yīng)力的作用下就出現(xiàn)滑移。因此，晶體中位錯的

18、存在是造成金屬強(qiáng)度大大低于理論晶體中位錯的存在是造成金屬強(qiáng)度大大低于理論值的最主要原因。值的最主要原因。且現(xiàn)已證明，不含位錯的金屬晶須的確具有相當(dāng)接近于理論值的強(qiáng)度。三、位錯應(yīng)力場三、位錯應(yīng)力場rdrGbdVGedEs42122螺型位錯螺型位錯剪應(yīng)變剪應(yīng)變 e = b/2r剪應(yīng)力剪應(yīng)力 = Ge = Gb/2r介質(zhì)殼層每單位長度介質(zhì)殼層每單位長度的彈性能量是的彈性能量是螺型位錯單位長度的總彈螺型位錯單位長度的總彈性能量可以通過積分求得性能量可以通過積分求得02ln4rRGbEsrGbrrsin)1 (2rGbrcos)1 (2刃型位錯刃型位錯02ln)1 (4rRGbEe對于刃型位錯對于刃型位

19、錯rrrr和和分別表示徑向和周向的分別表示徑向和周向的張應(yīng)力，張應(yīng)力，r r表示剪應(yīng)力。表示剪應(yīng)力。是泊是泊松比，對大多數(shù)晶體松比，對大多數(shù)晶體0.3。刃型位錯單位長度的應(yīng)變能為：刃型位錯單位長度的應(yīng)變能為：四、小角晶界四、小角晶界如果兩部分傾角為如果兩部分傾角為，原子間距為，原子間距為b，則每隔，則每隔D=b/，就可以，就可以在兩部分間再插入一片原子。也就是說，在兩部分間再插入一片原子。也就是說，小角晶界上位錯相小角晶界上位錯相隔的距離應(yīng)當(dāng)是隔的距離應(yīng)當(dāng)是D=b/ 。1953年，年，Vogel等用定量等用定量X射線方法和光學(xué)方法研究了鍺晶體射線方法和光學(xué)方法研究了鍺晶體中的小角晶界，給出伯格

20、斯模型的直接驗(yàn)證。中的小角晶界，給出伯格斯模型的直接驗(yàn)證。五、位錯密度五、位錯密度定義：位錯密度定義：位錯密度LV單位體積中位錯線的長度單位體積中位錯線的長度實(shí)際上，要測量晶體中位錯線的總長度是不可能的。因此，常假實(shí)際上，要測量晶體中位錯線的總長度是不可能的。因此，常假設(shè)晶體中所有的位錯線均為彼此平行的直線，從垂直于晶體的一設(shè)晶體中所有的位錯線均為彼此平行的直線，從垂直于晶體的一表面一直延伸到相對的另一面。表面一直延伸到相對的另一面。因此，位錯密度就等于單位晶體表面上的位錯露頭數(shù)。因此，位錯密度就等于單位晶體表面上的位錯露頭數(shù)。NS位錯密度的范圍：位錯密度的范圍：102 位錯位錯/cm2 10

21、11 1012 位錯位錯/cm2位錯的實(shí)驗(yàn)觀察位錯的實(shí)驗(yàn)觀察化學(xué)腐蝕法：選用適當(dāng)?shù)母g液，晶體表面位錯露化學(xué)腐蝕法：選用適當(dāng)?shù)母g液，晶體表面位錯露 頭處最容易被腐蝕，形成錐形的腐蝕坑。頭處最容易被腐蝕，形成錐形的腐蝕坑。綴飾法：如將綴飾法：如將Na在高溫下擴(kuò)散到在高溫下擴(kuò)散到NaCl晶體中，晶體中，Na 原子就會沿位錯線聚集而原子就會沿位錯線聚集而 顯出顏色。顯出顏色。 X射線形貌照相可直接照出晶體薄片中的位錯線。射線形貌照相可直接照出晶體薄片中的位錯線。 用高分辨電子顯微鏡可照出晶體中原子的排列情況。用高分辨電子顯微鏡可照出晶體中原子的排列情況。 其他方法其他方法雜質(zhì)原子沿位錯線的聚集可以

22、看作是化雜質(zhì)原子沿位錯線的聚集可以看作是化學(xué)腐蝕法和綴蝕法的應(yīng)用原理。學(xué)腐蝕法和綴蝕法的應(yīng)用原理。位錯的攀移位錯的攀移攀移總是伴隨著空位（或間隙原子）的產(chǎn)生和消滅。攀移總是伴隨著空位（或間隙原子）的產(chǎn)生和消滅?？瘴荒Y(jié)和位錯環(huán)空位凝結(jié)和位錯環(huán)位錯環(huán)通過空位錯環(huán)通過空位進(jìn)一步的沉位進(jìn)一步的沉淀而長大。淀而長大。六、位錯增殖和滑移六、位錯增殖和滑移范性形變引起位錯密度的大大增加。范性形變引起位錯密度的大大增加。u典型的位錯密度測量結(jié)果表明，在范性形變過程中位錯密典型的位錯密度測量結(jié)果表明，在范性形變過程中位錯密度由度由108 cm-2增至約增至約1011 cm-2，既增加，既增加1000倍。倍。u

23、如果一個位錯運(yùn)動，完全掃過其滑移面，那么它會使上下如果一個位錯運(yùn)動，完全掃過其滑移面，那么它會使上下兩面錯開僅為一個原子間距，但實(shí)際觀測到的錯開達(dá)到兩面錯開僅為一個原子間距，但實(shí)際觀測到的錯開達(dá)到1001000個原子間距。個原子間距。這就意味著這就意味著位錯在形變過程中是增殖的。位錯在形變過程中是增殖的。所有位錯的一個共同特征就是所有位錯的一個共同特征就是位錯彎曲效應(yīng)位錯彎曲效應(yīng)。一條兩端。一條兩端被釘扎（固定）的位錯線段稱為一個被釘扎（固定）的位錯線段稱為一個弗蘭克弗蘭克-里德位錯源里德位錯源（Frank-Read source）。這個位錯源可以導(dǎo)致在同一）。這個位錯源可以導(dǎo)致在同一滑移面上

24、產(chǎn)生大量的同心位錯環(huán)。滑移面上產(chǎn)生大量的同心位錯環(huán)。位錯增殖的弗蘭克位錯增殖的弗蘭克-里德機(jī)制里德機(jī)制七、螺位錯與晶體生長七、螺位錯與晶體生長 晶體生長理論表明，為了要在完整晶面上凝晶體生長理論表明，為了要在完整晶面上凝結(jié)新的一層，關(guān)鍵在于首先要靠著漲落現(xiàn)象在晶結(jié)新的一層，關(guān)鍵在于首先要靠著漲落現(xiàn)象在晶面上形成一個小核心，然后原子才能沿它的邊緣面上形成一個小核心，然后原子才能沿它的邊緣繼續(xù)集結(jié)生長。繼續(xù)集結(jié)生長。 而螺位錯則在晶體表面提供了一個天然的生而螺位錯則在晶體表面提供了一個天然的生長臺階，而且，隨著原子沿臺階的集合生長，并長臺階，而且，隨著原子沿臺階的集合生長，并不會消滅臺階，而只是使

25、臺階向前移動。不會消滅臺階，而只是使臺階向前移動。 如果生長速率與表面上臺階邊緣的方向無關(guān)，如果生長速率與表面上臺階邊緣的方向無關(guān)，則生長圖樣是一個則生長圖樣是一個阿基米德螺旋線：阿基米德螺旋線：r = a，此處，此處a是一個常量。是一個常量。 螺旋位錯和晶體生長螺旋位錯和晶體生長碳化硅晶體上六角形螺旋生長圖樣碳化硅晶體上六角形螺旋生長圖樣與位錯有關(guān)的物理現(xiàn)象1.雜質(zhì)原子在位錯周圍的聚集。 因?yàn)槲诲e的周圍有應(yīng)力場，從而雜質(zhì)原子會聚集到位錯的近鄰，以此來減少晶體的形變能。如刃位錯實(shí)際上成為一個使雜質(zhì)原子聚集在其周圍的管道。在金相顯微鏡中可以觀察到位錯，也就是由于化學(xué)腐蝕劑的原子向位錯附近運(yùn)動，而

26、使位錯的周圍受到腐蝕，因此可以從位錯腐蝕坑的金相圖來檢驗(yàn)位錯。2.螺位錯與晶體生長。 實(shí)際晶體生長的過程中，總會出現(xiàn)缺陷；一旦有缺陷出現(xiàn)，則粒子落到晶體上的幾率就會增加，這樣，晶體也就比較容易生長。缺陷對于晶體生長會起“觸媒”作用。螺位錯就起著這種作用，使晶體的生長速率大為增加。螺位錯的存在使得垂直于位錯線的一族晶面好像是一個階梯。這樣，螺位錯所在之處，晶面上總存在三面角的位置（晶體上粒子最易落到的位置），也就沒有所謂鋪滿一層再鋪新一層的問題。螺位錯對晶體生長過程所起的螺位錯對晶體生長過程所起的“觸媒觸媒”作用作用3.位錯和小角晶界。4.位錯和空位。 在從高溫熔融狀態(tài)凝固的材料中的位錯正是起源于空位凝結(jié)過程。位錯在運(yùn)動過程中（如攀移）可以產(chǎn)生或消滅空位。3.4 缺陷的實(shí)驗(yàn)觀測：缺陷的實(shí)驗(yàn)觀測：廣泛用于研究缺陷的方法可以分為三類：廣泛用于研究缺陷的方法可以分為三類：p晶體缺陷影響固體性質(zhì)，所以可以通過某些性質(zhì)的晶體缺陷影響固體性質(zhì)，所以可以通過某些性質(zhì)的測量來推斷關(guān)于缺陷的重要信息；測量來推斷關(guān)于缺陷的重要信息；p研究缺陷本身對某些外加刺激的響應(yīng)；研究缺陷本身對某些外加刺激的響應(yīng)；p用顯微