面心立方與體心立方的滑移

1、1.實際晶體中位錯的分類單立方晶體中位錯的柏氏矢量b總是等于點陣矢量。但實 際晶體中，位錯的柏氏矢量b除了等于點陣矢量外，還可能 小于或大于點陣矢量。通常把柏氏矢量等于單位點陣矢量的 位錯稱為“單位位錯；把柏氏矢量等于點陣矢量或其整數(shù) 倍的位錯稱為“全位錯，全位錯滑移后晶體原子排列不變; 把柏氏矢量不等于點陣矢量整數(shù)倍的位錯稱為“不全位錯, 不全位錯滑移后原子排列規(guī)律發(fā)生變化。2.實際晶體中位錯的柏氏矢量實際晶體結(jié)構(gòu)中，位錯的柏氏矢量不能是任意的，它要符合 晶體的結(jié)構(gòu)條件和能量條件。晶體的結(jié)構(gòu)條件是指柏氏矢量 必須連接一個原子平衡位置到另一平衡位置。從能量條件 看，由于位錯能量正比于b越小越穩(wěn)

2、定，即單位位錯是 最穩(wěn)定的位錯。柏氏矢量b的大小和方向用b=Cuvw俵示，其中：C為 常數(shù)，uvw為柏氏矢量的方向，柏氏矢量的大小為：+ M o表1給出典型晶體結(jié)構(gòu)中，單位位錯的 柏氏矢量及其大小和方向。表1典型晶體結(jié)構(gòu)中單位位錯的柏氏矢量柏氏矢呈bR)單立方a <100>9心立方-<110>2體心立方2b方由b大小<100>a<110>忑<111>心23.位錯反應(yīng)(Dislocation Reaction)位錯反應(yīng)就是位錯的合并(Merging)與分解(Dissociation),即 晶體中不同柏氏矢量的位錯線合并為一條位錯線或一條

3、位 錯線分解成兩條或多條柏氏矢量不同的位錯線。位錯使晶體點陣發(fā)生畸變，柏氏矢量是反映位錯周 圍點陣畸變總和的參數(shù)。因此，位錯的合并實際上是晶體中 同一區(qū)域兩個或多個畸變的疊加，位錯的分解是晶體內(nèi)某一 區(qū)域具有一個較集中的畸變，松弛為兩個或多個畸變。 位錯反應(yīng)能否進(jìn)行，取決于下列兩個條件：A幾何條件根據(jù)柏氏矢量的守恒性，反應(yīng)后諸位錯的柏氏矢量 之和應(yīng)等于反應(yīng)前諸位錯的柏氏矢量之和，即(4-1)B能量條件從能量角度要求，位錯反應(yīng)必須是一個伴隨著能量 降低的過程。由于位錯的能量正比于其柏氏矢量的平方，所 以，反應(yīng)后各位錯的能量之和應(yīng)小于反應(yīng)前各位錯的能量之 和，即0(4-2)分析位錯反應(yīng)時，一般先用

4、幾何條件確定位錯反應(yīng)是否可以進(jìn)行，然后再利用能量條件來判定位錯反應(yīng)的方向。4.體心立方晶體(Body-centered Cubic Crystal)中的位錯在體心立方晶體中以密排方向L11為滑移方向，全位錯 的柏氏矢量為111,相應(yīng)的滑移面有110、112、 123。由于這三種滑移面均含有相同的方向，使螺III型位錯易于交滑移。在低溫變形的體心立方結(jié)構(gòu)金屬中,所觀察到的位錯多為長而直的螺型位錯。這說明，同刃型位錯相比，螺型位錯的可動性較差，是控制體心立方結(jié)構(gòu) 金屬滑移特性的主要位錯組態(tài)。如純鐵的(T10). (1和3)®T同時沿111方向滑移，血|ah|a"|111, 血為

5、(2門)面上的111方向；ah為(112而上的111方向； a"為仃10)面上的111方向.(110)Dislocation)在體心立方晶體中常見的全位錯除了 f<HI>位錯外，還有柏氏矢量為a<001>的位錯，有時可在位錯網(wǎng)絡(luò)中 觀察到。a<001>型全位錯可由兩個<hi>型全位錯經(jīng) 合成反應(yīng)而獲得，即-TT i+-iiidooi2 2如圖4.16所示，若沿(1(H)面上具有柏氏矢量為尹門】的位錯與沿(I0T)面上的具有柏氏矢量為(110)(110)的位錯相遇時，便可按上述反應(yīng)合成新位錯。4.16001全位錯的形成與解理裂紋成核合成的

6、新位錯線沿著兩滑移面 dot）和的 交線010方向,而柏氏矢量為a001,是一種不動位錯, 其相應(yīng)的半原子面又恰好沿著解理面（001）,易于成為4.16 (b)萌生解理裂紋（Cleavage Crack）的部位,所示。4.2 層錯(Stacking Fault)在體心立方晶體中，以H0面的密排程度最大，故可以把體心立方晶體看成是由110®堆垛而成。如圖4.17所示，兩個相鄰的（門（）面上原子的堆垛次序為ABAB兩層一循環(huán)?？晒┑诙釉诱紦?jù)的B位置為馬鞍型凹窩。(Tio)BB001ABBI110|1100 4.17在凹窩中心兩側(cè)處各有兩個同等穩(wěn)定的位置B】和吐都 是B層原子可以占據(jù)的

7、能量極小處，從而為形成層錯提 供了可能性。顯然，若將某一 B層原子的位置向凹窩中心B】或笑錯動時，便可得到兩種滑移型層錯：滑移型曾錯AB AB ABj AB】 AB.AB AB AB? AB? AB?(4-4)(110)4.17K001BBABE110面上相鄰兩層原子的分布圖在體心立方晶體中，還有一種在112面上形成層錯的可能性。112®是體心立方晶體中最常見到的滑移面,也是李晶面（Twinning Plane）,為形成層錯提供了有利條件。但112不是密排面，不能按剛球密堆方式逐層堆垛， 如圖4.18 （a）所示。若沿門】°1方向觀察時，可將面上各原子在（口0）上的投影示于

8、圖4.18 （b）«圖中標(biāo)以A、C和E的原子位于（110）表示；而標(biāo)以B、D和F的原子沿門昉向與（110） 面相距竿,用“ ”表示。可見（打2）面的堆垛特點 是每六層為一循環(huán)周期，即ABCDEF ABCDEFAB(4-5)而且，由于相鄰兩層(打2)面上的原子沿TTo方向高度不同，又可將體心立方晶體的堆垛特點按(門2)1:1的堆垛ABCDEF ABCDEFAB(4-5)ABCDEF ABCDEFAB(4-5)周期中每兩層為一組加以描述:«.Ax A2 B B 2 Ci C2 Aj A2 Bj B 2 C C2 Aj A2“(4-6)圖4.18 (112)面上的原子分布及其堆垛

9、特點(a) (M2)面上原子的分布;(b)(112) 面上原子在(110)面上的投影根據(jù)以上112面的堆垛特點，可有以下三種方式在體心立方晶體中形成層錯。A滑移方式其交線"HI恰好為滑移方向。每相鄰兩層（門2）面原子 之間的相對滑移矢量為（訂2）,如圖4.19所示。若將某 一層|Til面原子（如A層原子）以上部分相對于以下 的F層滑移丄|門1或|1TT,可將體心立方晶體的堆垛1163次序變化而形成I】型內(nèi)稟層錯：I訐.FEDCBAFEFEDCBA（4-7）詛110*0(110)XXXXXOX（O代表位于紙面上的原子；X代表位于紙面下的子）B抽出方式若在體心立方晶體的正常堆垛周期中，抽

10、出一對原子層i2=.fedcbafeBAFEDCBA.(4-8)C插入方式若在體心立方晶體中的正常堆垛周期中，在某一 B面處將晶體切開后，使其上各層原子向上沿門2方向移動門距離，再在該空隙中插入一對原子層（如E層 和F層），則可形成E型外延層錯：E=.CDEFABE FCDEFABC.（4-9）在上述改變口2面堆垛次序的過程中，要相應(yīng)破壞或變動相鄰原子層的鍵合狀態(tài)。按照所涉及的原子鍵合破壞的程度，可以認(rèn)為，h型內(nèi)稟層錯所需能量最小，而 形成其他兩種層錯所需能量較大。因此在體心立方晶體 中，層錯一般以h型為主，其他兩種層錯的實用意義不大。4.3不全位錯在體心立方晶體中可能形成的不全位錯主要有:1

11、）在110面上形成一部分層錯時，其邊界為不全位2）在112面上形成一部分層錯時，其邊界為不全位錯或。另外，在體心立方晶體中，也可能在h型層錯的基礎(chǔ)上 進(jìn)一步形成h型層錯，與其相對應(yīng)的112面的堆垛次 序如下：I3=.FEDCBAF FA AFEDCBA. (4-10)BDAcB4.20在(1T2)上形成的(a)部分I】型層錯和(b)部分b型層這種b型層錯相當(dāng)于具有三個原子層厚的李晶，可以看成是在如圖4.20 (a)所示的li型層錯的基礎(chǔ)上， 經(jīng)柏氏矢量為5l，TT|和T,J的兩不全位錯在FE和 ED兩原子層之間相繼滑移的結(jié)果。若在112面上形成部分b型層錯時，其邊界的一端為三個分布在相鄰三個滑移面上的<H1>不全位錯，另一端為柏氏矢量和等于零的區(qū)域位錯，如圖4.20 (b)所示。4.4擴展位錯A在110面上的擴展位錯如圖所示，B層原子要從一個平衡位置滑移到另一個平衡位置時，比較容易的途徑是將全位錯的運動分解成三個不全位錯的運動，即綁 12+畀0