材料科學(xué)基礎(chǔ) 第三章 晶體缺陷(六)

第三章晶體缺陷

（六）

——實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)煙臺(tái)大學(xué)秦連杰E-mail：lianjieqin@126.com已知為使位錯(cuò)自身能量最低，大多數(shù)晶體中的全位錯(cuò)的柏氏矢量是最短的平移矢量，如，簡(jiǎn)單立方為a<100>，面心立方為a<110>/2，體心立方的a<111>/2，密排六方的a<1120>/3。六、實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)問(wèn)題：位錯(cuò)都以密排方向的平移矢量存在嗎?若柏氏矢量不是晶體的平移矢量，當(dāng)這種位錯(cuò)掃過(guò)后，位錯(cuò)掃過(guò)的面兩側(cè)必出現(xiàn)錯(cuò)誤的堆垛，稱(chēng)堆垛層錯(cuò)。若這些錯(cuò)排不導(dǎo)致增加很多能量，則這種位錯(cuò)是可能存在的，稱(chēng)部分位錯(cuò)(不全位錯(cuò))伴隨的新現(xiàn)象：1)部分位錯(cuò)必伴隨有層錯(cuò)，即部分位錯(cuò)線是層錯(cuò)的邊界線。

2)形成層錯(cuò)時(shí)幾乎不產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，但它也能破壞晶體的完整性和正常的周期性。六、實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)位1、實(shí)際晶體中位錯(cuò)的伯氏矢量實(shí)際晶體中位錯(cuò)的伯氏矢量不是任意的，必須符合晶體的結(jié)構(gòu)條件和能量條件結(jié)構(gòu)條件：伯氏矢量大小與方向，必須連接一個(gè)原子平衡位置到另一個(gè)原子平衡位置能量條件：位錯(cuò)能量E∝b2,伯氏矢量越小越穩(wěn)定基本概念：?jiǎn)挝晃诲e(cuò)(dislocation):

全位錯(cuò)(perfectdislocation):

不全位錯(cuò)(部分位錯(cuò)partialdislocation)六、實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)單位位錯(cuò)：伯氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)典型晶體結(jié)構(gòu)中單位位錯(cuò)的伯氏矢量全錯(cuò)位全位錯(cuò)（Perfectdislocation）：伯氏矢量等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)全位錯(cuò)的柏氏矢量是<110>/2。這個(gè)刃位錯(cuò)的半原子面是（110）面，在a[110]/2間隔內(nèi)含有2層（110）面。在（111）面上看，這兩層半原子面表現(xiàn)為彎曲的原子列。若全位錯(cuò)向左移動(dòng)，則圖中上層原子（深藍(lán)圓）向右滑動(dòng)，滑動(dòng)的距離為[110]/2,即從△位置到相鄰的△位置，相鄰2層半原子面向左移動(dòng)。全位錯(cuò)不全位錯(cuò)把伯氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)稱(chēng)為“不全位錯(cuò)”，或稱(chēng)為“部分位錯(cuò)”

2.

堆垛層錯(cuò)正常堆垛順序FCC：ABCABC······HCP：ABABAB······堆垛層錯(cuò)（stackingfault）：上述正常堆垛順序遭到破壞或錯(cuò)排，有兩類(lèi)：

（1）抽出型層錯(cuò)

（2）插入型層錯(cuò)FCCHCP金屬面心立方最密堆積(A1)和六方最密堆積(A3)ABAABCAATOMICPACKING第一層{111}面上有兩個(gè)可堆放的位置：△和▽位置。在第二層只能放在一種位置，在面上每個(gè)球和下層3個(gè)球相切。也和上層3個(gè)球相切第一層為A，第二層放在B位置，第三層放在C位置，第四層在放回A位置。{111}面…ABCABC…順序排列，這就形成面心立方結(jié)構(gòu)。ABCABCABC…AB，BC，CA………密排六方結(jié)構(gòu)：……面心立方晶體：……ABABAB…BA，AC，CB………抽出型層錯(cuò)ABCBCA…………插入型層錯(cuò)ABCBABCA…………面心立方晶體：……密排六方結(jié)構(gòu)：……抽出型層錯(cuò)BABACBAC…………插入型層錯(cuò)BABACBCB…………堆垛層錯(cuò)能(J/m2)堆垛層錯(cuò)能：為產(chǎn)生單位面積層錯(cuò)所需的能量。

(1)Shockley不全位錯(cuò)

(Shockieypartialdislocation):

伯氏矢量：

肖克利不全位錯(cuò)的形成：原子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致局部錯(cuò)排，錯(cuò)排區(qū)與完整晶格區(qū)的邊界線即為肖克利不全位錯(cuò)。（結(jié)合位錯(cuò)反應(yīng)理解。可為刃型、螺型或混合型位錯(cuò)。）3.不全位錯(cuò)：伯氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)ACB全位錯(cuò)的滑移分為兩步：FCC{111}<112>

未滑已滑肖克利不全位錯(cuò)特點(diǎn)：（1）根據(jù)其伯氏矢量與位錯(cuò)線的夾角關(guān)系，它既可以是純?nèi)行停部梢允羌兟菪突蚧旌闲?。?）肖克利不全位錯(cuò)可以在其所在的{111}面上滑移，滑移的結(jié)果使層錯(cuò)擴(kuò)大或縮小。(3)但是，即使是純?nèi)行偷男た死蝗诲e(cuò)也不能攀移，這是因?yàn)樗写_定的層錯(cuò)相聯(lián)，若進(jìn)行攀移，勢(shì)必離開(kāi)此層錯(cuò)面，故不可能進(jìn)行。(2)Frank不全位錯(cuò)

(Frankpartialdislocation):

負(fù)Frank不全位錯(cuò)—抽出型正Frank不全位錯(cuò)—插入型

b

=a/3<111>，純?nèi)行?，伯氏矢量垂直于層錯(cuò)面弗蘭克不全位錯(cuò)的形成：在完整晶體中局部抽出或插入一層原子所形成。（只能攀移，不能滑移。）

抽去一層密排面形成的弗蘭克不全位錯(cuò)Negative（負(fù)）Frankpositive

Frankintrinsicstackingfaultextrinsicstackingfault內(nèi)在

4.位錯(cuò)反應(yīng)(dislocationreaction)：

位錯(cuò)間的相互轉(zhuǎn)化(合成或分解)過(guò)程。位錯(cuò)反應(yīng)滿(mǎn)足條件：

(1)幾何條件伯氏矢量守恒性，即：(2)能量條件反應(yīng)過(guò)程能量降低即：4.位錯(cuò)反應(yīng)

(1)Thompson四面體Thompson’stetrahedron

利用Thompson四面體可確定FCC結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)反應(yīng)。5.FCC晶體中的位錯(cuò)四面體的4個(gè)面即為4個(gè)可能的滑移面：四面體的6個(gè)棱邊代表12個(gè)晶向，即為面心立方晶體中全位錯(cuò)12個(gè)可能的伯氏矢量。每個(gè)面的頂點(diǎn)與其中心的連線代表24個(gè)1/6＜112＞型的滑移矢量，它們相當(dāng)于面心立方晶體中可能的24個(gè)肖克利不全位錯(cuò)的伯氏矢量。

4個(gè)頂點(diǎn)到它所對(duì)的三角形中點(diǎn)的連線代表8個(gè)1/3＜111＞型的滑移矢量，它們相當(dāng)于面心立方晶體中可能有的8個(gè)弗蘭克不全位錯(cuò)的伯氏矢量。4個(gè)面中心相連即，，，，，為1/6＜110＞是壓桿位錯(cuò)Thompson四面體及記號(hào)擴(kuò)展位錯(cuò)：

(2)擴(kuò)展位錯(cuò)(extended/splitdislocation)：

BBC擴(kuò)展位錯(cuò)：一對(duì)不全位錯(cuò)及中間夾的層錯(cuò)ExtendeddislocationAAAAACBABBbb1b2unslippedunfaultedslipped(faulted)zonesIIIIII把一個(gè)全位錯(cuò)分解為兩個(gè)不全位錯(cuò)，中間夾著一個(gè)堆垛層錯(cuò)的整個(gè)位錯(cuò)組態(tài)稱(chēng)為擴(kuò)展位錯(cuò)面心立方晶體中(111)面上全位錯(cuò)a/2[110]的分解a：擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度從前面已知，兩個(gè)平行不全位錯(cuò)之間的斥力為當(dāng)層錯(cuò)的表面張力與不全位錯(cuò)的斥力達(dá)到平衡時(shí)，兩不全位錯(cuò)的間距r即為擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度d，r為兩不全位錯(cuò)的間距面心立方晶體中的擴(kuò)展位錯(cuò)b：擴(kuò)展位錯(cuò)的束集：外力作用下收縮為原來(lái)全位錯(cuò)的過(guò)程。面心立方晶體中的擴(kuò)展位錯(cuò)擴(kuò)展位錯(cuò)在障礙處束集c：擴(kuò)展位錯(cuò)的交滑移：擴(kuò)展位錯(cuò)（原滑移面）→束集→全螺位錯(cuò)→轉(zhuǎn)移分解→擴(kuò)展位錯(cuò)（另一滑移面）擴(kuò)展位錯(cuò)的交滑移過(guò)程（3）位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)Dislocationnetwork實(shí)際晶體中存在幾個(gè)b位錯(cuò)時(shí)會(huì)組成二維或三維的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)（4）面角（Lomer－Cottrell）位錯(cuò)：

兩全位錯(cuò)，在外力作用下滑移后：

[1]在兩個(gè)面交線發(fā)生反應(yīng)進(jìn)行洛瑪反應(yīng)

[2]在各自面分解

形成擴(kuò)展位錯(cuò)

[3]兩擴(kuò)展位錯(cuò)移動(dòng)反應(yīng)形成壓桿位錯(cuò)。

結(jié)果在兩個(gè){111}面之間的面角上,形成由三個(gè)不全位錯(cuò)和兩個(gè)層錯(cuò)所構(gòu)成的組態(tài),稱(chēng)為L(zhǎng)omer—Cottrel位錯(cuò)，又稱(chēng)面角位錯(cuò)。CA=C+ADC=D+C該擴(kuò)展位錯(cuò)在各自的滑移面上相向移動(dòng)，當(dāng)擴(kuò)展位錯(cuò)中的一個(gè)不全位錯(cuò)到達(dá)交線BC時(shí)，發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)：C+C新位錯(cuò)1/6[110]的伯氏矢量在（001）面上，滑移面是（001），因此是固定的純?nèi)行臀诲e(cuò)。另外，它還帶著兩片分別位于（111）和（11－1）面上的層錯(cuò)以及兩個(gè)不全位錯(cuò)，在兩個(gè)（111）面的面角上，這種