實(shí)際晶體中的位錯(cuò)

3.2.4實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際上晶體中的位錯(cuò)決定于晶體結(jié)構(gòu)及能量條件兩個(gè)因素。在此特別討論面心立方晶體中的位錯(cuò)。柏氏矢量為沿著滑移方向的原子間距的整數(shù)倍的位錯(cuò)稱為全位錯(cuò)。若沿著滑移方向連接相鄰原子的矢量為s，則全位錯(cuò)的柏氏矢量b=ns，n為正整數(shù)。當(dāng)n=1時(shí)，這樣的全位錯(cuò)的能量最低，此時(shí)位錯(cuò)稱為單位位錯(cuò)，也稱為完整位錯(cuò)。2021/5/91單位位錯(cuò)的柏氏矢量一定平行于各自晶體的最密排方向。面心立方結(jié)構(gòu)：b為a/2<110>，體心立方結(jié)構(gòu)：b為a/2<111>密排六方結(jié)構(gòu)：b為a/3<1120>2021/5/92

紙面為滑移面(111)，左側(cè)為未滑移區(qū)，右側(cè)為已滑移區(qū)，均屬正常堆垛，在已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交界處存在一個(gè)單位位錯(cuò)。當(dāng)位錯(cuò)線在滑移面掃過之后，滑移面上下的原子排列整齊如舊。單位位錯(cuò)滑移時(shí)，不破壞滑移面上下原子排列的完整性，因此單位位錯(cuò)又稱為完整位錯(cuò)。2021/5/93FCC中全位錯(cuò)滑移時(shí)原子的滑動(dòng)路徑B層原子的滑動(dòng)分兩步：B→C→B2021/5/94

如圖中FCC晶體的滑移面為(111)晶面，柏氏矢量方向?yàn)閇110]晶向，b=1/2[110]；半原子面(攀移面)為(110)晶面，其堆垛次序?yàn)閍babab…

FCC晶體的全位錯(cuò)的柏氏矢量應(yīng)為b=a/2<110>，簡(jiǎn)寫成b=1/2<110>。全位錯(cuò)的滑移面是{111}，刃型位錯(cuò)的攀移面（垂直于滑移面和滑移方向的平面）是{110}。[112]2021/5/95

將滑移面(111)水平放置，攀移面(110)則為垂直位置，F(xiàn)CC中刃型全位錯(cuò)如圖所示。由于形成位錯(cuò)時(shí)不能改變FCC的晶體結(jié)構(gòu)，故在a層和b層之間必須插入b、a兩層半原子面才能形成全位錯(cuò)。2021/5/96(2)不全位錯(cuò)

在實(shí)際晶體中，存在的柏氏矢量小于最短平移矢量(即最近鄰的兩個(gè)原子間距)的位錯(cuò)叫部分位錯(cuò)。柏氏矢量不等于最短平移矢量的整數(shù)倍的位錯(cuò)叫不全位錯(cuò)。

不全位錯(cuò)沿滑移面掃過之后，滑移面上下層原子不再占有平常的位置，產(chǎn)生了錯(cuò)排，形成了堆垛層錯(cuò)(Stackingfault)。在密排面上，將上下部分晶體作適當(dāng)?shù)南鄬?duì)滑移，或在正常的堆垛順序中抽出一層或插入一層均可形成層錯(cuò)。2021/5/972021/5/982021/5/99

金屬中出現(xiàn)層錯(cuò)的幾率與層錯(cuò)能的大小有關(guān)。在層錯(cuò)能高的材料如鋁中，則其中看不到層錯(cuò)；在層錯(cuò)能低的材料如奧氏體不銹鋼或α黃銅中，可能形成大量的層錯(cuò)。見表7-4。

層錯(cuò)破壞了晶體中正常的周期性，使電子發(fā)生額外的散射，從而使能量增加，但是層錯(cuò)不產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，因此層錯(cuò)能比晶界能低得多。2021/5/910

對(duì)于多層(111)面按ABCABC…順序堆垛而成的FCC晶體，B層原子滑移到C位置時(shí)就形成了一層層錯(cuò)，增加了晶體的層錯(cuò)能。如果層錯(cuò)能較小，則B層原子會(huì)停留亞穩(wěn)的C位置；若層錯(cuò)能較大，則B原子會(huì)連續(xù)滑移兩次而回到B位置。FCC中全位錯(cuò)滑移時(shí)原子的滑動(dòng)距徑B層原子的滑動(dòng)分兩步：B→C→B2021/5/911Shockley分位錯(cuò)的定義：在FCC晶體中位于{111}晶面上柏氏矢量為b=a/6<112>的位錯(cuò)。

晶體中的層錯(cuò)區(qū)與正常堆垛區(qū)的交界即是不全位錯(cuò)。在面心立方晶體中，存在兩種不全位錯(cuò)，即是肖克萊(Shockley)不全位錯(cuò)和弗蘭克(Frank)不全位錯(cuò)。2021/5/912肖克萊(Shockley)不全位錯(cuò)(刃型)的結(jié)構(gòu)

位錯(cuò)線左側(cè)的正常堆垛區(qū)的原子由B位置沿柏氏矢量b2滑移到C位置，即層錯(cuò)區(qū)擴(kuò)大，不全位錯(cuò)向左滑移。肖克萊不全位錯(cuò)可以是刃型、螺型和混合型。肖克萊不全位錯(cuò)可以滑移。2021/5/913Shockley分位錯(cuò)的特點(diǎn)：

(a)

位于孿生面上，柏氏矢量沿孿生方向，且小于孿生方向上的原子間距:(b)

不僅是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，而且是有層錯(cuò)區(qū)和無層錯(cuò)區(qū)的邊界。

(c)

可以是刃型、螺型或混合型。

(d)

只能通過局部滑移形成。即使是刃型Shockley不全位錯(cuò)也不能通過插入半原子面得到，因?yàn)椴迦氚朐用娌豢赡軐?dǎo)致形成大片層錯(cuò)區(qū)。

(e)

即使是刃型Shockley不全位錯(cuò)也只能滑移，不能攀移，因?yàn)榛泼嫔喜浚ɑ蛳虏浚┰拥臄U(kuò)散不會(huì)導(dǎo)致層錯(cuò)消失，因而有層錯(cuò)區(qū)和無層錯(cuò)區(qū)之間總是存在著邊界線，即肖克萊不全位錯(cuò)線。2021/5/914

(f)

即使是螺型肖克萊不全位錯(cuò)也不能交滑移，因?yàn)槁菪托た巳R不全位錯(cuò)是沿〈112〉方向，而不是沿兩個(gè){111}面（主滑移面和交滑移面）的交線〈110〉方向，故它不可能從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)到另一個(gè)滑移面上交滑移。2021/5/915面心立方晶體中的Frank位錯(cuò)

除局部滑移外，通過抽出或插入部分{111}面也可形成局部層錯(cuò)。如(a)圖，從無層錯(cuò)區(qū){111}面中抽出部分{111}面，堆垛次序由ABCABCABC…變?yōu)锳BCABABC…，從而產(chǎn)生了局部層錯(cuò)，其層錯(cuò)區(qū)與正常堆垛區(qū)交界就是Frank位錯(cuò)。其柏氏矢量為b=a/3<111>。類似的，插入部分{111}面后也會(huì)形成Frank位錯(cuò)。Frank位錯(cuò)不能滑移，只能攀移。2021/5/916Frank分位錯(cuò)的特點(diǎn)：(a)

位于{111}晶面上，可以是直線、曲線和封閉環(huán)，但是無論是什么形狀，它總是刃型的。因?yàn)閎=1/3<111>和{111}晶面垂直。(b)

由于b不是FCC的滑移方向，所以Frank分位錯(cuò)不能滑移，只能攀移（只能通過擴(kuò)散擴(kuò)大或縮?。?。不再是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，而且是有層錯(cuò)區(qū)和無層錯(cuò)區(qū)的邊界。注意與Shockley分位錯(cuò)的特點(diǎn)進(jìn)行比較。2021/5/917擴(kuò)展位錯(cuò)定義：

將兩個(gè)Shockley分位錯(cuò)、中間夾著一片層錯(cuò)的整個(gè)缺陷組態(tài)稱為擴(kuò)展位錯(cuò)。擴(kuò)展位錯(cuò)的柏氏矢量：b=b1+b2=1/2<110>

擴(kuò)展位錯(cuò)是一個(gè)單位位錯(cuò)分解成的兩個(gè)不全位錯(cuò)中間夾住的一片層錯(cuò)的組態(tài)。2021/5/918面心立方晶體的滑移及擴(kuò)展位錯(cuò)2021/5/919

擴(kuò)展位錯(cuò)的特點(diǎn)(3)組成擴(kuò)展位錯(cuò)的兩個(gè)肖克萊不全位錯(cuò)由于交互作用必然處于相互平行的位置，其間的距離d即層錯(cuò)區(qū)的寬度，其值保持不變。(1)位于{111}面上，由兩條平行的Shockley不全位錯(cuò)中間夾著的一片層錯(cuò)區(qū)組成。(2)柏氏矢量b=b1+b2=1/2<110>,b1和b2分別是肖克萊不全位錯(cuò)的柏氏矢量，它們的夾角為60°。(4)擴(kuò)展位錯(cuò)可在滑移面內(nèi)滑移，但不能攀移。(5)擴(kuò)展位錯(cuò)的兩個(gè)Shockley分位錯(cuò)在一定條件下可以合并，形成一個(gè)螺型全位錯(cuò)，由此可以交滑移。2021/5/920(3)位錯(cuò)反應(yīng)

由幾個(gè)位錯(cuò)合成一個(gè)新位錯(cuò)或由一個(gè)位錯(cuò)分解為幾個(gè)新位錯(cuò)的過程稱為位錯(cuò)反應(yīng)。位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行決定于兩個(gè)條件：①必須滿足幾何條件及柏氏矢量的守恒性，反應(yīng)前后諸位錯(cuò)的柏氏矢量和應(yīng)相等，即②必須滿足能量條件，即反應(yīng)后諸位錯(cuò)的總能量應(yīng)小于反應(yīng)前諸位錯(cuò)的總能量，即2021/5/921例如：FCC的全位錯(cuò)分解為Shockley分位錯(cuò)：b

b1+b2判斷該位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行？符合計(jì)算能量條件：反應(yīng)前：反應(yīng)后：符合能量條件：所以，此位錯(cuò)反應(yīng)可以自發(fā)地進(jìn)行。幾何條件:2021/5/922FCC晶體中位錯(cuò)反應(yīng)的一般表示：Thompson湯普森四面體

四面體的4個(gè)頂點(diǎn)分別位于晶體中的A(1/2,0,1/2)，B(0,1/2,1/2)，C(1/2,1/2,0)，D(0,0,0)等，假定四面體的4個(gè)外表面的中心分別為α，β，γ和δ，其中α是對(duì)著頂點(diǎn)A的外表面的中心。其余類推。2021/5/923

這樣A、B、C、D、α、β、γ、δ等8個(gè)點(diǎn)中的每2個(gè)點(diǎn)連成的向量就表示了FCC晶體中所有重要位錯(cuò)的柏氏矢量。2021/5/924●

羅-羅向量由四面體頂點(diǎn)A、B、C、D(羅馬字母)連成的向量：羅-羅向量就是FCC中全位錯(cuò)的柏氏矢量2021/5/925●

不對(duì)應(yīng)的羅-希向量

由四面體頂點(diǎn)(羅馬字母)和通過該頂點(diǎn)的外表面中心(不對(duì)應(yīng)的希臘字母)連成的向量：

這些向量可以由三角形重心性質(zhì)求得，例如：不對(duì)應(yīng)的羅-希向量就是FCC中Shockley分位錯(cuò)的柏氏矢量2021/5/926不對(duì)應(yīng)的羅-希向量就是FCC中Shockley分位錯(cuò)的柏氏矢量：2021/5/927●

對(duì)應(yīng)的羅-希向量根據(jù)矢量合成規(guī)則可以求出對(duì)應(yīng)的羅－希向量：對(duì)應(yīng)的羅－希向量就是FCC中Frank分位錯(cuò)的柏氏矢量。2021/5/928●

希-希向量所有希－希向量也都可以根據(jù)向量合成規(guī)則求得：希－希向量就是FCC中壓桿位錯(cuò)的柏氏矢量。FCC中的位錯(cuò)反應(yīng)，即位錯(cuò)的合成與分解也可以用Thompson四面體中的向量來表示。2021/5/9292021/5/930洛末-柯垂耳(Lomer-Cottrell)位錯(cuò)的形成在面心立方晶體的(111)和(111)面上各有一個(gè)柏氏矢量為b1=a/2[101]和b2=a/2[011]的全位錯(cuò)，且這兩條位錯(cuò)線平行于兩滑移面的交線AD。2021/5/931兩全位錯(cuò)在各自的滑移面上發(fā)生分解，形成擴(kuò)展位錯(cuò)A1B1，C1D1,A2B2，C2D2,即：在(111)面上：在(111)面上：皆為Shockley不全位錯(cuò)。2021/5/932當(dāng)兩個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)的領(lǐng)先不全位錯(cuò)C1D1和C2D2在外力作用下，滑移至兩滑移面的交線上AD并相遇時(shí)，可以合成一個(gè)新位錯(cuò)：請(qǐng)分析該位錯(cuò)反應(yīng)為什么能進(jìn)行？2021/5/933該位錯(cuò)位于兩密排面的交