体心立方的滑移

1、体心立方的滑移同组人：苏琳琳冯瑞董林楠于雷1.实际晶体中位错的分类简单立方晶体中位错的柏氏矢量b总是等于点阵矢量。但实 际晶体中，位错的柏氏矢量b除了等于点阵矢量外，还可能 小于或大于点阵矢量。通常把柏氏矢量等于单位点阵矢量的 位错称为“单位位错”；把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数 倍的位错称为“全位错”，全位错滑移后晶体原子排列不变; 把柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为“不全位错”， 不全位错滑移后原子排列规律发生变化。2.实际晶体中位错的柏氏矢量实际晶体结构中，位错的柏氏矢量不能是任意的，它要符合 晶体的结构条件和能量条件。晶体的结构条件是指柏氏矢量 必须连接一个原子平衡位置到另一平衡

2、位置。从能量条件 看，由于位错能量正比于b2，b越小越稳定，即单位位错是柏氏矢量b的大小和方向用b=Cuvw表示，其中：C为 常数，uvw为柏氏矢量的方向，柏氏矢量的大小为：C; u2 +v2 +M2 。表1给出典型晶体结构中，单位位错的 柏氏矢量及其大小和方向。表1典型晶体结构中单位位错的柏氏矢量蜷构类型相氐矢星h*方向卜己 i 100或g- 2- 2耳23.位错反应(Dislocation Reaction)位错反应就是位错的合并(Merging)与分解(Dissociation)，即晶体中不同柏氏矢量的位错线合并为一条位错线或一条位 错线分解成两条或多条柏氏矢量不同的位错线。位错使晶体点

3、阵发生畸变，柏氏矢量是反映位错周围点阵畸变总和的参数。因此，位错的合并实际上是晶体中 同一区域两个或多个畸变的叠加，位错的分解是晶体内某一 区域具有一个较集中的畸变，松弛为两个或多个畸变。位错反应能否进行，取决于下列两个条件：A几何条件根据柏氏矢量的守恒性，反应后诸位错的柏氏矢量之和应等于反应前诸位错的柏氏矢量之和，即=&ik(4-1)B能量条件从能量角度要求，位错反应必须是一个伴随着能量降低的过程。由于位错的能量正比于其柏氏矢量的平方，所 以，反应后各位错的能量之和应小于反应前各位错的能量之 和，即& b 2(4-2)ik分析位错反应时，一般先用几何条件确定位错反应 是否可以进行，然后再利用

4、能量条件来判定位错反应的方 向。4.体心立方晶体(Body-centered Cubic Crystal)中的位错 在体心立方晶体中以密排方向111为滑移方向，全位错 的柏氏矢量为2 111，相应的滑移面有110、112、 (123。由于这三种滑移面均含有相同的111方向，使螺 型位错易于交滑移。在低温变形的体心立方结构金属中， 所观察到的位错多为长而直的螺型位错。这说明，同刃型 位错相比，螺型位错的可动性较差，是控制体心立方结构 金属滑移特性的主要位错组态。岷电铁的(11叽(11为和力面可同时沿111方前髓，汕|/|/尸|111 弟为(213)面上的111方向；&为 W面上的111方向； E

5、为(T10)面上的111方位L(110)4.1全位错的合成反应 (Synthetic Reaction of PerfectDislocation)在体心立方晶体中常见的全位错除了 ？ 111 位错外， 2还有柏氏矢量为a001的位错，有时可在位错网络中 观察到。a001型全位错可由两个2 v 111 型全位错经 合成反应而获得，即-111 + - 111 a00122如图4.16所示，若沿(101)面上具有柏氏矢量 为勺111的位错与沿(101)面上的具有柏氏矢量为 的位错相遇时，便可按上述反应合成新位错。(a)(b)图4.16001 全位错的形成与解理裂纹成核合成的新位错线沿着两滑移面（1

6、01）和（101）的交线010方向，而柏氏矢量为a001，是一种不动位错， 其相应的半原子面又恰好沿着解理面（001），易于成为 萌生解理裂纹（Cleavage Crack）的部位，如图4.16（b） 所示。4.2 层错(Stacking Fault)在体心立方晶体中，以（110面的密排程度最大，故可 以把体心立方晶体看成是由（110面堆垛而成。如图4.17所示，两个相邻的（110）面上原子的堆垛次序为AB AB AB.，两层一循环。可供第二层原子占据的B位 置为马鞍型凹窝。(110)BE001AABE110亨 nii图4.17面上相邻两层原子的分布图 在凹窝中心两侧处各有两个同等稳定的位置B

7、1和B2都 是B层原子可以占据的能量极小处，从而为形成层错提 供了可能性。显然，若将某一 B层原子的位置向凹窝中心B1或B2错 动时，便可得到两种滑移型层错：滑移型曾错.AB AB AB1 AB1 AB.或.AB AB AB2 AB2 AB2. (4-4)(iio)BB001ABB110如11图4.17面上相邻两层原子的分布图 在体心立方晶体中，还有一种在112面上形成层错的 可能性。112面是体心立方晶体中最常见到的滑移面, 也是孪晶面（Twinning Plane），为形成层错提供了有利条 件。但112不是密排面，不能按刚球密堆方式逐层堆垛， 如图4.18（a）所示。若沿口方向观察时，可将

8、 面上各原子在（110）面上的投影示于图4.18 （b）。图中标以A、C和E的原子位于（110）面上，用“O” 表示；而标以B、D和F的原子沿11市向与（110） 面相距 至a，用“ 口”表示。可见112）面的堆垛特点 是每六层为一循环周期，即.ABCDEF ABCDEF AB.（4-5 ）而且，由于相邻两层（1T2）面上的原子沿口0方向高度不 同，又可将体心立方晶体的堆垛特点按（ip）面的堆垛 周期中每两层为一组加以描述：A1 A2 B1 B2C1 C2A1A2B1 B 2Ci C2 Ai Ay（4-6）图4.18（112）面上的原子分布及其堆垛特点（a）（112）面上原子的分布；（b）（1

9、12）面上原子在（110）面上的投影根据以上112面的堆垛特点，可有以下三种 方式在体心立方晶体中形成层错。A滑移方式由图4.18可知，（112）面与（110）面相交，其交线111恰好为滑移方向。每相邻两层（112）面原子 之间的相对滑移矢量为（112），如图4.19所示。若将某 一层1111面原子（如A层原子）以上部分相对于以下 6的F层滑移1111或11!1，可将体心立方晶体的堆垛 63次序变化而形成I1型内禀层错：I1=.FEDCBAFEFEDCBA.（4-7）图4.19原子在（110）面上的投影（O代表位于纸面上的原子；乂代表位于纸面下的原子）B抽出方式若在体心立方晶体的正常堆垛周期中

10、，抽出一对原子层（如C层和D层），可形成如下I2型内禀层错:I2=.FEDCBAFEBAFEDCBA.（4-8）C插入方式若在体心立方晶体中的正常堆垛周期中，在某一 B面处 将晶体切开后，使其上各层原子向上沿112方向移 动3112距离，再在该空隙中插入一对原子层（如E层和F层），则可形成E型外延层错：E=.CDEFABEFCDEFABC.（4-9）在上述改变（112面堆垛次序的过程中，要相应破坏或 变动相邻原子层的键合状态。按照所涉及的原子键合破 坏的程度，可以认为，I1型内禀层错所需能量最小，而 形成其他两种层错所需能量较大。因此在体心立方晶体 中，层错一般以I1型为主，其他两种层错的实用

11、意义不 大。4.3不全位错在体心立方晶体中可能形成的不全位错主要有：1）在110面上形成一部分层错时，其边界为不全位错；2）在112面上形成一部分层错时，其边界为不全位错或。另外，在体心立方晶体中，也可能在I1型层错的基础上 进一步形成I3型层错，与其相对应的（112面的堆垛次 序如下：I3=.FEDCBAFf aAFEDCBA. (4-10)图4.20在（112）面上形成的（a）部分I1型层错和（b）部分I3型层3这种I3型层错相当于具有三个原子层厚的挛晶，可 3以看成是在如图4.20（a）所示的I1型层错的基础上， 经柏氏矢量为3ill和 6iii 的两不全位错在FE和 ED两原子层之间相

12、继滑移的结果。若在112面上形成 一部分I3型层错时，其边界的一端为三个分布在相邻三 个滑移面上的1 不全位错，另一端为柏氏矢量和6等于零的区域位错，如图4.20（b）所示。4.4扩展位错A在110面上的扩展位错如图所示，B层原子要从一个平衡位置滑移到另一个平衡位置时，比较容易的途径是将全位错的运动分解成三个不全位错的运动，即 TOC o 1-5 h z a Im- a hio+ a ImL a 2848X.b七气b3这种全位错分解的特点是，所形成的三个不全位错位于同一滑移面内。其中，次错留在原位错片所在处，q 和弓两不全位错构成扩展位错的两个边界日111-沙0+御2+：110zo4o面上相邻

13、两层原子的分布图科恩（Cohen）等人曾用这种模型设想一个liii螺型 2位错分解形成可滑移型扩展位错的可能性，如图4.21（a）所示，这种分解反应称为可滑移分解。柯佑帕（Kroupa）等人又设想2iii螺型位错可沿属于111晶带轴的三个110面内分解，如图4.21（b）和（c）所示。其位错反应如下:1111 T 1110 + 1101 + 1011 + 1111 TOC o 1-5 h z 28884x.bb1气b3气段为中心螺型位错，分别与另三个不全位错以三 4片层错相联，故称为三叶位错。在图4.21中，（b）和（c）是等效的两个状态，可以交替地沿同一条位错线扩展。lllll110+l10

14、1+l011+llll2ooo4b b b2 b3 如图4.21柏氏矢量为1111的螺型位错在110面上分2（a）可滑移分解；（b）和（c）不可滑移分解，两种状态相差180B在112面上的扩展位错 Frank等人提出，；111螺型位错可在112面上按下式 分解扩展：1111 T 111 + 1111 263这是由于一个螺型全位错分解成两个螺型不全位错，均位于同一滑移面上，如图4.22（a）所示。这种位错组 态在外力作用下可整体滑移，也称为可滑移分解。赫许（Hirsch）等人又提出了一种2111螺型位错沿属 于111晶带轴的三个112面上分解的可能性，如图4.22（b）所示，即顼11 T !11

15、1 + ；111 + 顼112666其特点是形成相交的三片层错，分别以三个螺型不全位错为边界，但却无中心不全位错。斯利维克（Sleeswyk）认为这种中心无不全位错的扩展 位错不稳定，应按图4.22（c）所示的方式分解。在无 应力作用时，图4.22（c）中所示的组态可有三种等效 情况（相差120）。这种各不全位错分别位于不同滑移面上的分解，也称为不可滑移分解。所形成的扩展位错组态具有阻碍其他位 错滑移的特性。/ 1kmitiii(T2T) 了 oadzFjF；L跖1110+ 1112+1110 兑）848图4.221m螺型位错在112面上分解机制示意图（a）2可滑移分解；（b）不可滑移分解，无中心位错；（c）