材料科学基础 第三章 晶体缺陷(六)

第三章晶体缺陷

（六）

——实际晶体结构中的位错烟台大学秦连杰E-mail：lianjieqin@126.com已知为使位错自身能量最低，大多数晶体中的全位错的柏氏矢量是最短的平移矢量，如，简单立方为a<100>，面心立方为a<110>/2，体心立方的a<111>/2，密排六方的a<1120>/3。六、实际晶体结构中的位错问题：位错都以密排方向的平移矢量存在吗?若柏氏矢量不是晶体的平移矢量，当这种位错扫过后，位错扫过的面两侧必出现错误的堆垛，称堆垛层错。若这些错排不导致增加很多能量，则这种位错是可能存在的，称部分位错(不全位错)伴随的新现象：1)部分位错必伴随有层错，即部分位错线是层错的边界线。

2)形成层错时几乎不产生点阵畸变，但它也能破坏晶体的完整性和正常的周期性。六、实际晶体结构中的错位1、实际晶体中位错的伯氏矢量实际晶体中位错的伯氏矢量不是任意的，必须符合晶体的结构条件和能量条件结构条件：伯氏矢量大小与方向，必须连接一个原子平衡位置到另一个原子平衡位置能量条件：位错能量E∝b2,伯氏矢量越小越稳定基本概念：单位位错(dislocation):

全位错(perfectdislocation):

不全位错(部分位错partialdislocation)六、实际晶体结构中的位错单位位错：伯氏矢量等于单位点阵矢量的位错典型晶体结构中单位位错的伯氏矢量全错位全位错（Perfectdislocation）：伯氏矢量等于点阵矢量的位错全位错的柏氏矢量是<110>/2。这个刃位错的半原子面是（110）面，在a[110]/2间隔内含有2层（110）面。在（111）面上看，这两层半原子面表现为弯曲的原子列。若全位错向左移动，则图中上层原子（深蓝圆）向右滑动，滑动的距离为[110]/2,即从△位置到相邻的△位置，相邻2层半原子面向左移动。全位错不全位错把伯氏矢量不等于点阵矢量的位错称为“不全位错”，或称为“部分位错”

2.

堆垛层错正常堆垛顺序FCC：ABCABC······HCP：ABABAB······堆垛层错（stackingfault）：上述正常堆垛顺序遭到破坏或错排，有两类：

（1）抽出型层错

（2）插入型层错FCCHCP金属面心立方最密堆积(A1)和六方最密堆积(A3)ABAABCAATOMICPACKING第一层{111}面上有两个可堆放的位置：△和▽位置。在第二层只能放在一种位置，在面上每个球和下层3个球相切。也和上层3个球相切第一层为A，第二层放在B位置，第三层放在C位置，第四层在放回A位置。{111}面…ABCABC…顺序排列，这就形成面心立方结构。ABCABCABC…AB，BC，CA………密排六方结构：……面心立方晶体：……ABABAB…BA，AC，CB………抽出型层错ABCBCA…………插入型层错ABCBABCA…………面心立方晶体：……密排六方结构：……抽出型层错BABACBAC…………插入型层错BABACBCB…………堆垛层错能(J/m2)堆垛层错能：为产生单位面积层错所需的能量。

(1)Shockley不全位错

(Shockieypartialdislocation):

伯氏矢量：

肖克利不全位错的形成：原子运动导致局部错排，错排区与完整晶格区的边界线即为肖克利不全位错。（结合位错反应理解。可为刃型、螺型或混合型位错。）3.不全位错：伯氏矢量小于点阵矢量的位错ACB全位错的滑移分为两步：FCC{111}<112>

未滑已滑肖克利不全位错特点：（1）根据其伯氏矢量与位错线的夹角关系，它既可以是纯刃型，也可以是纯螺型或混合型。（2）肖克利不全位错可以在其所在的{111}面上滑移，滑移的结果使层错扩大或缩小。(3)但是，即使是纯刃型的肖克利不全位错也不能攀移，这是因为它有确定的层错相联，若进行攀移，势必离开此层错面，故不可能进行。(2)Frank不全位错

(Frankpartialdislocation):

负Frank不全位错—抽出型正Frank不全位错—插入型

b

=a/3<111>，纯刃型，伯氏矢量垂直于层错面弗兰克不全位错的形成：在完整晶体中局部抽出或插入一层原子所形成。（只能攀移，不能滑移。）

抽去一层密排面形成的弗兰克不全位错Negative（负）Frankpositive

Frankintrinsicstackingfaultextrinsicstackingfault内在

4.位错反应(dislocationreaction)：

位错间的相互转化(合成或分解)过程。位错反应满足条件：

(1)几何条件伯氏矢量守恒性，即：(2)能量条件反应过程能量降低即：4.位错反应

(1)Thompson四面体Thompson’stetrahedron

利用Thompson四面体可确定FCC结构中的位错反应。5.FCC晶体中的位错四面体的4个面即为4个可能的滑移面：四面体的6个棱边代表12个晶向，即为面心立方晶体中全位错12个可能的伯氏矢量。每个面的顶点与其中心的连线代表24个1/6＜112＞型的滑移矢量，它们相当于面心立方晶体中可能的24个肖克利不全位错的伯氏矢量。

4个顶点到它所对的三角形中点的连线代表8个1/3＜111＞型的滑移矢量，它们相当于面心立方晶体中可能有的8个弗兰克不全位错的伯氏矢量。4个面中心相连即，，，，，为1/6＜110＞是压杆位错Thompson四面体及记号扩展位错：

(2)扩展位错(extended/splitdislocation)：

BBC扩展位错：一对不全位错及中间夹的层错ExtendeddislocationAAAAACBABBbb1b2unslippedunfaultedslipped(faulted)zonesIIIIII把一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展位错面心立方晶体中(111)面上全位错a/2[110]的分解a：扩展位错的宽度从前面已知，两个平行不全位错之间的斥力为当层错的表面张力与不全位错的斥力达到平衡时，两不全位错的间距r即为扩展位错的宽度d，r为两不全位错的间距面心立方晶体中的扩展位错b：扩展位错的束集：外力作用下收缩为原来全位错的过程。面心立方晶体中的扩展位错扩展位错在障碍处束集c：扩展位错的交滑移：扩展位错（原滑移面）→束集→全螺位错→转移分解→扩展位错（另一滑移面）扩展位错的交滑移过程（3）位错网络Dislocationnetwork实际晶体中存在几个b位错时会组成二维或三维的位错网络（4）面角（Lomer－Cottrell）位错：

两全位错，在外力作用下滑移后：

[1]在两个面交线发生反应进行洛玛反应

[2]在各自面分解

形成扩展位错

[3]两扩展位错移动反应形成压杆位错。

结果在两个{111}面之间的面角上,形成由三个不全位错和两个层错所构成的组态,称为Lomer—Cottrel位错，又称面角位错。CA=C+ADC=D+C该扩展位错在各自的滑移面上相向移动，当扩展位错中的一个不全位错到达交线BC时，发生位错反应：C+C新位错1/6[110]的伯氏矢量在（001）面上，滑移面是（001），因此是固定的纯刃型位错。另外，它还带着两片分别位于（111）和（11－1）面上的层错以及两个不全位错，在两个（111）面的面角上，这种