材料科学基础位错反应和扩展位错

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现在是1页\一共有50页\编辑于星期一面心立方晶体中的典型位错柏氏矢量位错类型刃、螺、混刃、螺、混纯刃位错线形状空间曲线｛111｝面上任意曲线｛111｝面上任意曲线可能运动方式滑移、攀移只滑不攀只攀不滑位错名称全位错肖克莱位错弗兰克位错现在是2页\一共有50页\编辑于星期一

4.位错反应(dislocationreaction)：4.位错反应实际晶体中，组态不稳定的位错可以转化为组态稳定的位错;具有不同b的位错线可以合并为一条位错线；反之，一条位错线也可以分解为两条或多条具有不同b的位错线。位错反应－位错之间相互转换(即柏氏矢量的合成与分解)。现在是3页\一共有50页\编辑于星期一4.位错反应位错反应能否进行取决于两个条件：①几何条件：反应前的柏氏矢量和等于反应后的柏氏矢量和。②能量条件：反应后诸位错的总能量小于反应前诸位错的总能量，这是热力学定律所要求的。b1b2b3注意：b的方向与规定的ξ的正向有关。所以位错反应中，一般规定反应前位错线指向节点，反应后离开节点。现在是4页\一共有50页\编辑于星期一①一个位错分解成两个或多个具有柏氏矢量的位错，面心立方晶体中一个全位错分解成两个肖克莱不全位错。②两个或多个具有不同柏氏矢量的不全位错合并成一个全位错，一个肖克莱不全位错和一个弗兰克不全位错合并成一个全位错。③两个全位错合并成另一全位错。④两个位错合并重新组合成另两个位错，如体心立方中：4.位错反应现在是5页\一共有50页\编辑于星期一上例中：结构条件：满足能量条件：满足∴反应能进行4.位错反应现在是6页\一共有50页\编辑于星期一例：fcc中，柏氏矢量为的位错能否分解成单位位错？结构条件：满足能量条件：满足4.位错反应现在是7页\一共有50页\编辑于星期一

5.面心立方晶体中的位错Thompson四面体：可以帮助确定fcc结构中的位错反应。1)汤普森四面体现在是8页\一共有50页\编辑于星期一1)汤普森四面体αβγ(b)四面体外表面中心位置现在是9页\一共有50页\编辑于星期一c）汤普森四面体的展开1)汤普森四面体现在是10页\一共有50页\编辑于星期一用于表示fcc晶体中的位错反应Thompson四面体在fcc晶胞中的位置：D点在坐标原点，其余顶点的坐标分别为，A(1/2,

0,

1/2)，B(0,

1/2,

1/2)，C(1/2,

1/2,

0)。四面体4个外表面（等边三角形）的中心分别用α、β、γ、δ表示，并分别对应A、B、C、D四个顶点所对的面。这样A、B、C、D、α、β、γ、δ等8个点中的每2个点连成的向量就表示了fcc晶体中所有重要位错的柏氏矢量。1)汤普森四面体现在是11页\一共有50页\编辑于星期一ABCDαβδγ1)汤普森四面体现在是12页\一共有50页\编辑于星期一BADDDCα(a)(c)(b)(d)γδβ由四面体顶点A、B、C、D（罗马字母）连成的向量：罗-罗向量就是fcc中全位错的12个可能的柏氏矢量1)汤普森四面体1、罗-罗向量

现在是13页\一共有50页\编辑于星期一BADDDCα(a)(c)(b)(d)γδβ由四面体顶点（罗马字母）和通过该顶点的外表面中心（不对应的希腊字母）连成的向量：这些向量可以由三角形重心性质求得不对应的罗-希向量是fcc中24个Shockley不全位错的柏氏矢量2、不对应的罗-希向量

现在是14页\一共有50页\编辑于星期一BADDDCα(a)(c)(b)(d)γδβ4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。根据矢量合成规则可以求出对应的罗－希向量：对应的罗－希向量就是fcc中8个Frank不全错的柏氏矢量。3、对应的罗-希向量

现在是15页\一共有50页\编辑于星期一所有希－希向量也都可以根据向量合成规则求得：同理可得：希－希向量就是fcc中压杆位错的柏氏矢量。BADDDCα(a)(c)(b)(d)γδβ4、希-希向量

现在是16页\一共有50页\编辑于星期一2)扩展位错现在是17页\一共有50页\编辑于星期一面心立方中扩展位错的进一步解释：

正常堆垛ABCABC….B位置到C位置：ABCACB….，层错现在是18页\一共有50页\编辑于星期一2)扩展位错由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。面心立方晶体中，能量最低的全位错是处在(111)面上的柏氏矢量为的单位位错。现考虑它沿(111)面的滑移情况。

如图(111)面上的圆球位置为A层位置，B层和C层的原子分别处于三个A层原子位置的低谷位置。a)全位错的滑移若单位位错在切应力作用下沿着(111)

在A层原子面上滑移时，则B层原子从B1位置滑动到相邻的B2位置，点阵排列没有变化，不存在层错现象。但需要越过A层原子的“高峰”，这需要提供较高的能量。面心立方晶体中，能量最低的全位错是处在(111)面上的柏氏矢量为的单位位错。现考虑它沿(111)面的滑移情况。

现在是19页\一共有50页\编辑于星期一但如果滑移分两步完成，即先从B1位置沿A原子间的“低谷”滑移到邻近的C位置，即；然后再由C滑移到另一个B2位置，即，这种滑移比较容易。b)及分位错的滑移及其间的层错第一步当B层原子移到C位置时，将在(111)面上导致堆垛顺序变化，即由原来的ABCABC...正常堆垛顺序变为ABCACABC...。这种原子堆垛次序遭到破坏现象称为堆垛层错。

而第二步从C位置再移到B位置时，则又恢复正常堆垛顺序。现在是20页\一共有50页\编辑于星期一每一步滑移造成了层错，因此，层错区与正常区之间必然会形成两个不全位错。故和为肖克莱不全位错。也就是说，一个全位错分解为两个肖克莱不全位错和，全位错的运动由两个不全位错的运动来完成，即

这个位错反应从几何条件和能量条件判断均是可行的，因为几何条件：能量条件：现在是21页\一共有50页\编辑于星期一2)扩展位错分解后的这两个不全位错位于同一滑移面上，其柏氏矢量夹角是60°，它们是互相排斥的，有分开的趋势，在两个不全位错之间夹了一片层错区。通常我们将这种两个不全位错夹一个层错区的组态称之为扩展位错。现在是22页\一共有50页\编辑于星期一BBBBBBCCACCAb1

b2

b3

b1

b2

b3

Cb1=b2+b3+SF

2)扩展位错现在是23页\一共有50页\编辑于星期一（1）扩展位错的宽度为了降低两个不全位错间的层错能，力求把两个不全位错的间距缩小，则相当于给予两个不全位错一个吸力，数值等于层错的表面张力γ（即单位面积层错能）。两个不全位错间的斥力则力图增加宽度，当斥力与吸力相平衡时，不全位错之间的距离一定，这个平衡距离便是扩展位错的宽度d。面心立方晶体中的扩展位错

现在是24页\一共有50页\编辑于星期一当f与层错能γ相等时，处于平衡∴扩展位错的宽度:层错能↑，扩展宽度d↓，相反则↑。dbCoAgCuAuAlNi0.020.020.040.060.200.25J/m2两个平行不全位错之间的斥力（1）扩展位错的宽度现在是25页\一共有50页\编辑于星期一纯螺位错在面上分解运动过程中，若前方受阻，两个偏位错束集成全位错。当杂质原子或其它因素使层错面上某些地区的能量提高时，该地区的扩展位错就会变窄，甚至收缩成一个结点，又变成原来的全位错，这个现象称为位错的束集。

束集可以看作位错扩展的反过程。（2）扩展位错的束集现在是26页\一共有50页\编辑于星期一在外力作用下，扩展位错收缩成原来的全位错的过程称为束集。（2）扩展位错的束集现在是27页\一共有50页\编辑于星期一由于扩展位错只能在其所在的滑移面上运动，若要进行交滑移，扩展位错必须首先束集成全螺位错，然后交滑移到面上，重新分解成新的扩展位错，继续运动。总结：在实际晶体中，由于扩展位错的形成，螺位错的交滑移比全位错的交滑移要困难得多，必须经束集后才能进行。晶体层错能越低，扩展位错的宽度越大，束集越困难，不易交滑移，因此晶体的变形抗力越大。（3）扩展位错的交滑移现在是28页\一共有50页\编辑于星期一扩展位错的交滑移过程现在是29页\一共有50页\编辑于星期一现在是30页\一共有50页\编辑于星期一（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现在是31页\一共有50页\编辑于星期一设：面上有扩展位错：面上有扩展位错：在相交滑移面上两个扩展位错的领先位错相遇而成即（a）－BDC面上：即（d）－ABC面上：4.面角位错(L-C位错、压杆位错)现在是32页\一共有50页\编辑于星期一反应过程——滑移面：Lomer-Cottrell位错，面角位错4.面角位错(L-C位错、压杆位错)现在是33页\一共有50页\编辑于星期一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：B+B新位错1/6[110]的柏氏矢量在（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，这种由于三个不全位错和两片层错构成的位错组态称为Lomer－Cottrell位错另外，它还带着两片分别位于（111）和面上的层错以及两个不全位错，在两个（111）面的面角上，这种由于三个不全位错和两片层错构成的位错组态称为Lomer－Cottrell位错现在是34页\一共有50页\编辑于星期一面心立方结构中，在和面上有两个全位错b1和b2：4.面角位错(L-C位错、压杆位错)现在是35页\一共有50页\编辑于星期一两个全位错b1和b2发生分解，形成扩展位错：4.面角位错(L-C位错、压杆位错)现在是36页\一共有50页\编辑于星期一在外力作用下，两个扩展位错向两个滑移面的交线处滑移。两个领先不全位错b12和b21在交线[110]处相遇，发生合成反应：面角位错反应生成两面一夹角组态的面角位错。4.面角位错(L-C位错、压杆位错)现在是37页\一共有50页\编辑于星期一例题一若面心立方晶体中有的单位位错及

的不全位错，此二位错相遇后发生位错反应。问：1、此位错反应能否进行？为什么？2、写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的性质。现在是38页\一共有50页\编辑于星期一解:①几何条件

②能量条件③属于弗兰克不全位错，b与层错面和位错线垂直，故是纯刃型。现在是39页\一共有50页\编辑于星期一例题二试分析在FCC中，下列位错反应能否进行？并指出其中三个位错的性质类型？反应后生成的新位错能否在滑移面上运动？现在是40页\一共有50页\编