材料科學基礎(chǔ) 第三章 晶體缺陷(六)

第三章晶體缺陷

（六）

——實際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯煙臺大學秦連杰E-mail：lianjieqin@126.com已知為使位錯自身能量最低，大多數(shù)晶體中的全位錯的柏氏矢量是最短的平移矢量，如，簡單立方為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、實際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯問題：位錯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，當這種位錯掃過后，位錯掃過的面兩側(cè)必出現(xiàn)錯誤的堆垛，稱堆垛層錯。若這些錯排不導致增加很多能量，則這種位錯是可能存在的，稱部分位錯(不全位錯)伴隨的新現(xiàn)象：1)部分位錯必伴隨有層錯，即部分位錯線是層錯的邊界線。

2)形成層錯時幾乎不產(chǎn)生點陣畸變，但它也能破壞晶體的完整性和正常的周期性。六、實際晶體結(jié)構(gòu)中的錯位1、實際晶體中位錯的伯氏矢量實際晶體中位錯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，必須連接一個原子平衡位置到另一個原子平衡位置能量條件：位錯能量E∝b2,伯氏矢量越小越穩(wěn)定基本概念：單位位錯(dislocation):

全位錯(perfectdislocation):

不全位錯(部分位錯partialdislocation)六、實際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯單位位錯：伯氏矢量等于單位點陣矢量的位錯典型晶體結(jié)構(gòu)中單位位錯的伯氏矢量全錯位全位錯（Perfectdislocation）：伯氏矢量等于點陣矢量的位錯全位錯的柏氏矢量是<110>/2。這個刃位錯的半原子面是（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。若全位錯向左移動，則圖中上層原子（深藍圓）向右滑動，滑動的距離為[110]/2,即從△位置到相鄰的△位置，相鄰2層半原子面向左移動。全位錯不全位錯把伯氏矢量不等于點陣矢量的位錯稱為“不全位錯”，或稱為“部分位錯”

2.

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

（1）抽出型層錯

（2）插入型層錯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，在面上每個球和下層3個球相切。也和上層3個球相切第一層為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ABCBCA…………插入型層錯ABCBABCA…………面心立方晶體：……密排六方結(jié)構(gòu)：……抽出型層錯BABACBAC…………插入型層錯BABACBCB…………堆垛層錯能(J/m2)堆垛層錯能：為產(chǎn)生單位面積層錯所需的能量。

(1)Shockley不全位錯

(Shockieypartialdislocation):

伯氏矢量：

肖克利不全位錯的形成：原子運動導致局部錯排，錯排區(qū)與完整晶格區(qū)的邊界線即為肖克利不全位錯。（結(jié)合位錯反應理解?？蔀槿行?、螺型或混合型位錯。）3.不全位錯：伯氏矢量小于點陣矢量的位錯ACB全位錯的滑移分為兩步：FCC{111}<112>

未滑已滑肖克利不全位錯特點：（1）根據(jù)其伯氏矢量與位錯線的夾角關(guān)系，它既可以是純?nèi)行停部梢允羌兟菪突蚧旌闲汀＃?）肖克利不全位錯可以在其所在的{111}面上滑移，滑移的結(jié)果使層錯擴大或縮小。(3)但是，即使是純?nèi)行偷男た死蝗诲e也不能攀移，這是因為它有確定的層錯相聯(lián)，若進行攀移，勢必離開此層錯面，故不可能進行。(2)Frank不全位錯

(Frankpartialdislocation):

負Frank不全位錯—抽出型正Frank不全位錯—插入型

b

=a/3<111>，純?nèi)行?，伯氏矢量垂直于層錯面弗蘭克不全位錯的形成：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Negative（負）Frankpositive

Frankintrinsicstackingfaultextrinsicstackingfault內(nèi)在

4.位錯反應(dislocationreaction)：

位錯間的相互轉(zhuǎn)化(合成或分解)過程。位錯反應滿足條件：

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

(1)Thompson四面體Thompson’stetrahedron

利用Thompson四面體可確定FCC結(jié)構(gòu)中的位錯反應。5.FCC晶體中的位錯四面體的4個面即為4個可能的滑移面：四面體的6個棱邊代表12個晶向，即為面心立方晶體中全位錯12個可能的伯氏矢量。每個面的頂點與其中心的連線代表24個1/6＜112＞型的滑移矢量，它們相當于面心立方晶體中可能的24個肖克利不全位錯的伯氏矢量。

4個頂點到它所對的三角形中點的連線代表8個1/3＜111＞型的滑移矢量，它們相當于面心立方晶體中可能有的8個弗蘭克不全位錯的伯氏矢量。4個面中心相連即，，，，，為1/6＜110＞是壓桿位錯Thompson四面體及記號擴展位錯：

(2)擴展位錯(extended/splitdislocation)：

BBC擴展位錯：一對不全位錯及中間夾的層錯ExtendeddislocationAAAAACBABBbb1b2unslippedunfaultedslipped(faulted)zonesIIIIII把一個全位錯分解為兩個不全位錯，中間夾著一個堆垛層錯的整個位錯組態(tài)稱為擴展位錯面心立方晶體中(111)面上全位錯a/2[110]的分解a：擴展位錯的寬度從前面已知，兩個平行不全位錯之間的斥力為當層錯的表面張力與不全位錯的斥力達到平衡時，兩不全位錯的間距r即為擴展位錯的寬度d，r為兩不全位錯的間距面心立方晶體中的擴展位錯b：擴展位錯的束集：外力作用下收縮為原來全位錯的過程。面心立方晶體中的擴展位錯擴展位錯在障礙處束集c：擴展位錯的交滑移：擴展位錯（原滑移面）→束集→全螺位錯→轉(zhuǎn)移分解→擴展位錯（另一滑移面）擴展位錯的交滑移過程（3）位錯網(wǎng)絡Dislocationnetwork實際晶體中存在幾個b位錯時會組成二維或三維的位錯網(wǎng)絡（4）面角（Lomer－Cottrell）位錯：

兩全位錯，在外力作用下滑移后：

[1]在兩個面交線發(fā)生反應進行洛瑪反應

[2]在各自面分解

形成擴展位錯

[3]兩擴展位錯移動反應形成壓桿位錯。

結(jié)果在兩個{111}面之間的面角上,形成由三個不全位錯和兩個層錯所構(gòu)成的組態(tài),稱為Lomer—Cottrel位錯，又稱面角位錯。CA=C+ADC=D+C該擴展位錯在各自的滑移面上相向移動，當擴展位錯中的一個不全位錯到達交線BC時，發(fā)生位錯反應：C+C新位錯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。另外，它還帶著兩片分別位于（111）和（11－1）面上的層錯以及兩個不全位錯，在兩個（111）面的面角上，這種