材料科學(xué)基礎(chǔ)第七章晶體缺陷和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)第七章晶體缺陷和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)晶 體 缺 陷概念及分類0點(diǎn)缺陷1位錯(cuò)的基本知識(shí)2位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)3位錯(cuò)的生成與增殖5位錯(cuò)的彈性性質(zhì)4實(shí)際晶體中的位錯(cuò)6缺陷的概念及分類平移對(duì)稱性的示意圖 平移對(duì)稱性的破壞一、缺陷的概念缺陷的概念及分類晶體缺陷普遍存在晶體缺陷數(shù)量上微不足道 缺陷的存在只是晶體中局部的破壞。因?yàn)槿毕荽嬖诘谋壤吘怪皇且粋€(gè)很小的量(通常情況下）。 例如20時(shí)，Cu的空位濃度為3.810-17，充分退火后Fe中的位錯(cuò)密度為1012m-2（空位、位錯(cuò)都是以后要介紹的缺陷形態(tài)）。缺陷的概念及分類二、缺陷的分類 缺陷是局部原子排列的破壞，按照破壞區(qū)域的幾何特征，缺陷可以分為四類： 點(diǎn)缺陷(P

2、oint Defect)：在三維方向上尺寸都很小，又稱零維缺陷。典型代表有空位、間隙原子及雜質(zhì)原子等； 線缺陷(Line Defect)：在空間兩個(gè)方向尺寸很小，一個(gè)方向尺寸較大（可以和晶體或晶粒線度相比），又稱一維缺陷。典型的線缺陷是位錯(cuò)，是本章重點(diǎn)討論對(duì)象； 面缺陷(Plane Defect)：在空間一個(gè)方向尺寸很小，另兩個(gè)方向尺寸較大，又稱二維缺陷。如晶界、晶體表面及層錯(cuò)等； 體缺陷：在三維方向上尺度都較大，那么這種缺陷就叫體缺陷，又稱三維缺陷。如沉淀相、空洞等。 缺陷的概念及分類多晶體中的常見缺陷模擬圖7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect)7.1.1 點(diǎn)缺陷的形成一、點(diǎn)缺陷的類型

3、在點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)上或鄰近的區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)的一種缺陷。 包括空位、間隙原子、雜質(zhì)或溶質(zhì)原子等。1、空位(Vacancy) 由于某種原因，原子脫離了正常格點(diǎn)，而在原來的位置上留下了原子空位，或者說，空位就是未被占據(jù)的原子位置。2、間隙原子 (Interstitial atom) 間隙原子就是進(jìn)入點(diǎn)陣間隙中的原子。7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect)二、點(diǎn)缺陷的形成 一種方式是熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的原子會(huì)離開原來位置。 離位原子遷移到晶體的表面或晶界-肖脫基空位； 離位原子擠入晶體的間隙位置，在晶體內(nèi)部同時(shí)形成數(shù)目相等的空位和間隙原子-弗侖克爾空位； 離位原子遷移到其它空位中-空位移位。7.1

4、點(diǎn)缺陷(Point Defect)三、離子晶體中的點(diǎn)缺陷 肖脫基（Schottky)缺陷：對(duì)于離子晶體，為了維持電性的中性，要出現(xiàn)空位團(tuán)，空位團(tuán)由正離子和負(fù)離子空位組成，其電性也是中性的。7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect)弗倫克爾（Frenkel）缺陷：在產(chǎn)生空位時(shí)同時(shí)產(chǎn)生相同反性電荷的自間隙離子以保持晶體的中性。7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect)7.1.2 點(diǎn)缺陷的平衡濃度 晶體中出現(xiàn)點(diǎn)缺陷后，對(duì)體系存在兩種相反的影響：造成點(diǎn)陣畸變，使晶體的內(nèi)能增加，提高了系統(tǒng)的自由能，降低了晶體的穩(wěn)定性；增加了點(diǎn)陣排列的混亂度，系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)目發(fā)生變化，使體系的組態(tài)熵增加，引起自由能下降

5、。 當(dāng)這對(duì)矛盾達(dá)到統(tǒng)一時(shí)，系統(tǒng)就達(dá)到平衡。因?yàn)橄到y(tǒng)都具有最小自由能的傾向，由此確定的點(diǎn)缺陷濃度即為該溫度下的平衡濃度。7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect) 我們知道，系統(tǒng)的自由能FUTS 設(shè)一完整晶體中總共有N個(gè)同類原子排列在N個(gè)陣點(diǎn)上。若將其中n個(gè)原子從晶體內(nèi)部移至晶體表面，則可形成n個(gè)肖脫基空位，假定空位的形成能為Ef，則晶體內(nèi)能將增加DUnEf。 另一方面，空位形成后，由于晶體比原來增加了n個(gè)空位，因此晶體的組態(tài)熵（混合熵）增大。 根據(jù)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)原理，組態(tài)熵可表示為：Sc = klnW 其中k為玻爾茲曼常數(shù)(1.3810-23J/K), W為微觀狀態(tài)數(shù)：7.1 點(diǎn)缺陷(Point

6、Defect) 由于(N+n)!/(N!n!)中各項(xiàng)的數(shù)目都很大(Nn1)，可用斯特林(Stirling)近似公式lnx!xlnxx(x1時(shí))將上式簡化： 此時(shí)系統(tǒng)自由能變化DF： 在平衡態(tài)，自由能應(yīng)為最小，即:7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect)可得空位平衡濃度：7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect) 其中，Aexp(DSv/k)，由振動(dòng)熵決定，一般估計(jì)A在1-10之間。如果將上式中指數(shù)的分子分母同乘以阿伏加德羅常數(shù)NA： C = Aexp(-NAEv/kNAT) = Aexp(-Qf/RT) 式中Qf為形成1mol空位所需作的功，R為氣體常數(shù)（）。 按照類似的方法，也可求得間隙原

7、子的平衡濃度：7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect)缺陷類型形成能(eV)不同溫度下Fe中的缺陷平衡濃度57310731573空位110-1710-710-4間隙原子410-6710-2510-157.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect)7.1.4 點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響1、電阻率的變化淬火溫度T()30050070010001500電阻率10-8 (cm)12.29012.54812.68612.81912.966 2.密度的變化 我們現(xiàn)在簡單地考慮肖脫基空位。假設(shè)一個(gè)空位形成后體積將增加v，v為原子體積，n個(gè)空位形成后，晶體體積增加Vnv，由此而將引起密度的減小。 當(dāng)然這里沒有考慮空

8、位形成后晶格的畸變。7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect)3、空位對(duì)金屬的許多過程有著影響，特別是對(duì)高溫下進(jìn)行的過程起著重要的作用。顯然，這與高溫時(shí)空位的平衡濃度急劇增高有關(guān)。諸如金屬的擴(kuò)散、高溫塑性變形的斷裂、退火、沉淀、表面化學(xué)熱處理、表面氧化、燒結(jié)等過程都與空位的存在和運(yùn)動(dòng)有著密切的聯(lián)系。 7.1 點(diǎn)缺陷(Point Defect)7.1.5 熱力學(xué)非平衡點(diǎn)缺陷1、淬火：將晶體加熱到高溫，形成較多的空位，然后從高溫急冷到低溫，使空位在冷卻過程中來不及消失，在低溫時(shí)保留下來，形成過飽和空位；2、輻照：用高能粒子，如快中子、重粒子等輻照晶體時(shí)，由于粒子的轟擊，同時(shí)形成大量的等數(shù)目的間隙原

9、子和空位。輻照過程產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷往往由于級(jí)聯(lián)反應(yīng)而變得非常復(fù)雜。如：每個(gè)直接被快中子(1Mev)擊中的原子，大約可產(chǎn)生100200對(duì)空位和間隙原子；3、塑性變形：晶體塑性變形時(shí)，通過位錯(cuò)的相互作用也可產(chǎn)生大量的飽和點(diǎn)缺陷，以后會(huì)講到。7.2 位錯(cuò) (Dislocation)晶體生長和相變過程常常依賴位錯(cuò)進(jìn)行金剛砂晶體生長的螺線7.2 位錯(cuò) (Dislocation)晶體的力學(xué)性能與位錯(cuò)密切相關(guān)7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)7.2.1 位錯(cuò)概念的產(chǎn)生 是對(duì)晶體塑性變形過程研究的結(jié)果7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)研究結(jié)果表明晶體塑性變形與晶體結(jié)構(gòu)存在相關(guān)性： 滑移面 滑移方向 臨界切應(yīng)力：導(dǎo)致滑移的滑移面滑移方向上

10、最小切應(yīng)力鈷單晶形變掃描電鏡圖7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)上述過程的宏觀特征：上述過程的微觀特征：7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)1926年晶體屈服強(qiáng)度的計(jì)算：弗蘭克(Frenkel)的剛體模型晶體：完整的簡單結(jié)構(gòu)，平行于滑移面的原子面間距為a。7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)假定t是x的正弦函數(shù)： 其中tm對(duì)應(yīng)正弦函數(shù)的振幅，a是周期。tm估計(jì)： 一方面，考慮位移很小(x0)，xx0，說明晶體受壓應(yīng)力；不包含半原子面的晶體(y0，說明晶體受拉應(yīng)力。 在滑移面上（y=0），只有切應(yīng)力，沒有正應(yīng)力；7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.2 位錯(cuò)的應(yīng)變能 位錯(cuò)中心的能量Ec： 點(diǎn)陣畸變很大，點(diǎn)陣模型，1/10-1/15 位錯(cuò)中心區(qū)

11、域以外的能量：彈性力學(xué)理論 采用連續(xù)介質(zhì)彈性力學(xué)模型根據(jù)單位長度位錯(cuò)所作的功7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)韌性位錯(cuò)的應(yīng)變能，如圖，單位長度韌位錯(cuò)假設(shè)從完整晶體至目前狀態(tài)逐步進(jìn)行：7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)同樣可得螺型位錯(cuò)應(yīng)變能： 考慮到一般金屬的泊松比v，若取 =1/3，則刃型位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能比螺型位錯(cuò)約大50%。7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)對(duì)混合位錯(cuò)：，混合位錯(cuò)的角度因素，k10.75 7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的能量包括兩部分：Ec和Ee。位錯(cuò)中心區(qū)的能量Ec一般小于總能量的1/10，?？珊雎?；而位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能正比于lnR/r0； 位錯(cuò)應(yīng)變能與b2成正比。因此，|b|小的位錯(cuò)更穩(wěn)定，因而|b|大的位錯(cuò)可能

12、分解為|b|小的位錯(cuò)，以降低系統(tǒng)能量，同時(shí)位錯(cuò)滑移方向一般都是沿原子的密排方向; Ees/Eee=1-n，對(duì)金屬而言，n約在1/3左右，因此螺型位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能約為刃型位錯(cuò)的2/3； 由于位錯(cuò)線的能量正比于其長度，因此位錯(cuò)線有變直的趨勢(shì)； 盡管與點(diǎn)缺陷類似，位錯(cuò)的存在同時(shí)使體系的內(nèi)能和熵值增加，但相對(duì)來說，熵值增加比內(nèi)能增加小得多，可以忽略不計(jì)，因而從熱力學(xué)上來說，位錯(cuò)的存在是不穩(wěn)定的。7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.3 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力和阻力一、位錯(cuò)滑移的動(dòng)力 位錯(cuò)在外切應(yīng)力作用下，將會(huì)在滑移面上產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)。由于位錯(cuò)的滑移方向總是與位錯(cuò)線垂直，因此，可以理解為有一垂直于位錯(cuò)線的力作用在位錯(cuò)線上

13、，如果作用在位錯(cuò)線的力為F，并使位錯(cuò)位移ds，該力做功為W，則有：F = dW / ds7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)設(shè)位錯(cuò)貫穿晶體長度為l,當(dāng)滑移ds距離時(shí)，法向力作功為Fds若晶體滑移面總面積為A，位錯(cuò)滑移ds距離使滑移區(qū)同樣增加ds距離，產(chǎn)生的滑移量為 ，分切應(yīng)力所作的功 7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)二、位錯(cuò)滑移的點(diǎn)陣阻力 位錯(cuò)所受滑移力大于滑移的阻力時(shí)，位錯(cuò)就可滑動(dòng)。位錯(cuò)核心區(qū)域的原子錯(cuò)排導(dǎo)致位錯(cuò)核心具有能量并阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位錯(cuò)在周期排列的點(diǎn)陣移動(dòng)時(shí)會(huì)改變其能量，從而位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)受到周期性的期性的晶格阻力晶格阻力，稱Peierls-Nabarro（P-N模型）。7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)二、位錯(cuò)滑移的點(diǎn)

14、陣阻力 位錯(cuò)所受滑移力大于滑移的阻力時(shí)，位錯(cuò)就可滑動(dòng)。位錯(cuò)核心區(qū)域的原子錯(cuò)排導(dǎo)致位錯(cuò)核心具有能量并阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位錯(cuò)在周期排列的點(diǎn)陣移動(dòng)時(shí)會(huì)改變其能量，從而位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)受到周期性的期性的晶格阻力晶格阻力，稱Peierls-Nabarro（P-N模型）。7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.4 位錯(cuò)的線張力 因?yàn)槲诲e(cuò)能量與位錯(cuò)線的長度成正比，所以它有盡可能縮短其長度而降低自由能的趨勢(shì)。 定義：位錯(cuò)線增加單位長度時(shí)，引起晶體能量的增加，即，單位長度位錯(cuò)的應(yīng)變能（數(shù)量級(jí)為Gb2） 考慮到位錯(cuò)通常都是彎曲的：7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.5 位

15、錯(cuò)間的相互作用力1、平行螺位錯(cuò)間的力位錯(cuò)b1在(r，)處的切應(yīng)力為：顯然，位錯(cuò)b2在tqZ作用下受到的力為：7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)2、平行刃位錯(cuò)間的力 b1應(yīng)力場(chǎng)中，只有切應(yīng)力分量yx和正應(yīng)力分量xx對(duì)位錯(cuò)b2起作用，前者驅(qū)使其沿X軸方向滑移，后者驅(qū)使其沿Y軸方向攀移。這兩個(gè)力分別為：/4/4xxyy7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)同號(hào)刃性位錯(cuò)的交互作用 異號(hào)刃位錯(cuò)的交互作用7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.6 位錯(cuò)塞積7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì) 塞積群在垂直于位錯(cuò)線方向的長度，對(duì)于刃型位錯(cuò)為nGb/pt (1-v)，對(duì)于螺型位錯(cuò)為nGb/pt，其中n為塞積群中的位錯(cuò)總數(shù)，t為外加切應(yīng)力（實(shí)際上應(yīng)為減掉晶格阻力

16、之后的有效切應(yīng)力）。可見塞積群的長度正比于n，反比于t。 當(dāng)有n個(gè)位錯(cuò)被外加切應(yīng)力t推向障礙物時(shí)，在塞積群的前端將產(chǎn)生n倍于外力的應(yīng)力集中。 7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)刃型位錯(cuò)塞積造成的微裂紋7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)2、刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的交割7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)3、兩螺型位錯(cuò)的交割7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)帶刃型割階的螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)帶刃型割階的螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.8 位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的交互作用 科垂耳(Cottrell)：簡化模型首先假定：晶體為連續(xù)

17、彈性介質(zhì)；溶質(zhì)原子為剛球；溶質(zhì)原子所引起的畸變是球面對(duì)稱的。錯(cuò)配度 由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)有相互作用，若溫度和時(shí)間允許，它們將向位錯(cuò)附近聚集，形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)即所謂的柯垂耳(Cottrell)氣團(tuán)，使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)受到限制。7.4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的相互作用示意圖 7.5 位錯(cuò)的生成與增殖7.5.1 位錯(cuò)密度 嚴(yán)格地說v與s是不同的。一般來說vs。 一些實(shí)例： 1、劇烈冷加工的晶體： s = 1016m-2。 2、充分退火的金屬晶體： s =1081012m-2。 3、精心制備超純半導(dǎo)體： s = 106m-2。即使在s=1016m-2的情況下，則試樣的任一平面上，約1000個(gè)原子中才有一

18、個(gè)位錯(cuò)露頭，最終缺陷所占的比例很小。 7.5 位錯(cuò)的生成與增殖7.5.2 位錯(cuò)的生成1、凝固時(shí)相位略有偏差的兩部分晶體交會(huì)時(shí)由于原子錯(cuò)配而形成位錯(cuò)(例子？)；2、在隨后的生長及冷卻過程中，由于溫度梯度、成分不均、晶體結(jié)構(gòu)變化等將導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致位錯(cuò)產(chǎn)生；3、過飽和空位聚集形成空位片，在應(yīng)力作用下，可發(fā)生塌陷而在空位片周圍形成位錯(cuò)環(huán)。7.5 位錯(cuò)的生成與增殖7.5.3 位錯(cuò)的增殖 在晶體塑性變形過程中，有大量的位錯(cuò)滑移出晶體表面而消失，晶體中位錯(cuò)數(shù)量按理將越來越少，但是實(shí)驗(yàn)表明，塑性變形過程中位錯(cuò)的數(shù)量不僅沒有減少，反而大大增加了，這表明，位錯(cuò)在以某種方式進(jìn)行增殖，這個(gè)能增殖位錯(cuò)的地方

19、就是位錯(cuò)源。7.5 位錯(cuò)的生成與增殖Frank-Read提出的位錯(cuò)增殖機(jī)制U型平面源7.5 位錯(cuò)的生成與增殖7.5 位錯(cuò)的生成與增殖Frank-Read提出的位錯(cuò)增殖機(jī)制U型平面源1、滑移面上存在一刃位錯(cuò)DD；2、DD兩端被釘軋；3、在外力作用下，DD開始運(yùn)動(dòng)；4、由于D、D點(diǎn)被釘軋，位錯(cuò)線彎曲擴(kuò)展，并會(huì)發(fā)生回轉(zhuǎn)；5、由于位錯(cuò)的柏氏矢量不變，因此彎曲回轉(zhuǎn)后位錯(cuò)各處性質(zhì)發(fā)生變化；6、p、q處位錯(cuò)同為純螺型位錯(cuò)，且旋向相反，相遇時(shí)彼此抵消；7、形成位錯(cuò)環(huán)繼續(xù)擴(kuò)展，留下DD位錯(cuò)循環(huán)上述過程。7.5 位錯(cuò)的生成與增殖 通常l的數(shù)量級(jí)為10-4cm，b10-8cm，則上式給出的c約為10-4。如果把位錯(cuò)

20、源的開動(dòng)看成是晶體的屈服，則c就是臨界分切應(yīng)力，這和實(shí)際晶體的屈服強(qiáng)度接近。 7.5 位錯(cuò)的生成與增殖 雙交滑移機(jī)制7.5 位錯(cuò)的生成與增殖單邊F-R源動(dòng)作過程7.6.1 實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量全位錯(cuò)單位位錯(cuò)不全位錯(cuò)分位錯(cuò)典型晶體結(jié)構(gòu)中單位位錯(cuò)的柏氏矢量及其大小和數(shù)量結(jié)構(gòu)類型簡單立方面心立方體心立方密排六方柏氏矢量 數(shù) 量36437.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)面心立方晶體中的全位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6.2 堆垛層錯(cuò) 1.正常堆垛順序7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)面心立方結(jié)構(gòu)面心立方晶胞密排六方結(jié)構(gòu)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)2、堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò)：實(shí)際

21、晶體中堆垛順序與正常的堆垛順序出現(xiàn)差異。抽出型層錯(cuò) 插入型層錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò) 形成堆垛層錯(cuò)后并沒有產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，也不改變最近鄰關(guān)系，僅僅改變了原子間的次近鄰關(guān)系，但是它破壞了晶體的周期性和完整性，因此也會(huì)導(dǎo)致晶體能量的增加，這部分增加的能量稱為層錯(cuò)能，層錯(cuò)能越小，層錯(cuò)出現(xiàn)的幾率越大。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6.3 不全位錯(cuò) 如果堆垛層錯(cuò)不是發(fā)生在整個(gè)晶面上，而是終止在晶體內(nèi)部 ，則層錯(cuò)與完整晶體的交界處就存在柏氏矢量b不等于點(diǎn)陣矢量的不全位錯(cuò)。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)一、 肖克萊不全位錯(cuò) 在(111)面上把任意一層原子面以上的部分晶體沿b1方向作相對(duì)滑移，這樣形成的位錯(cuò)是全位錯(cuò)。

22、但是這樣運(yùn)動(dòng)能量較大，如果按如圖所示的路徑，分兩步滑動(dòng)，引起的晶體畸變要小得多。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)肖克萊位錯(cuò)的特點(diǎn)：柏氏矢量平行于層錯(cuò)面； 由于層錯(cuò)只能位于一個(gè)平面上，因此位錯(cuò)為二維曲線； 只能滑移，造成層錯(cuò)面的擴(kuò)大或縮小，不能攀移； 位錯(cuò)可為刃型、螺型和混合型。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)二、弗蘭克不全位錯(cuò) 如果在fcc晶體的111面間插入或抽出半個(gè)原子面，這樣形成的層錯(cuò)邊界就是弗蘭克不全位錯(cuò)，如圖所示,注意是抽去或插入半個(gè)原子面。這樣形成的不全位錯(cuò)柏矢量為 ，垂直于111面(垂直于層錯(cuò)面和位錯(cuò)線)，是純?nèi)行偷摹?需要

23、指出的是，弗蘭克不全位錯(cuò)不能在滑移面上進(jìn)行滑移，否則就要離開所在的111面，所以有時(shí)把弗蘭克不全位錯(cuò)稱為不滑動(dòng)位錯(cuò)。不過弗蘭克不全位錯(cuò)能夠通過點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)沿層錯(cuò)面進(jìn)行攀移，使層錯(cuò)面擴(kuò)大或縮小。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)正弗蘭克不全位錯(cuò)的形成 7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)位錯(cuò)名稱全位錯(cuò)肖克萊位錯(cuò)弗蘭克位錯(cuò)柏氏矢量位錯(cuò)類型刃、螺、混刃、螺、混純?nèi)形诲e(cuò)線形狀空間曲線111面上任意曲線111面上任意曲線可能的運(yùn)動(dòng)方式滑移、攀移只能滑移，不能攀移只能攀移，不能滑移7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)4、位錯(cuò)反應(yīng)位錯(cuò)反應(yīng)：晶體中組態(tài)不穩(wěn)定的位錯(cuò)轉(zhuǎn)化為組態(tài)穩(wěn)定的位錯(cuò)，或具有不同

24、柏氏矢量的位錯(cuò)發(fā)生合并或分解等轉(zhuǎn)換。兩個(gè)條件：幾何條件：根據(jù)柏氏矢量守恒性的要求，反應(yīng)前后位錯(cuò)的柏氏矢量之和應(yīng)當(dāng)相等，即：Sb前=Sb后 能量條件：位錯(cuò)反應(yīng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)導(dǎo)致系統(tǒng)能量降低的過程，因此反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量應(yīng)當(dāng)小于反應(yīng)發(fā)生時(shí)的能量，由于位錯(cuò)的能量正比于位錯(cuò)的柏氏矢量b2，因此，有：S|b前|2=|Sb后|2 7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)5、擴(kuò)展位錯(cuò)擴(kuò)展位錯(cuò)：分解后的這兩個(gè)不全位錯(cuò)位于同一滑移面上，其柏氏矢量夾角是60，它們是互相排斥的，有分開的趨勢(shì)，在兩個(gè)不全位錯(cuò)之間夾了一片層錯(cuò)區(qū)。通常我們將這種兩個(gè)不全位錯(cuò)夾一個(gè)層錯(cuò)區(qū)的組態(tài)稱之為擴(kuò)展位錯(cuò)。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)由于層錯(cuò)能的存在，因此層錯(cuò)區(qū)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)能量的增加