體心立方的滑移

1、體心立方的滑移同組人：蘇琳琳馮瑞董林楠于雷1.實(shí)際晶體中位錯(cuò)的分類簡(jiǎn)單立方晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量b總是等于點(diǎn)陣矢量。但實(shí) 際晶體中，位錯(cuò)的柏氏矢量b除了等于點(diǎn)陣矢量外，還可能 小于或大于點(diǎn)陣矢量。通常把柏氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的 位錯(cuò)稱為“單位位錯(cuò)”；把柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量或其整數(shù) 倍的位錯(cuò)稱為“全位錯(cuò)”，全位錯(cuò)滑移后晶體原子排列不變; 把柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量整數(shù)倍的位錯(cuò)稱為“不全位錯(cuò)”， 不全位錯(cuò)滑移后原子排列規(guī)律發(fā)生變化。2.實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，位錯(cuò)的柏氏矢量不能是任意的，它要符合 晶體的結(jié)構(gòu)條件和能量條件。晶體的結(jié)構(gòu)條件是指柏氏矢量 必須連接一個(gè)原子平衡位置到另一平衡

2、位置。從能量條件 看，由于位錯(cuò)能量正比于b2，b越小越穩(wěn)定，即單位位錯(cuò)是柏氏矢量b的大小和方向用b=Cuvw表示，其中：C為 常數(shù)，uvw為柏氏矢量的方向，柏氏矢量的大小為：C; u2 +v2 +M2 。表1給出典型晶體結(jié)構(gòu)中，單位位錯(cuò)的 柏氏矢量及其大小和方向。表1典型晶體結(jié)構(gòu)中單位位錯(cuò)的柏氏矢量蜷構(gòu)類型相氐矢星h*方向卜己 i 100或g- 2- 2耳23.位錯(cuò)反應(yīng)(Dislocation Reaction)位錯(cuò)反應(yīng)就是位錯(cuò)的合并(Merging)與分解(Dissociation)，即晶體中不同柏氏矢量的位錯(cuò)線合并為一條位錯(cuò)線或一條位 錯(cuò)線分解成兩條或多條柏氏矢量不同的位錯(cuò)線。位錯(cuò)使晶體點(diǎn)

3、陣發(fā)生畸變，柏氏矢量是反映位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣畸變總和的參數(shù)。因此，位錯(cuò)的合并實(shí)際上是晶體中 同一區(qū)域兩個(gè)或多個(gè)畸變的疊加，位錯(cuò)的分解是晶體內(nèi)某一 區(qū)域具有一個(gè)較集中的畸變，松弛為兩個(gè)或多個(gè)畸變。位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，取決于下列兩個(gè)條件：A幾何條件根據(jù)柏氏矢量的守恒性，反應(yīng)后諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和應(yīng)等于反應(yīng)前諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和，即=&ik(4-1)B能量條件從能量角度要求，位錯(cuò)反應(yīng)必須是一個(gè)伴隨著能量降低的過程。由于位錯(cuò)的能量正比于其柏氏矢量的平方，所 以，反應(yīng)后各位錯(cuò)的能量之和應(yīng)小于反應(yīng)前各位錯(cuò)的能量之 和，即& b 2(4-2)ik分析位錯(cuò)反應(yīng)時(shí)，一般先用幾何條件確定位錯(cuò)反應(yīng) 是否可以進(jìn)行，然后再利用

4、能量條件來判定位錯(cuò)反應(yīng)的方 向。4.體心立方晶體(Body-centered Cubic Crystal)中的位錯(cuò) 在體心立方晶體中以密排方向111為滑移方向，全位錯(cuò) 的柏氏矢量為2 111，相應(yīng)的滑移面有110、112、 (123。由于這三種滑移面均含有相同的111方向，使螺 型位錯(cuò)易于交滑移。在低溫變形的體心立方結(jié)構(gòu)金屬中， 所觀察到的位錯(cuò)多為長(zhǎng)而直的螺型位錯(cuò)。這說明，同刃型 位錯(cuò)相比，螺型位錯(cuò)的可動(dòng)性較差，是控制體心立方結(jié)構(gòu) 金屬滑移特性的主要位錯(cuò)組態(tài)。岷電鐵的(11嘰(11為和力面可同時(shí)沿111方前髓，汕|/|/尸|111 弟為(213)面上的111方向；&為 W面上的111方向； E

5、為(T10)面上的111方位L(110)4.1全位錯(cuò)的合成反應(yīng) (Synthetic Reaction of PerfectDislocation)在體心立方晶體中常見的全位錯(cuò)除了 ？ 111 位錯(cuò)外， 2還有柏氏矢量為a001的位錯(cuò)，有時(shí)可在位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中 觀察到。a001型全位錯(cuò)可由兩個(gè)2 v 111 型全位錯(cuò)經(jīng) 合成反應(yīng)而獲得，即-111 + - 111 a00122如圖4.16所示，若沿(101)面上具有柏氏矢量 為勺111的位錯(cuò)與沿(101)面上的具有柏氏矢量為 的位錯(cuò)相遇時(shí)，便可按上述反應(yīng)合成新位錯(cuò)。(a)(b)圖4.16001 全位錯(cuò)的形成與解理裂紋成核合成的新位錯(cuò)線沿著兩滑移面（1

6、01）和（101）的交線010方向，而柏氏矢量為a001，是一種不動(dòng)位錯(cuò)， 其相應(yīng)的半原子面又恰好沿著解理面（001），易于成為 萌生解理裂紋（Cleavage Crack）的部位，如圖4.16（b） 所示。4.2 層錯(cuò)(Stacking Fault)在體心立方晶體中，以（110面的密排程度最大，故可 以把體心立方晶體看成是由（110面堆垛而成。如圖4.17所示，兩個(gè)相鄰的（110）面上原子的堆垛次序?yàn)锳B AB AB.，兩層一循環(huán)。可供第二層原子占據(jù)的B位 置為馬鞍型凹窩。(110)BE001AABE110亨 nii圖4.17面上相鄰兩層原子的分布圖 在凹窩中心兩側(cè)處各有兩個(gè)同等穩(wěn)定的位置B

7、1和B2都 是B層原子可以占據(jù)的能量極小處，從而為形成層錯(cuò)提 供了可能性。顯然，若將某一 B層原子的位置向凹窩中心B1或B2錯(cuò) 動(dòng)時(shí)，便可得到兩種滑移型層錯(cuò)：滑移型曾錯(cuò).AB AB AB1 AB1 AB.或.AB AB AB2 AB2 AB2. (4-4)(iio)BB001ABB110如11圖4.17面上相鄰兩層原子的分布圖 在體心立方晶體中，還有一種在112面上形成層錯(cuò)的 可能性。112面是體心立方晶體中最常見到的滑移面, 也是孿晶面（Twinning Plane），為形成層錯(cuò)提供了有利條 件。但112不是密排面，不能按剛球密堆方式逐層堆垛， 如圖4.18（a）所示。若沿口方向觀察時(shí)，可將

8、 面上各原子在（110）面上的投影示于圖4.18 （b）。圖中標(biāo)以A、C和E的原子位于（110）面上，用“O” 表示；而標(biāo)以B、D和F的原子沿11市向與（110） 面相距 至a，用“ 口”表示?？梢?12）面的堆垛特點(diǎn) 是每六層為一循環(huán)周期，即.ABCDEF ABCDEF AB.（4-5 ）而且，由于相鄰兩層（1T2）面上的原子沿口0方向高度不 同，又可將體心立方晶體的堆垛特點(diǎn)按（ip）面的堆垛 周期中每?jī)蓪訛橐唤M加以描述：A1 A2 B1 B2C1 C2A1A2B1 B 2Ci C2 Ai Ay（4-6）圖4.18（112）面上的原子分布及其堆垛特點(diǎn)（a）（112）面上原子的分布；（b）（1

9、12）面上原子在（110）面上的投影根據(jù)以上112面的堆垛特點(diǎn)，可有以下三種 方式在體心立方晶體中形成層錯(cuò)。A滑移方式由圖4.18可知，（112）面與（110）面相交，其交線111恰好為滑移方向。每相鄰兩層（112）面原子 之間的相對(duì)滑移矢量為（112），如圖4.19所示。若將某 一層1111面原子（如A層原子）以上部分相對(duì)于以下 6的F層滑移1111或11!1，可將體心立方晶體的堆垛 63次序變化而形成I1型內(nèi)稟層錯(cuò)：I1=.FEDCBAFEFEDCBA.（4-7）圖4.19原子在（110）面上的投影（O代表位于紙面上的原子；乂代表位于紙面下的原子）B抽出方式若在體心立方晶體的正常堆垛周期中

10、，抽出一對(duì)原子層（如C層和D層），可形成如下I2型內(nèi)稟層錯(cuò):I2=.FEDCBAFEBAFEDCBA.（4-8）C插入方式若在體心立方晶體中的正常堆垛周期中，在某一 B面處 將晶體切開后，使其上各層原子向上沿112方向移 動(dòng)3112距離，再在該空隙中插入一對(duì)原子層（如E層和F層），則可形成E型外延層錯(cuò)：E=.CDEFABEFCDEFABC.（4-9）在上述改變（112面堆垛次序的過程中，要相應(yīng)破壞或 變動(dòng)相鄰原子層的鍵合狀態(tài)。按照所涉及的原子鍵合破 壞的程度，可以認(rèn)為，I1型內(nèi)稟層錯(cuò)所需能量最小，而 形成其他兩種層錯(cuò)所需能量較大。因此在體心立方晶體 中，層錯(cuò)一般以I1型為主，其他兩種層錯(cuò)的實(shí)用

11、意義不 大。4.3不全位錯(cuò)在體心立方晶體中可能形成的不全位錯(cuò)主要有：1）在110面上形成一部分層錯(cuò)時(shí)，其邊界為不全位錯(cuò)；2）在112面上形成一部分層錯(cuò)時(shí)，其邊界為不全位錯(cuò)或。另外，在體心立方晶體中，也可能在I1型層錯(cuò)的基礎(chǔ)上 進(jìn)一步形成I3型層錯(cuò)，與其相對(duì)應(yīng)的（112面的堆垛次 序如下：I3=.FEDCBAFf aAFEDCBA. (4-10)圖4.20在（112）面上形成的（a）部分I1型層錯(cuò)和（b）部分I3型層3這種I3型層錯(cuò)相當(dāng)于具有三個(gè)原子層厚的攣晶，可 3以看成是在如圖4.20（a）所示的I1型層錯(cuò)的基礎(chǔ)上， 經(jīng)柏氏矢量為3ill和 6iii 的兩不全位錯(cuò)在FE和 ED兩原子層之間相

12、繼滑移的結(jié)果。若在112面上形成 一部分I3型層錯(cuò)時(shí)，其邊界的一端為三個(gè)分布在相鄰三 個(gè)滑移面上的1 不全位錯(cuò)，另一端為柏氏矢量和6等于零的區(qū)域位錯(cuò)，如圖4.20（b）所示。4.4擴(kuò)展位錯(cuò)A在110面上的擴(kuò)展位錯(cuò)如圖所示，B層原子要從一個(gè)平衡位置滑移到另一個(gè)平衡位置時(shí)，比較容易的途徑是將全位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)分解成三個(gè)不全位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，即 TOC o 1-5 h z a Im- a hio+ a ImL a 2848X.b七氣b3這種全位錯(cuò)分解的特點(diǎn)是，所形成的三個(gè)不全位錯(cuò)位于同一滑移面內(nèi)。其中，次錯(cuò)留在原位錯(cuò)片所在處，q 和弓兩不全位錯(cuò)構(gòu)成擴(kuò)展位錯(cuò)的兩個(gè)邊界日111-沙0+御2+：110zo4o面上相鄰

13、兩層原子的分布圖科恩（Cohen）等人曾用這種模型設(shè)想一個(gè)liii螺型 2位錯(cuò)分解形成可滑移型擴(kuò)展位錯(cuò)的可能性，如圖4.21（a）所示，這種分解反應(yīng)稱為可滑移分解。柯佑帕（Kroupa）等人又設(shè)想2iii螺型位錯(cuò)可沿屬于111晶帶軸的三個(gè)110面內(nèi)分解，如圖4.21（b）和（c）所示。其位錯(cuò)反應(yīng)如下:1111 T 1110 + 1101 + 1011 + 1111 TOC o 1-5 h z 28884x.bb1氣b3氣段為中心螺型位錯(cuò)，分別與另三個(gè)不全位錯(cuò)以三 4片層錯(cuò)相聯(lián)，故稱為三葉位錯(cuò)。在圖4.21中，（b）和（c）是等效的兩個(gè)狀態(tài)，可以交替地沿同一條位錯(cuò)線擴(kuò)展。lllll110+l10

14、1+l011+llll2ooo4b b b2 b3 如圖4.21柏氏矢量為1111的螺型位錯(cuò)在110面上分2（a）可滑移分解；（b）和（c）不可滑移分解，兩種狀態(tài)相差180B在112面上的擴(kuò)展位錯(cuò) Frank等人提出，；111螺型位錯(cuò)可在112面上按下式 分解擴(kuò)展：1111 T 111 + 1111 263這是由于一個(gè)螺型全位錯(cuò)分解成兩個(gè)螺型不全位錯(cuò)，均位于同一滑移面上，如圖4.22（a）所示。這種位錯(cuò)組 態(tài)在外力作用下可整體滑移，也稱為可滑移分解。赫許（Hirsch）等人又提出了一種2111螺型位錯(cuò)沿屬 于111晶帶軸的三個(gè)112面上分解的可能性，如圖4.22（b）所示，即頊11 T !11

15、1 + ；111 + 頊112666其特點(diǎn)是形成相交的三片層錯(cuò)，分別以三個(gè)螺型不全位錯(cuò)為邊界，但卻無中心不全位錯(cuò)。斯利維克（Sleeswyk）認(rèn)為這種中心無不全位錯(cuò)的擴(kuò)展 位錯(cuò)不穩(wěn)定，應(yīng)按圖4.22（c）所示的方式分解。在無 應(yīng)力作用時(shí)，圖4.22（c）中所示的組態(tài)可有三種等效 情況（相差120）。這種各不全位錯(cuò)分別位于不同滑移面上的分解，也稱為不可滑移分解。所形成的擴(kuò)展位錯(cuò)組態(tài)具有阻礙其他位 錯(cuò)滑移的特性。/ 1kmitiii(T2T) 了 oadzFjF；L跖1110+ 1112+1110 兌）848圖4.221m螺型位錯(cuò)在112面上分解機(jī)制示意圖（a）2可滑移分解；（b）不可滑移分解，無中心位錯(cuò)；（c）