3.2.7.4面心立方晶體中位錯(cuò) 我們?cè)谇懊嬉呀榻B了堆垛層錯(cuò)概念，層錯(cuò)能一般來說比較低，它是我們討論不全位錯(cuò)的關(guān)鍵。實(shí)際上，層錯(cuò)終止在晶體內(nèi)部所形成的邊界就是不全位錯(cuò)。在面心立方晶體中有兩種類型的不全位錯(cuò)?，F(xiàn)在我們來仔細(xì)分析一下fcc中的全位錯(cuò)滑移時(shí)原子是如何運(yùn)動(dòng)的。見圖3-60所示 。 圖中所示是面心立方晶體（111）面上單位位錯(cuò)1／2［-110］在切應(yīng)力作用下沿著（111）［-110］在A層原子面上滑動(dòng)的情況。可以看出：B層原子直接沿[-110]方向從B1位置滑到相鄰的B2位置時(shí)會(huì)和相鄰的A層原子發(fā)生顯著的碰撞，使晶體發(fā)生較大的局部畸變，能量顯著增加。因此，從能量角度上考慮，B層原子的有利滑動(dòng)路徑應(yīng)該是分兩步：第一步通過1/6[-12-1]滑移到C位置，第二步再通過1/6[-211]的滑移從C位置滑移到相鄰的B2位置，由于每步滑移過程中B原子都是從兩個(gè)A原子之間通過，因而引起A原子的位移（或晶體局部畸變）最小，能量的增加也最小。 1.肖克萊（Shockley）不全位錯(cuò) （或分位錯(cuò)） 如果上面動(dòng)畫中的B層原子有一部分只滑移了第一步，即滑動(dòng)了 而另一部分則不滑動(dòng)，如圖3-61所示。這樣在滑移了一次的區(qū)域和未滑移區(qū)域的邊界M處就形成了一個(gè)柏氏矢量小于滑移方向上原子間距的分位錯(cuò)，稱其為肖克萊不全位錯(cuò)（或分位錯(cuò)）。根據(jù)其柏氏矢量與位錯(cuò)線的角度關(guān)系可以是純?nèi)行?，純螺型或混合型的?/font> 肖克萊不全位錯(cuò)有以下的特點(diǎn)： (1)位于孿生面上，柏氏矢量沿孿生方向，且小于孿生方向上的原子間距： 。 (2)不僅是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，而且是有層錯(cuò)區(qū)和無層錯(cuò)區(qū)的邊界。 (3)可以是刃型、螺型或混合型。 (4)只有通過局部滑移形成。即使是刃型肖克萊不全位錯(cuò)也不能通過插入半原子面得到，因?yàn)椴迦氚朐用娌豢赡軐?dǎo)致大片層錯(cuò)區(qū)。 (5)即使是刃型肖克萊不全位錯(cuò)也只能滑移，不能攀移，因?yàn)榛泼嫔喜浚ɑ蛳虏浚┰拥臄U(kuò)散不會(huì)導(dǎo)致層錯(cuò)消失，因而有層錯(cuò)區(qū)和無層錯(cuò)區(qū)之間總是存在著邊界線，即肖克萊不全位錯(cuò)線。 (6)即使是螺型肖克萊不全位錯(cuò)也不能交滑移，因?yàn)槁菪托た巳R不全位錯(cuò)是沿〈112〉方向，而不是沿兩個(gè){111}面（主滑移面和交滑移面）的交線〈110〉方向，故它不可能從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)到另一個(gè)滑移面上交滑移。 2.弗蘭克(Frank)不全位錯(cuò)（分位錯(cuò)） 除了通過局部滑移 來形成層錯(cuò)區(qū)，從而導(dǎo)致肖克萊不全位錯(cuò)外，我們也可以通過插入和抽 出部分密排面的方式來形成局部層錯(cuò)。這個(gè)有層錯(cuò)區(qū)與無層錯(cuò)區(qū)的邊界即為弗蘭克不全位錯(cuò)，其柏氏矢量為 ,該矢量小于fcc晶體中〈111〉方向上的原子間距,所以也為不全位錯(cuò)。對(duì)應(yīng)于插入半層 密排面所形成的不全位錯(cuò)稱為正弗蘭克不全位錯(cuò)；而與抽出型層錯(cuò)相聯(lián)系的不全位錯(cuò)稱為負(fù)弗蘭克不全位錯(cuò)。圖3-62、圖3-63分別表示正、負(fù)弗蘭克不全位錯(cuò)的形成過程。 弗蘭克不全位錯(cuò)具有以下特點(diǎn)： (1)位于{111}面上，可以是任何形狀，包括直線、曲線和封閉環(huán)（稱為弗蘭克位錯(cuò)環(huán)）。但無論是什么形狀，它總是刃型的，因?yàn)?/font> 和{111}面垂直。 (2)由于b不是fcc晶體的滑移方向，故弗蘭克不全位錯(cuò)不能滑移、只能攀移。這種不可能滑移的位錯(cuò)便稱為定位錯(cuò)，而肖克萊不全位錯(cuò)則是可滑位錯(cuò)。 3.擴(kuò)展位錯(cuò) 在面心立方晶體中，能量最低的全位錯(cuò)是處在{111}面上的柏氏矢量為 的單位位錯(cuò)。結(jié)合前 面所講肖克萊不全位錯(cuò)的概念以及圖3-64，我們可以清楚地看出它可以分解為兩個(gè)肖克萊不全位錯(cuò)（大家可以用位錯(cuò)反應(yīng)的條件來驗(yàn)證此反應(yīng)的可行性）： 由于這兩個(gè)不全位錯(cuò)位于同一滑移面上，彼此同號(hào)且其柏氏矢量的夾角θ為60o<90o，故它們必然相互排斥并分開，其間夾著一片堆垛層錯(cuò)區(qū)，直到層錯(cuò)的表面張力(等于層錯(cuò)能)和不全位錯(cuò)的斥力相平衡時(shí)，不全位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)才停止，形成穩(wěn)定的位錯(cuò)組態(tài)。這種兩個(gè)不全位錯(cuò)夾一片層錯(cuò)的整個(gè)位錯(cuò)組態(tài)稱為擴(kuò)展位錯(cuò),如圖3-64所示。 ⑴擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度 為了降低兩個(gè)不全位錯(cuò)間的層錯(cuò)能，力求把兩個(gè)不全位錯(cuò)的間距縮小，這相當(dāng)于給兩個(gè)不全位錯(cuò)一個(gè)吸力，數(shù)值等于層錯(cuò)的表面張力γ（即層錯(cuò)能）；而兩個(gè)不全位錯(cuò)間的斥力則力圖增大層錯(cuò)區(qū)寬度，當(dāng)斥力與吸力相平衡時(shí)，不全位錯(cuò)之間的距離就為恒定值，這個(gè)平衡距離便是擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度D。 從前面已知，兩個(gè)平行不全位錯(cuò)之間的斥力為： (3.18) 式中r為兩不全位錯(cuò)的間距,b1,b2分別為兩個(gè)肖克萊不全位錯(cuò)的柏氏矢量。當(dāng)層錯(cuò)的表面張力與不全位錯(cuò)的斥力達(dá)到平衡時(shí)，兩不全位錯(cuò)的間距r即為擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度d。即 (3.19) 由此可見，擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度與晶體的單位面積層錯(cuò)能γ成反比，與切變模量G成正比。 ⑵擴(kuò)展位錯(cuò)的束集與交滑移 由于擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度主要取決于晶體的層錯(cuò)能γ，因此凡影響層錯(cuò)能的因素也必然影響擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度d。當(dāng)擴(kuò)展位錯(cuò)的局部區(qū)域受到某種障礙時(shí)，擴(kuò)展位錯(cuò)在外切應(yīng)力作用下其寬度將會(huì)縮小，甚至重新收縮成原來的全位錯(cuò)，稱為束集。另外，由于擴(kuò)展位錯(cuò)只能在其所在的滑移上運(yùn)動(dòng)，若要進(jìn)行交滑移，擴(kuò)展位錯(cuò)就必須首先束集成全螺位錯(cuò)，然后再由該全位錯(cuò)交滑移到另一滑移面上，并在新的滑移面上重新分解為擴(kuò)展位錯(cuò)，繼續(xù)進(jìn)行滑移。如圖03-59所示為面心立方晶體中 擴(kuò)展位錯(cuò)的束集與交滑移過程?！?/font> 4.面角位錯(cuò)（Lomer-Cottrell位錯(cuò)） 面角位錯(cuò)是 中除弗蘭克位錯(cuò)外又一類固定位錯(cuò)，如圖03-60所示。兩擴(kuò)展位錯(cuò)在各自的滑移面上相向移動(dòng)，當(dāng)每個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)中的一個(gè)不全位錯(cuò)達(dá)到滑移面的交線DC時(shí)，就會(huì)通過位錯(cuò)反應(yīng)，生成新的先導(dǎo)位錯(cuò)(亦為不全位錯(cuò)) 。這個(gè)新位錯(cuò)是純?nèi)行偷?，并且其柏氏矢量不在fcc的滑移面{111}上，所以這個(gè)位錯(cuò)是一個(gè)固定位錯(cuò)，又叫壓桿位錯(cuò)。這種形成于兩個(gè)｛111｝面之間的面角上，由三個(gè)不全位錯(cuò)和兩片層錯(cuò)所構(gòu)成的位錯(cuò)組態(tài)稱為L(zhǎng)omer-Cottrel位錯(cuò)簡(jiǎn)稱面角位錯(cuò)。它對(duì)面心立方晶體的加工硬化起著重大作用?！ ?/font> 3.2.7.5其他晶體中的位錯(cuò) 1.密排六方結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò) 在hcp晶體中，穩(wěn)定的全位錯(cuò)為 ，其次是 ?？捎^察到的滑移方向主要是 ，滑移面主要是{0001}。密排六方晶體中的密排面為{0001}面，堆垛順序?yàn)锳BABAB。對(duì)于層錯(cuò)能小的hcp金屬如Co，Zn，Cd等曾觀察到下列位錯(cuò)反應(yīng)(肖克萊不全位錯(cuò))： 2.體心立方晶體中的位錯(cuò) 前面已經(jīng)指出，體心立方晶體的單位位錯(cuò)是 ，其滑移方向?yàn)?lt;111>，但體心立方晶體的滑移 面是不確定的，通?？赡艿幕泼嬗校?10｝｛112｝和｛123｝，他隨成分、溫度及變形速度而變。實(shí)驗(yàn)中觀察到的位錯(cuò)的柏矢氏量大多是 ；有時(shí)也看到<100>型位錯(cuò)，但由于密堆度小，經(jīng)常是不動(dòng) 的。由于體心立方晶體滑移面很多，因而常由于交滑移而使其滑移線呈波紋形狀。實(shí)驗(yàn)和近年來計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果都表明： ⑴、bcc中沒有擴(kuò)展位錯(cuò)。這表明：bcc晶體的層錯(cuò)能很高。 ⑵、沒有通常意義上的位錯(cuò)分解。有些位錯(cuò)反應(yīng)不作為本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。 關(guān)于離子晶體、共價(jià)晶體、聚合物晶體、層狀結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)等內(nèi)容可參閱其他章節(jié)和有關(guān)參考書。 | 
