chap3-2 Crystal Defects

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1、材料物理（材料科学基础）物理科学与技术学院李强2007.1stTerm§3.2.6实际晶体结构中的位错只讨论fcc晶体中的位错。实际晶体中位错的伯格斯矢量根据Burgers矢量的特征，晶体中的位错分为：全位错：伯格斯矢量的长度等于沿滑移方向原子间距的整数倍（如果是一倍，又称为单位矢量）。不全位错：伯格斯矢量的长度不等于沿滑移方向原子间距的整数倍。全位错的伯格斯矢量一般沿密排方向。参见书P107表3.1。我们前面所讲的理论均适用于全位错。下面我们主要介绍不全位错。不全位错经常伴随形成堆垛层错。2021/9/6XinjiangUniv

2、ersity§3.2.6实际晶体结构中的位错堆垛层错：这里只讨论fcc晶体fcc晶体的密排面{111}面的正常堆垛顺序是：ABCABCABC…A、B、C的规定是任意的，但它们的顺序是一定的。我们将正常的堆垛顺序AB，BC，CA标为△将不正常的堆垛顺序BA，CB，AC标为▽堆垛层错分为两种：△△△△△△△△抽出型层错：ABCABC……ABCBC……△△▽△→插入型层错：ABCABC……ABACABC……△▽▽△→A相当于两个抽出型层错。2021/9/6XinjiangUniversity[111][112][110]§3.2.6实际

3、晶体结构中的位错fcc晶体中堆垛层错的形成⊙[112][110][110][111]ABCBCABCA[112]16ABCABC……ABCBCA……△△▽△△→抽出型层错ABC[112]162021/9/6XinjiangUniversity§3.2.6实际晶体结构中的位错fcc晶体中的不全位错：如果堆垛层错只是发生在部分区域，那么层错的边缘则将存在位错(不全位错)。A△△BCBAABCBAABAB△△△△△插入型层错抽出型层错ABACABACACBA△△△△△△A△△△△fcc中有两种重要的不全位错：①Shockley不全位错②

4、Frank不全位错2021/9/6XinjiangUniversity§3.2.6实际晶体结构中的位错Shockley不全位错：⊙[112][110][110][111]ABCBCABCA[112]16⊙[112][110]ABCB[110][111]CAShockley不全位错：b=1/6<112>Shockley不全位错可以为螺位错，刃位错或混合位错。Shockley不全位错可以滑移，但无法攀移。2021/9/6XinjiangUniversity§3.2.6实际晶体结构中的位错Frank不全位错：⊙[112][110][11

5、0][111]ABCBCA[111]13[111][112][110]ABC2021/9/6XinjiangUniversity§3.2.6实际晶体结构中的位错Frank不全位错：Frank不全位错：b=1/3<111>Frank不全位错只能是刃位错。Frank不全位错的位错线l沿<110>,∴l和b确定的平面的法线为l×b=[112],而（112）不是滑移面，∴Frank不全位错无法滑移(但可攀移），又称为不动位错。2021/9/6XinjiangUniversity§3.2.6实际晶体结构中的位错位错反应：位错可以发生分解或合

6、并，但必须满足下面两个条才能发生：几何条件：b1b2b3能量条件：注意：b的方向与规定的l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。2021/9/6XinjiangUniversity§3.2.6实际晶体结构中的位错面心立方中的位错：Thompson四面体：可以帮助确定fcc结构中的位错反应。2021/9/6XinjiangUniversity(111)§3.2.6实际晶体结构中的位错面心立方中的位错：扩展位错：B1B2考察fcc(111)面上的全位错a/2[110]：B1B2=a/2[110]C一

7、步实现B1→B2的滑移比较困难，更容易的方式是B1→C→B2通过Thompson四面体容易看出：相当于发生了位错反应。请验证该位错反应能否发生。2021/9/6XinjiangUniversity§3.2.6实际晶体结构中的位错面心立方中的位错：扩展位错：如果第一步滑移完成后，没有立即进行第二步滑移，而是隔了一段区域后发生，则它们之间的区域形成层错。未滑移区未滑移区滑移区层错区b1b2两个Shockley不全位错，中间夹着一片层错，它们的组合，称为扩展位错。2021/9/6XinjiangUniversity§3.2.6实际晶体结

8、构中的位错面心立方中的位错：扩展位错的宽度：b1和b2之间的作用力未滑移区未滑移区滑移区层错区b1b2b1和b2将互相排斥，从而扩大了它们之间的层错区域。但层错区是高能区，它有收缩的趋势。当这两个效应平衡时，扩展位错达到了它的平衡宽度。下面来计算这