实际晶体中的位错.ppt

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1、3.2.4实际晶体中的位错实际上晶体中的位错决定于晶体结构及能量条件两个因素。在此特别讨论面心立方晶体中的位错。(1)实际晶体结构中的单位位错——全位错柏氏矢量为沿着滑移方向的原子间距的整数倍的位错称为全位错。若沿着滑移方向连接相邻原子的矢量为s，则全位错的柏氏矢量b=ns，n为正整数。当n=1时，这样的全位错的能量最低，此时位错称为单位位错，也称为完整位错。单位位错的柏氏矢量一定平行于各自晶体的最密排方向。面心立方结构：b为a/2<110>，体心立方结构：b为a/2<111>密排六方结构：b为a/3<1120>纸面为滑移

2、面(111)，左侧为未滑移区，右侧为已滑移区，均属正常堆垛，在已滑移区和未滑移区的交界处存在一个单位位错。当位错线在滑移面扫过之后，滑移面上下的原子排列整齐如旧。单位位错滑移时，不破坏滑移面上下原子排列的完整性，因此单位位错又称为完整位错。FCC中全位错滑移时原子的滑动路径B层原子的滑动分两步：B→C→B如图中FCC晶体的滑移面为(111)晶面，柏氏矢量方向为[110]晶向，b=1/2[110]；半原子面(攀移面)为(110)晶面，其堆垛次序为ababab…FCC晶体的全位错的柏氏矢量应为b=a/2<110>，简写成b=1

3、/2<110>。全位错的滑移面是{111}，刃型位错的攀移面（垂直于滑移面和滑移方向的平面）是{110}。[112]将滑移面(111)水平放置，攀移面(110)则为垂直位置，FCC中刃型全位错如图所示。由于形成位错时不能改变FCC的晶体结构，故在a层和b层之间必须插入b、a两层半原子面才能形成全位错。(2)不全位错在实际晶体中，存在的柏氏矢量小于最短平移矢量(即最近邻的两个原子间距)的位错叫部分位错。柏氏矢量不等于最短平移矢量的整数倍的位错叫不全位错。不全位错沿滑移面扫过之后，滑移面上下层原子不再占有平常的位置，产生了错排

4、，形成了堆垛层错(Stackingfault)。在密排面上，将上下部分晶体作适当的相对滑移，或在正常的堆垛顺序中抽出一层或插入一层均可形成层错。金属中出现层错的几率与层错能的大小有关。在层错能高的材料如铝中，则其中看不到层错；在层错能低的材料如奥氏体不锈钢或α黄铜中，可能形成大量的层错。见表7-4。层错破坏了晶体中正常的周期性，使电子发生额外的散射，从而使能量增加，但是层错不产生点阵畸变，因此层错能比晶界能低得多。对于多层(111)面按ABCABC…顺序堆垛而成的FCC晶体，B层原子滑移到C位置时就形成了一层层错，增加了晶

5、体的层错能。如果层错能较小，则B层原子会停留亚稳的C位置；若层错能较大，则B原子会连续滑移两次而回到B位置。FCC中全位错滑移时原子的滑动距径B层原子的滑动分两步：B→C→BShockley分位错的定义：在FCC晶体中位于{111}晶面上柏氏矢量为b=a/6<112>的位错。晶体中的层错区与正常堆垛区的交界即是不全位错。在面心立方晶体中，存在两种不全位错，即是肖克莱(Shockley)不全位错和弗兰克(Frank)不全位错。肖克莱(Shockley)不全位错(刃型)的结构位错线左侧的正常堆垛区的原子由B位置沿柏氏矢量b2滑

6、移到C位置，即层错区扩大，不全位错向左滑移。肖克莱不全位错可以是刃型、螺型和混合型。肖克莱不全位错可以滑移。Shockley分位错的特点：(a)位于孪生面上，柏氏矢量沿孪生方向，且小于孪生方向上的原子间距:(b)不仅是已滑移区和未滑移区的边界，而且是有层错区和无层错区的边界。(c)可以是刃型、螺型或混合型。(d)只能通过局部滑移形成。即使是刃型Shockley不全位错也不能通过插入半原子面得到，因为插入半原子面不可能导致形成大片层错区。(e)即使是刃型Shockley不全位错也只能滑移，不能攀移，因为滑移面上部（或下部）原

7、子的扩散不会导致层错消失，因而有层错区和无层错区之间总是存在着边界线，即肖克莱不全位错线。(f)即使是螺型肖克莱不全位错也不能交滑移，因为螺型肖克莱不全位错是沿〈112〉方向，而不是沿两个{111}面（主滑移面和交滑移面）的交线〈110〉方向，故它不可能从一个滑移面转到另一个滑移面上交滑移。面心立方晶体中的Frank位错除局部滑移外，通过抽出或插入部分{111}面也可形成局部层错。如(a)图，从无层错区{111}面中抽出部分{111}面，堆垛次序由ABCABCABC…变为ABCABABC…，从而产生了局部层错，其层错区与正

8、常堆垛区交界就是Frank位错。其柏氏矢量为b=a/3<111>。类似的，插入部分{111}面后也会形成Frank位错。Frank位错不能滑移，只能攀移。Frank分位错的特点：(a)位于{111}晶面上，可以是直线、曲线和封闭环，但是无论是什么形状，它总是刃型的。因为b=1/3<111>和{111}晶