东南大学材料科学基础晶体缺陷讲义.ppt

材料科学基础 薛烽东南大学材料科学与工程学院2008 4 晶体缺陷 概念及分类 0 点缺陷 1 位错的基本知识 2 位错的运动 3 位错的生成与增殖 5 位错的弹性性质 4 实际晶体中的位错 6 缺陷的概念及分类 平移对称性的示意图平移对称性的破坏 一 缺陷的概念 缺陷的概念及分类 晶体缺陷普遍存在晶体缺陷数量上微不足道缺陷的存在只是晶体中局部的破坏 因为缺陷存在的比例毕竟只是一个很小的量 通常情况下 例如20 时 Cu的空位浓度为3 8 10 17 充分退火后Fe中的位错密度为1012m 2 空位 位错都是以后要介绍的缺陷形态 缺陷的概念及分类 二 缺陷的分类缺陷是局部原子排列的破坏 按照破坏区域的几何特征 缺陷可以分为四类 点缺陷 PointDefect 在三维方向上尺寸都很小 又称零维缺陷 典型代表有空位 间隙原子及杂质原子等 线缺陷 LineDefect 在空间两个方向尺寸很小 一个方向尺寸较大 可以和晶体或晶粒线度相比 又称一维缺陷 典型的线缺陷是位错 是本章重点讨论对象 面缺陷 PlaneDefect 在空间一个方向尺寸很小 另两个方向尺寸较大 又称二维缺陷 如晶界 晶体表面及层错等 体缺陷 在三维方向上尺度都较大 那么这种缺陷就叫体缺陷 又称三维缺陷 如沉淀相 空洞等 缺陷的概念及分类 多晶体中的常见缺陷模拟图 7 1点缺陷 PointDefect 7 1 1点缺陷的形成一 点缺陷的类型在点阵节点上或邻近的区域内偏离晶体结构的一种缺陷 包括空位 间隙原子 杂质或溶质原子等 1 空位 Vacancy 由于某种原因 原子脱离了正常格点 而在原来的位置上留下了原子空位 或者说 空位就是未被占据的原子位置 2 间隙原子 Interstitialatom 间隙原子就是进入点阵间隙中的原子 7 1点缺陷 PointDefect 空位和间隙原子作为缺陷 会引起点阵对称性的破坏 7 1点缺陷 PointDefect 二 点缺陷的形成一种方式是热运动 具有足够能量的原子会离开原来位置 离位原子迁移到晶体的表面或晶界 肖脱基空位 离位原子挤入晶体的间隙位置 在晶体内部同时形成数目相等的空位和间隙原子 弗仑克尔空位 离位原子迁移到其它空位中 空位移位 7 1点缺陷 PointDefect 三 离子晶体中的点缺陷肖脱基 Schottky 缺陷 对于离子晶体 为了维持电性的中性 要出现空位团 空位团由正离子和负离子空位组成 其电性也是中性的 7 1点缺陷 PointDefect 弗伦克尔 Frenkel 缺陷 在产生空位时同时产生相同反性电荷的自间隙离子以保持晶体的中性 7 1点缺陷 PointDefect 7 1 2点缺陷的平衡浓度晶体中出现点缺陷后 对体系存在两种相反的影响 造成点阵畸变 使晶体的内能增加 提高了系统的自由能 降低了晶体的稳定性 增加了点阵排列的混乱度 系统的微观状态数目发生变化 使体系的组态熵增加 引起自由能下降 当这对矛盾达到统一时 系统就达到平衡 因为系统都具有最小自由能的倾向 由此确定的点缺陷浓度即为该温度下的平衡浓度 7 1点缺陷 PointDefect 我们知道 系统的自由能F U TS设一完整晶体中总共有N个同类原子排列在N个阵点上 若将其中n个原子从晶体内部移至晶体表面 则可形成n个肖脱基空位 假定空位的形成能为Ef 则晶体内能将增加DU nEf 另一方面 空位形成后 由于晶体比原来增加了n个空位 因此晶体的组态熵 混合熵 增大 根据统计热力学原理 组态熵可表示为 Sc klnW其中k为玻尔兹曼常数 1 38 10 23J K W为微观状态数 7 1点缺陷 PointDefect 由于 N n N n 中各项的数目都很大 N n 1 可用斯特林 Stirling 近似公式lnx xlnx x x 1时 将上式简化 此时系统自由能变化DF 在平衡态 自由能应为最小 即 7 1点缺陷 PointDefect 可得空位平衡浓度 7 1点缺陷 PointDefect 其中 A exp DSv k 由振动熵决定 一般估计A在1 10之间 如果将上式中指数的分子分母同乘以阿伏加德罗常数NA C Aexp NAEv kNAT Aexp Qf RT 式中Qf为形成1mol空位所需作的功 R为气体常数 8 31J mol 按照类似的方法 也可求得间隙原子的平衡浓度 7 1点缺陷 PointDefect 7 1点缺陷 PointDefect 7 1点缺陷 PointDefect 7 1 3点缺陷的运动 7 1点缺陷 PointDefect 7 1点缺陷 PointDefect 7 1 4点缺陷对材料性能的影响1 电阻率的变化 2 密度的变化我们现在简单地考虑肖脱基空位 假设一个空位形成后体积将增加v v为原子体积 n个空位形成后 晶体体积增加V nv 由此而将引起密度的减小 当然这里没有考虑空位形成后晶格的畸变 7 1点缺陷 PointDefect 3 空位对金属的许多过程有着影响 特别是对高温下进行的过程起着重要的作用 显然 这与高温时空位的平衡浓度急剧增高有关 诸如金属的扩散 高温塑性变形的断裂 退火 沉淀 表面化学热处理 表面氧化 烧结等过程都与空位的存在和运动有着密切的联系 7 1点缺陷 PointDefect 7 1 5热力学非平衡点缺陷1 淬火 将晶体加热到高温 形成较多的空位 然后从高温急冷到低温 使空位在冷却过程中来不及消失 在低温时保留下来 形成过饱和空位 2 辐照 用高能粒子 如快中子 重粒子等辐照晶体时 由于粒子的轰击 同时形成大量的等数目的间隙原子和空位 辐照过程产生的点缺陷往往由于级联反应而变得非常复杂 如 每个直接被快中子 1Mev 击中的原子 大约可产生100 200对空位和间隙原子 3 塑性变形 晶体塑性变形时 通过位错的相互作用也可产生大量的饱和点缺陷 以后会讲到 7 2位错 Dislocation 晶体生长和相变过程常常依赖位错进行 金刚砂晶体生长的螺线 7 2位错 Dislocation 晶体的力学性能与位错密切相关 7 2位错的基本知识 7 2 1位错概念的产生是对晶体塑性变形过程研究的结果 7 2位错的基本知识 研究结果表明晶体塑性变形与晶体结构存在相关性 滑移面滑移方向临界切应力 导致滑移的滑移面滑移方向上最小切应力 钴单晶形变扫描电镜图 7 2位错的基本知识 上述过程的宏观特征 上述过程的微观特征 7 2位错的基本知识 1926年 晶体屈服强度的计算 弗兰克 Frenkel 的刚体模型晶体 完整的简单结构 平行于滑移面的原子面间距为a 7 2位错的基本知识 假定t是x的正弦函数 其中tm对应正弦函数的振幅 a是周期 tm估计 一方面 考虑位移很小 x a 的情况 另一方面 形变很小时 应力和应变满足虎克定律 即 t Gg Gx bG为切变模量 g为切应变 7 2位错的基本知识 比较上述公式 有 当a b时 有 即tm的数量级为0 1G 7 2位错的基本知识 问题 计算结果与实验值相距甚远 7 2位错的基本知识 很多人对此模型进行了仔细修正 主要是考虑了原子间力的短程性 计算出的 m仍有约G 30 与实验值相差依然很大 7 2位错的基本知识 1934年M Polanyi E Orowan和G Taylor差不多同时提出了位错的局部滑移理论 此后一段时间内由于缺乏实验手段验证 存在争议 1956年门特 J W Menter 用电子显微镜 TEM 直接观察到铂钛花青晶体中的位错 7 2位错的基本知识 位错的观察 氟化锂表面浸蚀出的位错露头的浸蚀坑 KCl晶体是透明的 用杂质辍饰后可以见到白色的 位错 7 2位错的基本知识 TEM观察到的钛合金中的位错 TEM观察到的位错与第二相相互作用 7 2位错的基本知识 位错在哪里 假设在滑移面上有部分面积已经滑移 上下侧相对滑移了一个矢量 在已滑移区和未滑移区的交界处必然存在很大畸变 这就是位错 7 2位错的基本知识 7 2 2位错的基本类型和柏氏矢量一 刃型位错 EdgeDislocation 韧型位错的原子组态 7 2位错的基本知识 产生韧型位错的过程 EF 位错线ABCD 滑移面滑移矢量多余半原子面 7 2位错的基本知识 刃型位错的几何特征 位错线与其滑移矢量d垂直 刃型位错可以为任意形状的曲线 有多余半原子面 可分为正和负 多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型位错 用 表示正 反之为负刃型位错 用 表示 正负是相对的还是绝对的 点阵发生畸变 产生压缩和膨胀 形成应力场 随着远离中心而减弱 何处发生压缩 何处发生膨胀 位错是狭长型的 是线缺陷 每根位错的滑移面唯一确定 7 2位错的基本知识 考虑一下 还可以采用什么方式构造出一个刃型位错 7 2位错的基本知识 二 螺型位错螺型位错的原子组态 7 2位错的基本知识 产生螺型位错的过程 EF 位错线ABCD 滑移面滑移矢量没有多余半原子面 7 2位错的基本知识 7 2位错的基本知识 7 2位错的基本知识 螺位错的几何特征 螺位错线与其滑移矢量d平行 故纯螺位错只能是直线 当螺卷面为右手螺旋时 为右螺位错 反之为左螺位错 螺位错的左右螺是绝对的么 螺位错没有多余原子面 它周围只引起切应变而无体应变 每根螺位错的滑移面不唯一 为什么 也是包含几个原子宽度的线缺陷 7 2位错的基本知识 三 混合型位错位错线与滑移矢量呈一般的关系 7 2位错的基本知识 讨论 图中何处是刃位错和螺位错 7 2位错的基本知识 四 柏氏矢量目的 描述位错的主要性质与特征思路 有缺陷晶体与完整晶体比较柏格斯 Burgers 于1939年提出柏格斯矢量 简称柏氏矢量 或柏矢量 以b表示 7 2位错的基本知识 1 柏氏回路与柏氏矢量的确定柏氏回路 实际晶体中 在位错周围的 好 区内围绕位错线作的一任意大小闭合回路 回路方向 右手螺旋法则 即规定位错线指出屏幕为正 右手的拇指指向位错的正向 其余四指的指向就是柏氏回路的方向 7 2位错的基本知识 2 柏矢量的确定在位错周围的 好 区内围绕位错线作一任意大小的闭合回路 按照同样的作法在理想晶体中作同样的回路 理想晶体中回路终点Q与起点M不重合 连接Q与M的矢量b即为柏氏矢量 7 2位错的基本知识 7 2位错的基本知识 对刃型位错 刃型位错的柏氏矢量与位错线相垂直 位错线以出纸面方向为正向 右手螺旋法则确定回路的方向 右手拇指 位错线正向 四指 柏氏回路方向 刃型位错正负的判断 右手法则 食指 位错线方向 中指 柏氏矢量方向 拇指 上正下负 对螺型位错 螺型位错的柏氏矢量与位错线平行 方向一致 右旋 不一致 左旋 7 2位错的基本知识 7 2位错的基本知识 3 柏氏矢量的物理意义柏氏回路实际上是将位错线周围原子排列的畸变迭加起来 用柏氏矢量加以表示 因此 柏氏矢量的物理意义为 柏氏矢量是对位错周围晶体点阵畸变的叠加 b越大 位错引起的晶体弹性能越高 7 2位错的基本知识 4 柏氏矢量的表示方法 1 柏氏矢量 对于柏氏矢量b沿晶向 uvw 的位错 2 柏氏矢量的模 柏氏矢量的模的计算就是矢量模的计算 对于立方晶系 3 位错的加法按照矢量加法规则进行 7 2位错的基本知识 5 柏矢量的守恒性由于在作柏氏回路时 只要求它保持在晶体的无缺陷区即可 对其形状和位置并没有限制 这意味着柏氏矢量的守恒性 回路大小 位置变化 柏氏矢量不变 柏氏矢量的守恒性体现为 1 一条不分岔的位错线只有一个柏矢量 2 数条位错交于一点时 流入节点的各位错线的柏矢量和等于流出节点的各位错线柏矢量之和 即 bi 0 7 2位错的基本知识 从柏氏矢量的这些特性可知 位错线只能终止在晶体表面或晶界上 而不能中断于晶体的内部 在晶体内部 它只能形成封闭的环或与其他位错相遇于节点形成位错网络 7 2位错的基本知识 晶体中的位错组态常常是位错网络 在经强烈冷加工后 晶体中的位错组态很复杂 经常出现象发团一样的位错现象发团一样的位错 缠结 7 2位错的基本知识 除了位错网络外 位错还可以单独地以位错环的形式存在 7 2位错的基本知识 讨论 图中A B C D处位错的性质 7 3位错的运动 滑移 位错线沿着滑移面的移动攀移 位错线垂直于滑移面的移动7 3 1位错的滑移 7 3位错的运动 一 位错的滑移1 刃型位错 正刃型位错负刃型位错 7 3位错的运动 当一个刃型位错沿滑移面滑过整个晶体 就会在晶体表面产生宽度为一个柏氏矢量b的台阶 造成晶体的塑性变形 在滑移时 刃型位错的移动方向一定是与位错线相垂直 即与其柏氏矢量相一致 位错线沿着滑移面移动时 它所扫过的区域是已滑移区 而位错线未扫过的区域为示滑移区 7 3位错的运动 2 螺型位错 7 3位错的运动 7 3位错的运动 在切应力作用下 螺型位错的移动方向是与其柏氏矢量相垂直 7 3位错的运动 螺位错的交滑移 7 3位错的运动 3 混合型位错 7 3位错的运动 7 3 2刃型位错的攀移 7 3位错的运动 7 4位错的弹性性质 7 4 1位错的应力场目标 位错引起的畸变 能量变化方法 连续介质方法 点阵离散方法一 位错的连续介质模型1 基本思想位错可分为位错心和位错心以外两部分分别处理 位错中心 畸变严重 要直接考虑晶体结构和原子间的相互作用 问题变得非常复杂 远离位错中心 畸变较小 可视作弹性变形区 简化为连续介质 用线性弹性理论处理 即位错畸变能可以通过弹性应力场和应变的形式表达出来 7 4位错的弹性性质 2 应力与应变的表示方法 角标的第一个符号表示应力作用面的外法线方向 第二个下标符号表示该应力的指向6个是独立 xx yy zz txy txz和tyz txy tyx txz tzx tyz tzy 6个应变分量 xx yy zz gxy gxz和gyz 7 4位错的弹性性质 二 螺型位错应力场构造 空心圆柱体 沿xoz面切开至中心 晶体割开面两岸沿z轴相对位移b 再胶合起来 只有一个切应变 gz g z b 2 r相应的切应力 tz t z Ggz Gb 2 r 7 4位错的弹性性质 螺型位错的应力场具有以下特点 螺型位错只有切应力分量 没有正应力分量 表明螺型位错不引起晶体的膨胀和收缩 螺型位错的切应力分量只与其到位错中心的距离r有关 与 Z 表明螺型位错的应力场是轴对称的 并且随着与位错距离的增加而减弱 要注意的是 上述公式并不适用于位错核心区域 r接近0 7 4位错的弹性性质 三 刃型位错应力场构造 将一空心弹性圆柱体沿径向切开至中心 然后将割口上下晶体沿x轴方向相对滑移一柏氏矢量b 再粘合起来 u x y z v x y z w x y z 表示沿x y z轴的位移分量 I z方向没有发生变形 即w 0II x y方向的变形与z无关 即 du dz 0dv dz 0这种形变系统属于典型的平面形变问题 应用经典弹性力学理论可以得到刃型位错各应力分量为 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 刃型位错应力场具有以下特点 刃型位错不仅有正应力同时还有切应力 并且其大小与r成反比 所有的应力与沿位错线的方向无关 应力场与半原子面左右对称 本例中与y轴对称 包含半原子面的晶体 y 0 xx0 说明晶体受拉应力 在滑移面上 y 0 只有切应力 没有正应力 7 4位错的弹性性质 刃位错应力分量符号与位置的关系 7 4位错的弹性性质 7 4 2位错的应变能位错中心的能量Ec 点阵畸变很大 点阵模型 1 10 1 15位错中心区域以外的能量 弹性力学理论采用连续介质弹性力学模型根据单位长度位错所作的功 7 4位错的弹性性质 韧性位错的应变能 如图 单位长度韧位错假设从完整晶体至目前状态逐步进行 7 4位错的弹性性质 同样可得螺型位错应变能 考虑到一般金属的泊松比v 0 3 0 4 若取 1 3 则刃型位错的弹性应变能比螺型位错约大50 7 4位错的弹性性质 对混合位错 混合位错的角度因素 k 1 0 75 7 4位错的弹性性质 位错的能量包括两部分 Ec和Ee 位错中心区的能量Ec一般小于总能量的1 10 常可忽略 而位错的弹性应变能正比于lnR r0 位错应变能与b2成正比 因此 b 小的位错更稳定 因而 b 大的位错可能分解为 b 小的位错 以降低系统能量 同时位错滑移方向一般都是沿原子的密排方向 Ees Eee 1 n 对金属而言 n约在1 3左右 因此螺型位错的弹性应变能约为刃型位错的2 3 由于位错线的能量正比于其长度 因此位错线有变直的趋势 尽管与点缺陷类似 位错的存在同时使体系的内能和熵值增加 但相对来说 熵值增加比内能增加小得多 可以忽略不计 因而从热力学上来说 位错的存在是不稳定的 7 4位错的弹性性质 7 4 3位错运动的动力和阻力一 位错滑移的动力位错在外切应力作用下 将会在滑移面上产生滑移运动 由于位错的滑移方向总是与位错线垂直 因此 可以理解为有一垂直于位错线的力作用在位错线上 如果作用在位错线的力为F 并使位错位移ds 该力做功为W 则有 F dW ds 7 4位错的弹性性质 设位错贯穿晶体长度为l 当滑移ds距离时 法向力作功为Fds若晶体滑移面总面积为A 位错滑移ds距离使滑移区同样增加ds距离 产生的滑移量为 分切应力所作的功 7 4位错的弹性性质 二 位错滑移的点阵阻力位错所受滑移力大于滑移的阻力时 位错就可滑动 位错核心区域的原子错排导致位错核心具有能量并阻碍位错运动 当位错在周期排列的点阵移动时会改变其能量 从而位错移动时受到周期性的期性的晶格阻力晶格阻力 称Peierls Nabarro P N模型 7 4位错的弹性性质 二 位错滑移的点阵阻力位错所受滑移力大于滑移的阻力时 位错就可滑动 位错核心区域的原子错排导致位错核心具有能量并阻碍位错运动 当位错在周期排列的点阵移动时会改变其能量 从而位错移动时受到周期性的期性的晶格阻力晶格阻力 称Peierls Nabarro P N模型 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 7 4 4位错的线张力因为位错能量与位错线的长度成正比 所以它有尽可能缩短其长度而降低自由能的趋势 定义 位错线增加单位长度时 引起晶体能量的增加 即 单位长度位错的应变能 数量级为Gb2 考虑到位错通常都是弯曲的 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 7 4 5位错间的相互作用力1 平行螺位错间的力位错b1在 r 处的切应力为 显然 位错b2在tqZ作用下受到的力为 7 4位错的弹性性质 2 平行刃位错间的力b1应力场中 只有切应力分量 yx和正应力分量 xx对位错b2起作用 前者驱使其沿X轴方向滑移 后者驱使其沿Y轴方向攀移 这两个力分别为 7 4位错的弹性性质 同号刃性位错的交互作用异号刃位错的交互作用 7 4位错的弹性性质 7 4 6位错塞积 7 4位错的弹性性质 塞积群在垂直于位错线方向的长度 对于刃型位错为nGb pt 1 v 对于螺型位错为nGb pt 其中n为塞积群中的位错总数 t为外加切应力 实际上应为减掉晶格阻力之后的有效切应力 可见塞积群的长度正比于n 反比于t 当有n个位错被外加切应力t推向障碍物时 在塞积群的前端将产生n倍于外力的应力集中 7 4位错的弹性性质 刃型位错塞积造成的微裂纹 7 4位错的弹性性质 7 4 7运动位错的交割割阶扭折1 两刃型位错的交割 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 2 刃型位错与螺型位错的交割 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 3 两螺型位错的交割 7 4位错的弹性性质 7 4位错的弹性性质 带刃型割阶的螺型位错的运动 7 4位错的弹性性质 带刃型割阶的螺型位错的运动 7 4位错的弹性性质 7 4 8位错与点缺陷的交互作用 科垂耳 Cottrell 简化模型 首先假定 晶体为连续弹性介质 溶质原子为刚球 溶质原子所引起的畸变是球面对称的 错配度 由于溶质原子与位错有相互作用 若温度和时间允许 它们将向位错附近聚集 形成溶质原子气团即所谓的柯垂耳 Cottrell 气团 使位错的运动受到限制 7 4位错的弹性性质 位错与溶质原子的相互作用示意图 7 5位错的生成与增殖 7 5 1位错密度 严格地说 v与 s是不同的 一般来说 v s 一些实例 1 剧烈冷加工的晶体 s 1016m 2 2 充分退火的金属晶体 s 108 1012m 2 3 精心制备超纯半导体 s 106m 2 即使在 s 1016m 2的情况下 则试样的任一平面上 约1000个原子中才有一个位错露头 最终缺陷所占的比例很小 7 5位错的生成与增殖 7 5 2位错的生成1 凝固时相位略有偏差的两部分晶体交会时由于原子错配而形成位错 例子 2 在随后的生长及冷却过程中 由于温度梯度 成分不均 晶体结构变化等将导致局部应力集中 从而导致位错产生 3 过饱和空位聚集形成空位片 在应力作用下 可发生塌陷而在空位片周围形成位错环 7 5位错的生成与增殖 7 5 3位错的增殖在晶体塑性变形过程中 有大量的位错滑移出晶体表面而消失 晶体中位错数量按理将越来越少 但是实验表明 塑性变形过程中位错的数量不仅没有减少 反而大大增加了 这表明 位错在以某种方式进行增殖 这个能增殖位错的地方就是位错源 7 5位错的生成与增殖 Frank Read提出的位错增殖机制 U型平面源 7 5位错的生成与增殖 7 5位错的生成与增殖 Frank Read提出的位错增殖机制 U型平面源1 滑移面上存在一刃位错DD 2 DD 两端被钉轧 3 在外力作用下 DD 开始运动 4 由于D D 点被钉轧 位错线弯曲扩展 并会发生回转 5 由于位错的柏氏矢量不变 因此弯曲回转后位错各处性质发生变化 6 p q处位错同为纯螺型位错 且旋向相反 相遇时彼此抵消 7 形成位错环继续扩展 留下DD 位错循环上述过程 7 5位错的生成与增殖 通常l的数量级为10 4cm b 10 8cm 则上式给出的 c约为10 4 如果把位错源的开动看成是晶体的屈服 则 c就是临界分切应力 这和实际晶体的屈服强度接近 7 5位错的生成与增殖 双交滑移机制 7 5位错的生成与增殖 单边F R源动作过程 7 6 1实际晶体中位错的柏氏矢量全位错单位位错不全位错分位错 典型晶体结构中单位位错的柏氏矢量及其大小和数量 7 6实际晶体中的位错 面心立方晶体中的全位错 7 6实际晶体中的位错 7 6 2堆垛层错1 正常堆垛顺序 7 6实际晶体中的位错 7 6实际晶体中的位错 7 6实际晶体中的位错 7 6实际晶体中的位错 2 堆垛层错堆垛层错 实际晶体中堆垛顺序与正常的堆垛顺序出现差异 抽出型层错插入型层错 7 6实际晶体中的位错 形成堆垛层错后并没有产生点阵畸变 也不改变最近邻关系 仅仅改变了原子间的次近邻关系 但是它破坏了晶体的周期性和完整性 因此也会导致晶体能量的增加 这部分增加的能量称为层错能 层错能越小 层错出现的几率越大 7 6实际晶体中的位错 7 6 3不全位错如果堆垛层错不是发生在整个晶面上 而是终止在晶体内部 则层错与完整晶体的交界处就存在柏氏矢量b不等于点阵矢量的不全位错 7 6实际晶体中的位错 一 肖克莱不全位错在 111 面上把任意一层原子面以上的部分晶体沿b1方向作相对滑移 这样形成的位错是全位错 但是这样运动能量较大 如果按如图所示的路径 分两步滑动 引起的晶体畸变要小得多 7 6实际晶体中的位错 7 6实际晶体中的位错 肖克莱位错的特点 柏氏矢量平行于层错面 由于层错只能位于一个平面上 因此位错为二维曲线 只能滑移 造成层错面的扩大或缩小 不能攀移 位错可为刃型 螺型和混合型 7 6实际晶体中的位错 7 6实际晶体中的位错 7 6实际晶体中的位错 二 弗兰克不全位错如果在fcc晶体的 111 面间插入或抽出半个原子面 这样形成的层错边界就是弗兰克不全位错 如图所示 注意是抽去或插入半个原子面 这样形成的不全位错柏矢量为 垂直于 111 面 垂直于层错面和位错线 是纯刃型的 需要指出的是 弗兰克不全位错不能在滑移面上进行滑移 否则就要离开所在的 111 面 所以有时把弗兰克不全位错称为不滑动位错 不过弗兰克不全位错能够通过点缺陷的运动沿层错面进行攀移 使层错面扩大或缩小 7 6实际晶体中的位错 7 6实际晶体中的位错 正弗兰克不全位错的形成 7 6实际晶体中的位错 7 6实际晶体中的位错 正弗兰克不全位错的运动 7 6实际晶体中的位错 7 6实际晶体中的位错 4 位错反应位错反应 晶体中组态不稳定的位错转化为组态稳定的位错 或具有不同柏氏矢量的位错发生合并或分解等转换 两个条件 几何条件 根据柏氏矢量守恒性的要求 反应前后位错的柏氏矢量之和应当相等 即 Sb前 Sb后能量条件 位错反应应当是一个导致系统能量降低的过程 因此反应后位错的总能量应当小于反应发生时的能量 由于位错的能量正比于位错的柏氏矢量b2 因此