体心立方滑移系列

1、体心立方滑移组员：苏冯瑞董1.实际晶体中位错的分类简单立方晶体中位错的伯努利矢量b总是等于晶格矢量。然而，在实际晶体中，位错的伯努利矢量不仅等于晶格矢量，而且小于或大于晶格矢量。通常，伯努利矢量等于单位晶格矢量的位错称为“单位位错”；伯努利矢量等于晶格矢量或其整数倍的位错称为“全位错”，在全位错滑移后，晶体原子的排列保持不变；伯努利矢量不等于晶格矢量整数倍的位错称为“不完全位错”，不完全位错滑移后原子排列规律发生变化。2.实际晶体中位错的柏柏尔矢量在实际晶体结构中，位错的伯努利矢量不能是任意的，它必须符合晶体的结构和能量条件。晶体的结构条件意味着伯努利矢量必须将一个原子的平衡位置与另一个连接起

2、来。根据能量条件，由于位错能量与b2成正比，B越小，它越稳定，也就是说，单位位错是最稳定的位错。伯努利矢量b的大小和方向由b=Cuvw表示，其中C是常数，uvw是伯努利矢量的方向，伯努利矢量的大小为：表1给出了典型晶体结构中单位位错的伯努利矢量及其大小和方向。表1典型晶体结构中单位位错的柏柏尔矢量3.位错反应位错反应是位错的合并和解离，即具有不同伯努利矢量的位错线合并成一条位错线，或者一条位错线分解成具有不同伯努利矢量的两条或更多条位错线。位错使晶格畸变，伯努利矢量是反映位错周围晶格畸变之和的参数。因此，位错的组合实际上是晶体中同一区域两种或两种以上畸变的叠加，而位错的分解是晶体中某一区域具有

3、集中畸变并松弛成两种或两种以上畸变。位错反应能否进行取决于以下两个条件：几何条件根据伯努利矢量守恒，反应后的错误伯努利矢量之和应等于反应前的错误伯努利矢量之和，即(4-1)能源状况从能量的角度来看，位错反应必然是伴随着能量减少的过程。由于位错的能量与其伯努利矢量的平方成正比，反应后的位错能量之和应该小于反应前的，也就是说，(4-2)在分析位错反应时，通常用几何条件来确定位错反应能否进行，然后用能量条件来确定位错反应的方向。4.体心立方晶体中的位错在体心立方晶体中，密堆积方向111作为滑移方向，所有位错的伯努利矢量为111，对应的滑移面为110、112和123。由于这三个滑动面都有相同的111方

4、向，螺钉错位容易发生交叉滑动。在低温变形的体心立方金属中观察到的大部分位错是长直螺旋位错。这表明螺旋位错与边缘位错相比具有较差的迁移率，并且它是控制体心立方结构中金属滑移特性的主要位错组态。4.1完全位错的合成反应除了位错，伯努利矢量a001也有位错，这有时可以在位错网中观察到。A001型全位错可以通过两种全位错的合成反应得到，即如图4.16所示，如果具有沿(101)面的伯努利矢量的位错与具有沿该面的伯努利矢量的位错相遇，则可以根据上述反应合成新的位错。图4.16 001总位错的形成和解理裂纹的成核合成的新位错线沿着两个滑移面之和的交线010方向，伯努利矢量是一种固定位错001，其对应的半原子

5、面正好沿着解理面(001)，容易成为解理裂纹的起始位置，如图4.16(b)所示。4.2堆垛层错在体心立方晶体中，110面的堆积密度最大，因此体心立方晶体可以看作是由110面堆积而成。如图4.17所示，两个相邻面上原子的堆积顺序是AB AB AB，有两层和一个循环。可以被第二层中的原子占据的B位置是一个马鞍形凹槽。图4.17平面上相邻两层原子分布图在凹坑中心的两侧有两个同样稳定的位置B1和B2，这两个位置都是B层中原子占据的最小能量，因此提供了形成堆垛层错的可能性。显然，如果B层原子的位置向凹坑的中心B1或B2移动，可以得到两个滑移型堆垛层错：滑移型堆垛层错.ab ab ab 1 ab 1 ab

6、 1.或者.ab ab ab 2 ab 2 ab 2.(4-4)图4.17平面上相邻两层原子分布图在体心立方晶体中，也有可能在112面上形成断层。112面是体心立方晶体中最常见的滑移面，也是孪晶面，为顺层断层的形成提供了有利条件。然而，112不是一个紧密堆积的表面，因此它不能以刚性球的密集堆积方式层层堆积，如图4.18(a)所示。如果沿着这个方向看，每个原子在(110)平面上的投影可以如图4.18(b)所示。n图上标有a、c和e的原子位于(110)面上，用“”表示；而标有b、d和f的原子沿方向与(110)平面分离，用“”表示。可见表面的叠加特征是每六层为一个周期，即ABCDEF ABCDEF

7、AB (4-5)此外，由于原子在沿方向的两个相邻平面上的高度不同，体心立方晶体的堆积特性可以描述为平面堆积循环中每两个平面的一组：A1 A2 B1 B 2 C1 C2 A1 A2 B1 B 2 C1 C2 A1 A2(4-6)图4.18平面上的原子分布和堆积特征(a)原子在平面上的分布；原子在(110)面上的投影根据上述112面的堆垛特征，在体心立方晶体中有三种方式形成堆垛层错。滑动模式从图4.18可以看出，该平面与(110)平面相交，相交线正好是滑移方向。每两个相邻层中原子之间的相对滑动矢量如图4.19所示。如果一层平面原子(如一层原子)的上面部分相对于下面的一层F层滑移，体心立方晶体的堆垛

8、层序可以改变形成I1本征堆垛层错：I1=FEDCBAFEFEDCBA (4-7)图4.19原子在(110)平面上的投影(表示纸上的原子；代表位于纸下面的原子)提取方法如果在体心立方晶体的正常堆垛循环中提取一对原子层(如碳层和丁层)，可以形成以下I2型本征堆垛层错：I2=FEDCBAFE BAFEDCBA (4-8)插入法如果晶体在体心立方晶体的正常堆积周期中被切割在某个B面上，其上每一层的原子将沿该方向向上移动通过在间隙中插入一对原子层(例如，e层和f层)，可以形成e型外延堆叠缺陷：E=CDEFABE FCDEFABC (4-9)在改变112面的堆叠顺序的过程中，相邻原子层的结合状态应该被破坏

9、或相应地改变。根据所涉及的原子键损伤程度，可以认为I1本征堆垛层错所需的能量最小，而形成另外两个堆垛层错所需的能量较大。因此，在体心立方晶体中，I1型是主要的堆垛层错，其他两种堆垛层错没有什么实际意义。4.3不完全脱位氮在体心立方晶体中可能形成的不完全位错主要包括：1)当部分堆垛层错形成在110面上时，边界为不完全位错；2)当部分堆垛层错形成在112面上时，其边界为不完全位错或。另外，在体心立方晶体中，I3型堆垛层错可能是在I1型堆垛层错的基础上形成的，相应112面的堆垛顺序如下：I3=FEDCBAF F A AFEDCBA(4-10)图4.20 (a)部分I1型叠加断层和(b)表面形成的部分

10、I3型层这种I3型堆垛层错相当于一个具有三个原子层厚度的孪晶，它可以被视为FE和ed原子层通过两个不完全位错连续滑移的结果，这两个不完全位错的伯努利矢量是基于I1型堆垛层错的总和，如图4.20(a)所示。如果在112面上形成一部分I3型堆垛层错，其边界的一端是分布在三个相邻滑移面上的三个不完全位错，另一端是伯努利矢量和等于零的区域位错，如图4.20(b)所示。4.4延伸错位110面上的扩展位错如图所示，当B层中的原子从一个平衡位置滑到另一个平衡位置时，很容易将全位错运动分解为三个不完全位错的运动，即这种全位错分解的特点是三个不完全位错位于同一滑移面。其中，位错留在原位错所在的位置，两个不完全位

11、错形成扩展位错的两个边界。平面上两个相邻原子层的分布图科恩等人用这个模型来想象螺旋位错分解形成滑移型扩展位错的可能性，如图4.21(a)所示，这被称为滑移分解。Kroupa等人还假设螺旋位错可以在属于111带状轴的三个110平面内分解，如图4.21(b)和(c)所示。位错反应如下：它是一种中心螺旋位错，通过三个片层与其他三种不完全位错相连，因此称为三叶形位错。在图4.21中，(b)和(c)是两个等价的状态，它们可以沿同一位错线交替延伸。图4.21在110平面上用伯努利矢量分解螺旋位错(a)它可以通过滑动分解；(b)和(c)是防滑分解，两种状态之间的差值为180112面上硼的扩展位错弗兰克等人根

12、据以下公式提出螺旋位错可以在112面上分解和扩展：这是因为一个螺旋型完全位错被分解成两个螺旋型不完全位错，它们位于同一个滑移面上，如图4.22(a)所示。这种位错组态可以在外力作用下整体滑移，也称为滑移分解。Hirsch等人提出了螺旋位错沿着属于111晶带轴的三个112面分解的可能性，如图4.22(b)所示，即n的特征是形成三个相交的叠层，以三个螺旋不完全位错为边界，但没有中心不完全位错。根据Sleeswyk，中心没有完全位错的扩展位错是不稳定的，应该分解，如图4.22(c)所示。当没有应力时，图4.22(c)所示的配置可以有三种等效情况(差值为120)。位于不同滑移面上的不完全位错的分解也称为非滑移分解。形成的扩展位错组态具有阻止其它位错滑移的特性。图4.22