面心立方晶體
面心立方晶體中的不全位錯
肖克萊不全位錯
圖為肖克萊不全位錯的刃型結構。上半圖是面心立方晶體的( )面,圓圈代表前一個面上原子排列的位置,黑點代表後一個面上原子排列的位置。原子的連線看起來似乎是一個平面上的菱形,實際上是一前一後兩個平面上相鄰原子的連線。下半圖是把上半圖中A層與C層在 面上作投影。分層使用了不同的符號,◇代表A層,原子呈密排,△代表緊接A層之下的C層,也是密排的。讓A層的右半部滑移至B層原子的位置,其上部的各層也跟著移動,但滑移只限於一部分原子,即右半部原子。於是右半部的滑移面上發生了層錯,左半部則沒有移動,所以也沒有層錯,在兩者的交界處發生了原子的嚴重錯排,圖中滑移後的原子位置用虛線連線。不全位錯可以認為就在上半部的圖中的A層上的兩個星號之間,此時在下半圖上看到對應的滑移後的A層原子位置,在用虛線連線起來的六角形中,越接近位錯的部分畸變越大。上半圖中左邊的晶體按ABCABC···正常順序堆垛,而右邊晶體是按ABCBCAB···順序堆垛,即有層錯存在,層錯與完整晶體的邊界就是肖克萊位錯,它位於一個平面上。圖中下半部的右上角處的箭頭符號即為不全位錯的柏氏矢量 b= [ ],它與位錯線互相垂直,因此它是純刃型的肖克萊不全位錯。
根據其柏氏矢量與位錯線的夾角關係,它既可以是純刃型的,也可以是純螺型的,見圖,實線相連的位置代表滑移前的位置,虛線相連的代表滑移後的位置,滑移只在圖中下半部進行,交界區域則是一段純螺型的肖克萊不全位錯。
肖克萊位錯還可以是混合型的,見圖。肖克萊不全位錯可以在其所在的 面上滑移,滑移的結果使層錯擴大或縮小,但是即使是純刃型的肖克萊不全位錯也不能攀移,這是因為它有確定的層錯相連,若進行攀移,勢必離開此層錯面,故不可能進行。
弗蘭克不全位錯
圖為抽出半層密排面形成的弗蘭克不全位錯。抽去B層的右邊一部分而讓其上面的C層垂直落下來,由於B層的右邊部分抽去而左邊部分沒有抽去,靠近層錯的邊沿位置的原子畸變大,但遠離邊沿的原子由於垂直落下,故原子排列雖發生層錯,但仍處於密排位置,並不發生畸變。這些畸變處的原子即組成不全位錯。
圖為插入半層密排面形成的弗蘭克不全位錯。在右半部的A、B層之間插入一部分C層原子,構成不全位錯。
與抽出型層錯相聯繫的不全位錯稱為負弗蘭克不全位錯,而與插入型層錯相聯繫的不全位錯稱為正弗蘭克不全位錯。它們的柏氏矢量都屬於等 ,且都垂直於層錯面 ,但方向相反。弗蘭克不全位錯屬純刃型位錯,這種位錯不能在滑移面上進行滑移運動,否則將使其離開所在的層錯面,但能通過點缺陷的運動沿層錯面進行攀移,使層錯面擴大或縮小,所以弗蘭克不全位錯又稱不滑動位錯或固定位錯,而肖克萊不全位錯則屬於可動位錯。
面心立方晶體兩種不全位錯的特徵
不全位錯的一個重要特徵就是它的柏氏矢量。求不全位錯的矢量方法和求全位錯的矢量方法相似。首先,設定一個位錯線的方向,如從紙後走向紙面。然後,環繞這個不全位錯做一個柏氏迴路,迴路的方向服從右手螺旋法則。但必須注意不全位錯所在晶體中的迴路必須從堆垛層錯上出發,而在全位錯的晶體中的迴路卻可以從任何點出發,只要不碰到缺陷即可。圖為肖克萊不全位錯,可見作為參考的完整晶體的迴路的最後一步,就是肖克萊位錯的矢量。肖克萊位錯的矢量方向只與滑移面的上半晶體受壓或受張情況有關,而與層錯位於位錯線之左或之右無關。
圖為正弗蘭克不全位錯,圖中畫的是一個堆垛層錯在位錯線之右的刃型位錯,柏氏矢量方向向下,即b=。若堆垛層錯在位錯線之左,則柏氏矢量方向向上,即b=。在如圖所示完整晶體中,柏氏迴路自1走到6後,並不是把6與1直接連線起來,因為在有位錯的晶體中,6至1的連線與1至2的連線對稱於通過1的水平線,所以在參考晶體中也要使6至7的連線和1至2的連線成為對稱,於是最終代表柏氏矢量的從7至1的閉合線段為垂直於水平方向的線。同理,也可以求得負弗蘭克位錯的柏氏矢量。總結不全位錯的柏氏矢量的特點如下:不全位錯的四周不完全是完整的結構,有一部分有層錯。
不全位錯的柏氏迴路必須從層錯開始,迴路最後還要穿過層錯。
不全位錯的柏氏矢量不是完整的最短點陣矢量。
不全位錯的矢量也有守恆性。
1.不全位錯的四周不完全是完整的結構,有一部分有層錯。
2.不全位錯的柏氏迴路必須從層錯開始,迴路最後還要穿過層錯。
3.不全位錯的柏氏矢量不是完整的最短點陣矢量。
4.不全位錯的矢量也有守恆性。
兩種不全位錯都只能在層錯面上存在,它們的運動也限制在這個面上。肖克萊位錯可以滑移,但不能攀移;弗蘭克位錯則相反。但要注意,純螺型的肖克萊位錯不能交滑移,只能在層錯面上滑移。弗蘭克位錯只有刃型的,其柏氏矢量與滑移面垂直,只能攀移,而且是在密排面上攀移,而不是垂直於密排面攀移。面心立方晶體中兩種不全位錯的特徵見表。
體心立方晶體
體心立方晶體中的不全位錯
在體心立方晶體中可能形成的不全位錯主要有:
1.在{ }面上形成一部分層錯時,其邊界為不全位錯
2.在{ }面上形成一部分層錯時,其邊界為不全位錯 或
另外,在體心立方晶體中,在I型層錯的基礎上進一步形成I型層錯。
這種I型層錯相當於具有三個原子層厚的孿晶,可以看成是在如圖(a)所示的I型層錯的基礎上,經柏氏矢量為 [ ]和 [ ]的兩不全位錯在FE和ED兩原子層之間相繼滑移的結果。若在 面上形成一部分I型層錯時,其邊界的一端為三個分布在相鄰三個滑移面上的 不全位錯,另一端為柏氏矢量和等於零的區域位錯,如圖(b)所示。
密排六方晶體
密排六方晶體中的不全位錯
若密排六方晶體中的層錯終止在晶體內部,必然在邊界處形成不全位錯,並有肖克萊不全位錯和弗蘭克不全位錯之分,為了此較方便地表示密排六方晶體中的位錯及滑移面,常採用兩種記號方法。 ·
柏格森記號
該記號是利用如圖所示的雙角錐體表示密排六方晶體中的各矢量。可以看出,密排六方晶體中重要的位錯有:
1.6個柏氏矢量等於雙角錐體基面ABC的邊長的全位錯
2.2個伯氏矢量垂直於基面的全位錯
3.12個 < >型的不全位錯
4.4個柏氏矢量垂直於底面的不全位錯
5.6個在基面上的肖克萊不全位錯
6.12個柏氏矢量為 、 、 、 、 和 的不全位錯
密排六方晶體中常見位錯的柏格森記號如圖
戴曼諾記號
如圖所示的基本六方單位晶胞上,各符號表示密排六方晶體中常見位錯的柏氏矢量及滑移面,見表 。
肖克萊不全位錯
在鈹、鎂、鎘和鋅等具有密排六方點陣的金屬中,在基面上,全位錯可分解成兩個肖克萊不全位錯,中間以內稟型層錯區相連。
這種位錯分解使位錯能量減小 。所形成的肖克萊不全位錯可在基面上運動,使堆垛次序變動。兩肖克萊全位錯的柏氏矢量同全位錯的柏氏矢量之間呈 角。肖克萊不全位錯可具有刃型、螺型或混合型等類型。
弗蘭克不全位錯
在密排六方晶體中,可由空位盤崩塌或間隙原子沉澱形成弗蘭克位錯。空位在基面上聚集和崩塌後,會導致同種類原子層成為近鄰,使系統能量增高。改變這種不穩定原子組態的一種方式是將位盤上面的一層原子由B位置改變到C位置,成為一層附加的C原子。這相當於其上層和下層各有符號相反的一個伯氏矢量為 < >的肖克萊位錯運動的結果。