基本簡介
位錯又可稱為差排（英語：dislocation），在材料科學中，指晶體材料的一種內部微觀缺陷，即原子的局部不規則排列（晶體學缺陷）。從幾何角度看，位錯屬於一種線缺陷，可視為晶體中已滑移部分與未滑移部分的分界線，其存在對材料的物理性能，尤其是力學性能，具有極大的影響。“位錯”這一概念最早由義大利數學家和物理學家維托·伏爾特拉（VitoVolterra）於1905年提出[1]。
理想位錯主要有兩種形式：刃位錯（edgedislocations）和螺位錯（screwdislocations）。混合位錯（mixeddislocations）介乎前面兩者之間。
圖1：一個刃位錯（b=伯格斯矢量）數學上，位錯屬於一種拓撲缺陷，有時稱為“孤立子”或“孤子”。這一理論可以解釋實際晶體中位錯的行為：可以在晶體中移動位置，但自身的種類和特徵在移動中保持不變；方向（伯格斯矢量）相反的兩個位錯移動到同一點，則會雙雙消失，或稱“湮滅”，若沒有與其他位錯發生作用或移到晶體表面，那么任何單個位錯都不會自行“消失”（即伯格斯矢量始
刃位錯和螺位錯是主要的兩種位錯類型。然而實際晶體中存在的位錯往往是混合型位錯，即兼具刃型和螺型位錯的特徵。
晶體材料由規則排列的原子構成，一般把這些原子抽象成一個個體積可忽略的點，把它們排列成的有序微觀結構稱為空間點陣。逐層堆垛的原子構成一系列點陣平面的，稱為晶面（可以將晶體中原子的排列情況想像成把橙子規則地裝進箱子裡的樣子）。具體的排列情況如圖2所示。在無位錯的晶體（完整晶體）中，晶面（圖2中的紅色平行四邊形）以等間距規則地排列。
[編輯]刃位錯
圖3：一個刃位錯附近的晶面排列情況，圖中黑線代表伯格斯矢量方向，藍線為位錯線。
圖4：刃位錯附近的原子排列情況，沿平行於位錯線方向觀察若一個晶面在晶體內部突然終止於某一條線處，則稱這種不規則排列為一個刃位錯。如圖3和圖4所示，刃位錯附近的原子面會發生朝位錯線方向的扭曲。刃位錯可由兩個量唯一地確定：第一個是位錯線，即多餘半原子面終結的那一條直線；第二個是伯格斯矢量（Burgersvector，簡稱伯氏矢量或柏氏矢量），它描述了位錯導致的原子面扭曲的大小和方向。對刃位錯而言，其伯氏矢量方向垂直於位錯線的方向。
利用彈性力學理論可求得刃位錯導致的應力場為：[2]
其中μ為材料的剪下模量，b為伯格斯矢量，ν為泊松比，x和y為直角坐標分量。從上述解中可以看出，在含有多餘半原子面的一側（y>0），材料承受壓應力（σxx<0）；在多餘半原子面“消失”的一側（y<0），材料承受拉應力（σxx>0）[2]。
[編輯]螺位錯
如圖5所示，將規則排列的晶面想像成一疊間距固定的紙片，若將這疊紙片剪開（但不完全剪斷），然後將剪開的部分其中一側上移半層，另一側下移半層，形成一個類似於樓梯拐角處的排列結構，則此時在“剪開線”終結處（這裡已形成一條垂直紙面的位錯線）附近的原子面將發生畸變，這種原子不規則排列結構稱為一個螺位錯。
圖5：一個螺位錯附近的晶面排列情況可以看出，螺位錯的伯氏矢量平行於其位錯線方向。
儘管形象不甚直觀，但螺位錯的應力場卻遠比刃位錯的應力場容易求解。在一級近似下，螺位錯應力場只有一個剪應力分量不為零：[3]
式中μ為材料的剪下模量，b為伯氏矢量，r為所在點的極坐標極軸分量。該應力解顯示，螺位錯附近的應力場呈軸對稱式分布，大小從內到外遞減。但需要注意的是在位錯核心區（r=0）處按上述解將得出應力無窮大，這是不符合實際情況的。因此上述應力表達式不適用於位錯核心的嚴重畸變區。[3]
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