实际晶体中的位错演示文稿1页，共34页，星期四单位位错的柏氏矢量一定平行于各自晶体的最密排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：面心立方结构：b为为a/2，体心立方结构：体心立方结构： b为为a/2密排六方结构：密排六方结构： b为为a/32页，共34页，星期四 纸面为滑移纸面为滑移 面面(111)，左侧为未滑移区，右侧为已滑，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上下原子排列的完整性，因此单位位错又称为完整位错3页，共34页，星期四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：BCB4页，共34页，星期四 如如图中图中FCC晶体的滑晶体的滑移面为移面为(111)晶面，柏氏矢晶面，柏氏矢量方向为量方向为110晶向，晶向，b=1/2110；半原子面；半原子面(攀攀移面移面)为为(110)晶面，其堆晶面，其堆垛次序为垛次序为ababab FCC晶体的全位错的柏氏矢量应为晶体的全位错的柏氏矢量应为b=a/2，简写，简写成成b=1/2。
全位错的滑移面是全位错的滑移面是111，刃型位错的攀移，刃型位错的攀移面（垂直于滑移面和滑移方向的平面）是面（垂直于滑移面和滑移方向的平面）是1101125页，共34页，星期四 将滑移面将滑移面(111)水平放置，攀移面水平放置，攀移面(110)则为垂直位置，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中刃型全位错如图所示由于形成位错时不能改变变FCC的晶体结构，故在的晶体结构，故在a层和层和b层之间必须插入层之间必须插入b、a两层半原子面才能形成全位错两层半原子面才能形成全位错6页，共34页，星期四 (2)不全位错 在实际晶体中，存在的柏氏矢量在实际晶体中，存在的柏氏矢量小于最短平移矢量最短平移矢量(即即最近邻的两个原子间距最近邻的两个原子间距)的位错叫的位错叫部分位错柏氏矢量不等柏氏矢量不等于最短平移矢量的整数倍的位错叫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，形成了占有平常的位置，产生了错排，形成了堆垛层错(Stacking fault)在密排面上，将上下部分晶体作适当的相对滑移，。
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7页，共34页，星期四8页，共34页，星期四9页，共34页，星期四 金属中出现层错的几率与层错能的大小有关在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料如奥氏体不锈钢或黄铜中，可能形成大量的层错黄铜中，可能形成大量的层错见表见表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错能比晶界能低得多10页，共34页，星期四 对于多层对于多层(111)面按面按ABCABC顺序堆垛而成的顺序堆垛而成的FCC晶体，晶体，B层原子滑移到层原子滑移到C位置时就形成了一层层错，位置时就形成了一层层错，增加了晶体的层错能如果增加了晶体的层错能如果层错能较小，则层错能较小，则B层原子会层原子会停留亚稳的停留亚稳的C位置；若层错能位置；若层错能较大，则较大，则B原子会连续滑移两原子会连续滑移两次而回到次而回到B位置。
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：BCB11页，共34页，星期四Shockley分位错的定义：分位错的定义： 在在FCC晶体中位于晶体中位于111晶面上柏氏矢量为晶面上柏氏矢量为b=a/6 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)不全位错和弗兰克不全位错和弗兰克(Frank)不全位错不全位错12页，共34页，星期四肖克莱(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位错线左侧的正常堆垛区的原子由B位置沿柏氏矢位置沿柏氏矢量量b2滑移到滑移到C位置，即层错区扩大，不全位错向左滑移位置，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全位错可以滑移13页，共34页，星期四 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。
区和无层错区的边界 (c) 可以是刃型、螺型或混合型可以是刃型、螺型或混合型 (d) 只能通过局部滑移形成即使是刃型只能通过局部滑移形成即使是刃型Shockley不全位错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导致形成大片层错区 (e) 即使是刃型即使是刃型Shockley不全位错也只能滑移，不能攀不全位错也只能滑移，不能攀移，因为滑移面上部（或下部）原子的扩散不会导致移，因为滑移面上部（或下部）原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边界线，即肖克莱不全位错线14页，共34页，星期四 (f ) 即使是螺型肖克莱不全位错也不能交滑移，因为螺型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肖克莱不全位错是沿112方向，而不是沿两个方向，而不是沿两个111面面（主滑移面和交滑移面）的交线（主滑移面和交滑移面）的交线110方向，故它方向，故它不可能从一个滑移面转到另一个滑移面上交滑移不可能从一个滑移面转到另一个滑移面上交滑移。
15页，共34页，星期四面心立方晶体中的Frank位错 除局部滑移外，通过抽出或插入部分除局部滑移外，通过抽出或插入部分111面也可形面也可形成局部层错如成局部层错如(a)图，从无层错区图，从无层错区111面中抽出部分面中抽出部分111 面，堆垛次序由面，堆垛次序由ABCABCABC变为变为ABCABABC ，从而产生了局部层错，其层错区与正常堆垛区交界就是从而产生了局部层错，其层错区与正常堆垛区交界就是Frank位错 其柏氏矢量为其柏氏矢量为b=a/3类似的，插入部类似的，插入部分分111111面后也会形成面后也会形成Frank位错 Frank位错位错不能滑移，不能滑移，只能攀移只能攀移16页，共34页，星期四 Frank分位错的特点：(a) 位于位于111晶面上，可以是直线、曲线和封闭环，但是无晶面上，可以是直线、曲线和封闭环，但是无论是什么形状，它总是刃型的因为论是什么形状，它总是刃型的因为b=1/3和和111晶面垂直晶面垂直b) 由于由于b不是不是FCC的滑移方向，所以的滑移方向，所以Frank分位错不能滑移，分位错不能滑移，只能攀移（只能通过扩散扩大或缩小）不再是已滑移只能攀移（只能通过扩散扩大或缩小）。
不再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区和未滑移区的边界，而且是有层错区和无层错区的边界 注意与注意与Shockley分位错的特点进行比较分位错的特点进行比较17页，共34页，星期四扩展位错定义： 将两个将两个Shockley分分位错、中间夹着一位错、中间夹着一片层错的整个缺陷片层错的整个缺陷组态称为扩展位错组态称为扩展位错 扩展位错的柏氏矢量：扩展位错的柏氏矢量：b=b1+b2=1/2 扩展位错是一个单位位错分解成的两个不全位错中是一个单位位错分解成的两个不全位错中间夹住的一片层错的组态间夹住的一片层错的组态18页，共34页，星期四面心立方晶体的滑移及扩展位错19页，共34页，星期四 扩展位错的特点(3)组成扩展位错的两个肖克莱不全位错由于交互作用组成扩展位错的两个肖克莱不全位错由于交互作用必然处于相互平行的位置，其间的距离必然处于相互平行的位置，其间的距离d即即层错区的宽度，其值保持不变其值保持不变1)位于位于111面上，由两条平行的面上，由两条平行的Shockley不全位错中不全位错中间夹着的一片层错区组成间夹着的一片层错区组成2)柏氏矢量柏氏矢量b=b1+b2=1/2, b1和和b2分别是肖克莱不全分别是肖克莱不全位错的柏氏矢量，它们的夹角为位错的柏氏矢量，它们的夹角为60。
4)扩展位错可在滑移面内滑移，但不能攀移扩展位错可在滑移面内滑移，但不能攀移5)扩展位错的两个扩展位错的两个Shockley分位错在一定条件下可以合并，分位错在一定条件下可以合并，形成一个螺型全位错，由此可以交滑移形成一个螺型全位错，由此可以交滑移20页，共34页，星期四3) 位错反应 由几个位错合成一个新位错或由一个位错分解为几个由几个位错合成一个新位错或由一个位错分解为几个新位错的过程称为新位错的过程称为位错反应位错反应能否进行决定于两个条件： 必须满足几何条件及柏氏矢量的守恒性，反应前后必须满足几何条件及柏氏矢量的守恒性，反应前后诸位错的诸位错的柏氏矢量和应相等，即，即 必须满足能量条件，即反应后诸位错的总能量应必须满足能量条件，即反应后诸位错的总能量应小于反应前诸位错的总能量，即反应前诸位错的总能量，即21页，共34页，星期四例如：FCC的全位错分解为的全位错分解为Shockley分位错：分位错：bb1+b2判断该位错反应能否进行？判断该位错反应能否进行？符合计算能量条件：反应前：反应前：反应后：反应后：符合能量条件：所以，此位错反应可以自发地进行几何条件:22页，共34页，星期四。
FCC晶体中位错反应的晶体中位错反应的一般表示：一般表示：Thompson汤普森四面体 四面体的四面体的4个顶点分别位于晶体中的个顶点分别位于晶体中的A(1/2,0,1/2)，B(0,1/2,1/2)，C(1/2,1/2,0)，D(0,0,0)等，假定四面体的等，假定四面体的4个外表面的中心分别为个外表面的中心分别为，和和，其中其中是对着顶点是对着顶点A的的外表面的中心其余类推外表面的中心其余类推23页，共34页，星期四 这样这样A、B、C、D、 、等等8个点中的每个点中的每2个点连成的向量就个点连成的向量就表示了表示了FCC晶体晶体中所有重要位错的中所有重要位错的柏氏矢量柏氏矢量24页，共34页，星期四 罗-罗向量由四面体顶点由四面体顶点A、B、C、D(罗马字母罗马字母)连成的向量：连成的向量：罗-罗向量就是就是FCC中中全位错的的柏氏矢量25页，共34页，星期四 不对应的罗-希向量 由四面体顶点由四面体顶点(罗马字母罗马字母)和通过该顶点的外表面中心和通过该顶点的外表面中心(不不对应的希腊字母对应的希腊字母)连成的向量：连成的向量： 这些向量可以由三角形重心性质求得，例如：这些向量可以由三角形重心性。