实际晶体结构中的位错[共97页].ppt

第第4 4章章 实际晶体结构中实际晶体结构中的位错的位错4 4.1.1 实际晶体中位错的分类实际晶体中位错的分类4.2 4.2 实际晶体中位错的柏氏矢量实际晶体中位错的柏氏矢量4.3 4.3 位错反应位错反应4.4 4.4 面心立方晶体中的位错面心立方晶体中的位错4.5 4.5 体心立方晶体中的位错体心立方晶体中的位错4.6 4.6 密排六方晶体中的位错密排六方晶体中的位错 4.1 实际晶体中位错的分类实际晶体中位错的分类 简单立方晶体中位错的柏氏矢量简单立方晶体中位错的柏氏矢量简单立方晶体中位错的柏氏矢量简单立方晶体中位错的柏氏矢量b b总是等总是等总是等总是等于点阵矢量但实际晶体中，位错的柏氏矢量于点阵矢量但实际晶体中，位错的柏氏矢量于点阵矢量但实际晶体中，位错的柏氏矢量于点阵矢量但实际晶体中，位错的柏氏矢量b b除了等于点阵矢量外，还可能小于或大于点除了等于点阵矢量外，还可能小于或大于点除了等于点阵矢量外，还可能小于或大于点除了等于点阵矢量外，还可能小于或大于点阵矢量通常把阵矢量通常把阵矢量通常把阵矢量通常把柏氏矢量等于单位点阵矢量的柏氏矢量等于单位点阵矢量的柏氏矢量等于单位点阵矢量的柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错位错位错位错称为称为称为称为“ “单位位错单位位错单位位错单位位错” ”；把；把；把；把柏氏矢量等于点阵柏氏矢量等于点阵柏氏矢量等于点阵柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错矢量或其整数倍的位错矢量或其整数倍的位错矢量或其整数倍的位错称为称为称为称为“ “全位错全位错全位错全位错” ”，，，，全位全位全位全位错滑移后晶体原子排列不变错滑移后晶体原子排列不变错滑移后晶体原子排列不变错滑移后晶体原子排列不变；把；把；把；把柏氏矢量不等柏氏矢量不等柏氏矢量不等柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错于点阵矢量整数倍的位错于点阵矢量整数倍的位错于点阵矢量整数倍的位错称为称为称为称为“ “不全位错不全位错不全位错不全位错” ”，，，，不全位错滑移后原子排列规律发生变化不全位错滑移后原子排列规律发生变化不全位错滑移后原子排列规律发生变化不全位错滑移后原子排列规律发生变化。

 实际晶体结构中，位错的柏氏矢量不能是任实际晶体结构中，位错的柏氏矢量不能是任实际晶体结构中，位错的柏氏矢量不能是任实际晶体结构中，位错的柏氏矢量不能是任意的，它要符合晶体的结构条件和能量条件晶意的，它要符合晶体的结构条件和能量条件晶意的，它要符合晶体的结构条件和能量条件晶意的，它要符合晶体的结构条件和能量条件晶体的体的体的体的结构条件结构条件结构条件结构条件是指是指是指是指柏氏矢量必须连接一个原子平柏氏矢量必须连接一个原子平柏氏矢量必须连接一个原子平柏氏矢量必须连接一个原子平衡位置到另一平衡位置衡位置到另一平衡位置衡位置到另一平衡位置衡位置到另一平衡位置从能量条件能量条件能量条件能量条件看，由于看，由于看，由于看，由于位位位位错能量正比于错能量正比于错能量正比于错能量正比于b b2 2，，，，b b越小越稳定越小越稳定越小越稳定越小越稳定，即，即，即，即单位位错是单位位错是单位位错是单位位错是最稳定的位错最稳定的位错最稳定的位错最稳定的位错 柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量b b的大小和方向用的大小和方向用的大小和方向用的大小和方向用b=b=C[uvwC[uvw] ]表示，表示，表示，表示，其中：其中：其中：其中：C C为常数，为常数，为常数，为常数，[ [uvwuvw] ]为柏氏矢量的方向，柏氏为柏氏矢量的方向，柏氏为柏氏矢量的方向，柏氏为柏氏矢量的方向，柏氏矢量的大小为：矢量的大小为：矢量的大小为：矢量的大小为： 。

表表表表4.14.1给出典型晶给出典型晶给出典型晶给出典型晶体结构中，单位位错的柏氏矢量及其大小和方向体结构中，单位位错的柏氏矢量及其大小和方向体结构中，单位位错的柏氏矢量及其大小和方向体结构中，单位位错的柏氏矢量及其大小和方向4.2 实际晶体中位错的柏氏矢量实际晶体中位错的柏氏矢量表表4.1 典型晶体结构中典型晶体结构中单位位错单位位错的柏氏矢量的柏氏矢量 位错反应就是位错的合并位错反应就是位错的合并位错反应就是位错的合并位错反应就是位错的合并(Merging)(Merging)与分与分与分与分解解解解(Dissociation)(Dissociation)，即晶体中不同柏氏矢量的，即晶体中不同柏氏矢量的，即晶体中不同柏氏矢量的，即晶体中不同柏氏矢量的位错线合并为一条位错线或一条位错线分解成位错线合并为一条位错线或一条位错线分解成位错线合并为一条位错线或一条位错线分解成位错线合并为一条位错线或一条位错线分解成两条或多条柏氏矢量不同的位错线两条或多条柏氏矢量不同的位错线两条或多条柏氏矢量不同的位错线两条或多条柏氏矢量不同的位错线 位错使晶体点阵发生畸变，位错使晶体点阵发生畸变，位错使晶体点阵发生畸变，位错使晶体点阵发生畸变，柏氏矢量是反柏氏矢量是反柏氏矢量是反柏氏矢量是反映位错周围点阵畸变总和的参数映位错周围点阵畸变总和的参数映位错周围点阵畸变总和的参数映位错周围点阵畸变总和的参数。

因此，因此，位错位错位错位错的合并的合并的合并的合并实际上是晶体中实际上是晶体中实际上是晶体中实际上是晶体中同一区域两个或多个畸同一区域两个或多个畸同一区域两个或多个畸同一区域两个或多个畸变的叠加变的叠加变的叠加变的叠加，，，，位错的分解位错的分解位错的分解位错的分解是晶体内某一区域具有是晶体内某一区域具有是晶体内某一区域具有是晶体内某一区域具有一个较集中的畸变，松弛为两个或多个畸变一个较集中的畸变，松弛为两个或多个畸变一个较集中的畸变，松弛为两个或多个畸变一个较集中的畸变，松弛为两个或多个畸变4.3 位错反应位错反应(Dislocation Reaction)A A 几何条件几何条件几何条件几何条件 根据柏氏矢量的守恒性，根据柏氏矢量的守恒性，根据柏氏矢量的守恒性，根据柏氏矢量的守恒性，反应后诸位错的柏氏矢量之反应后诸位错的柏氏矢量之反应后诸位错的柏氏矢量之反应后诸位错的柏氏矢量之和和和和应等于应等于应等于应等于反应前诸位错的柏氏矢量之和反应前诸位错的柏氏矢量之和反应前诸位错的柏氏矢量之和反应前诸位错的柏氏矢量之和，即，即，即，即 （（（（4-14-1））））B B 能量条件能量条件能量条件能量条件 从能量角度要求，从能量角度要求，从能量角度要求，从能量角度要求，位错反应必须是一个伴随着能量降位错反应必须是一个伴随着能量降位错反应必须是一个伴随着能量降位错反应必须是一个伴随着能量降低的过程低的过程低的过程低的过程。

由于位错的能量正比于其柏氏矢量的平方，所由于位错的能量正比于其柏氏矢量的平方，所由于位错的能量正比于其柏氏矢量的平方，所由于位错的能量正比于其柏氏矢量的平方，所以，以，以，以，反应后各位错的能量之和反应后各位错的能量之和反应后各位错的能量之和反应后各位错的能量之和应小于应小于应小于应小于反应前各位错的能量反应前各位错的能量反应前各位错的能量反应前各位错的能量之和之和之和之和，即，即，即，即 （（（（4-24-2）））） 分析位错反应时分析位错反应时分析位错反应时分析位错反应时，一般，一般，一般，一般先用几何条件先用几何条件先用几何条件先用几何条件确定位错反应是确定位错反应是确定位错反应是确定位错反应是否可以进行，然否可以进行，然否可以进行，然否可以进行，然后后后后再利再利再利再利用能量条件用能量条件用能量条件用能量条件来判定位错反应的方向。

来判定位错反应的方向来判定位错反应的方向来判定位错反应的方向位错反应能否进行，取决于下列两个条件：位错反应能否进行，取决于下列两个条件：位错反应能否进行，取决于下列两个条件：位错反应能否进行，取决于下列两个条件：  4.4 4.4 面心立方晶体面心立方晶体面心立方晶体面心立方晶体(Face-centered Cubic Crystal)(Face-centered Cubic Crystal)中的位错中的位错中的位错中的位错4.4.1 堆垛层错堆垛层错(Stacking Fault)图图4.1 面心立方晶体中（面心立方晶体中（111）面的正常堆垛）面的正常堆垛图图4.1是面心立方晶体密排面（是面心立方晶体密排面（111）的正常堆垛示意图的正常堆垛示意图 n 在面心立方晶胞中，表示了在面心立方晶胞中，表示了在面心立方晶胞中，表示了在面心立方晶胞中，表示了A A、、、、B B、、、、C C三个相邻的（三个相邻的（三个相邻的（三个相邻的（111111）面）面）面）面上的原子分布上的原子分布上的原子分布上的原子分布a a）、（）、（）、（）、（b b）、（）、（）、（）、（c c）三图分别表示了）三图分别表示了）三图分别表示了）三图分别表示了A A层、层、层、层、ABAB两层及两层及两层及两层及ABCABC三层原子面的堆垛情况。

三层原子面的堆垛情况三层原子面的堆垛情况三层原子面的堆垛情况如果把原子中心投影到如果把原子中心投影到如果把原子中心投影到如果把原子中心投影到（（（（111111）面，可见三层相邻面上的原子中心在（）面，可见三层相邻面上的原子中心在（）面，可见三层相邻面上的原子中心在（）面，可见三层相邻面上的原子中心在（111111）面上的投影）面上的投影）面上的投影）面上的投影位置并不相同，如图位置并不相同，如图位置并不相同，如图位置并不相同，如图4.14.1（（（（c c）所示底层为底层为底层为底层为A A层，层，层，层，▼▼表示表示表示表示B B层原子层原子层原子层原子中心的投影位置，中心的投影位置，中心的投影位置，中心的投影位置，▲▲表示表示表示表示C C层原子中心的投影位置如果把单位层原子中心的投影位置如果把单位层原子中心的投影位置如果把单位层原子中心的投影位置如果把单位晶胞晶胞晶胞晶胞(Unit Cell)(Unit Cell)中通过坐标原点中通过坐标原点中通过坐标原点中通过坐标原点OO的（的（的（的（111111）面上的原子，也作如）面上的原子，也作如）面上的原子，也作如）面上的原子，也作如上投影，那么可以看到，该面上原子中心投影位置与上投影，那么可以看到，该面上原子中心投影位置与上投影，那么可以看到，该面上原子中心投影位置与上投影，那么可以看到，该面上原子中心投影位置与C C层原子中层原子中层原子中层原子中心投影位置是相同的。

由于晶体点阵的对称性和周期性，心投影位置是相同的由于晶体点阵的对称性和周期性，心投影位置是相同的由于晶体点阵的对称性和周期性，心投影位置是相同的由于晶体点阵的对称性和周期性，面心立面心立面心立面心立方晶体（方晶体（方晶体（方晶体（111111）密排面上的原子在该面上的投影位置是按）密排面上的原子在该面上的投影位置是按）密排面上的原子在该面上的投影位置是按）密排面上的原子在该面上的投影位置是按A A、、、、B B、、、、C C三个原子面的原子投影位置进行周期变化的三个原子面的原子投影位置进行周期变化的三个原子面的原子投影位置进行周期变化的三个原子面的原子投影位置进行周期变化的可以记为：记为：记为：记为：ABCABCA…ABCABCA…，这就，这就，这就，这就是面心立方晶体密排面的正常堆垛顺序是面心立方晶体密排面的正常堆垛顺序是面心立方晶体密排面的正常堆垛顺序是面心立方晶体密排面的正常堆垛顺序如果用记号果用记号果用记号果用记号△△△△表示原子面以表示原子面以表示原子面以表示原子面以ABAB、、、、BCBC、、、、CA…CA…顺序堆垛，顺序堆垛，顺序堆垛，顺序堆垛，▽▽▽▽表示相反表示相反表示相反表示相反的顺序，如的顺序，如的顺序，如的顺序，如BABA、、、、ACAC、、、、CB…CB…，那么面心立方晶体密排面的正常堆，那么面心立方晶体密排面的正常堆，那么面心立方晶体密排面的正常堆，那么面心立方晶体密排面的正常堆垛又可以表示为：垛又可以表示为：垛又可以表示为：垛又可以表示为：△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△，如图，如图，如图，如图4.14.1（（（（d d）所示。

所示 实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排，称为到破坏和错排，称为到破坏和错排，称为到破坏和错排，称为堆垛层错堆垛层错堆垛层错堆垛层错，简称，简称，简称，简称层错层错层错层错图图图图4.24.2表示面心立方晶体形成堆垛层错的方式表示面心立方晶体形成堆垛层错的方式表示面心立方晶体形成堆垛层错的方式表示面心立方晶体形成堆垛层错的方式 图图4.2 面心立方晶体中的堆垛层错面心立方晶体中的堆垛层错（（a）抽出型；（）抽出型；（b）插入型）插入型 若将正常堆垛顺序变成若将正常堆垛顺序变成ABC↑BCA…（即（即△△▽△△△△▽△△…），其中箭头所指相当于抽出一层），其中箭头所指相当于抽出一层原子面（原子面（A层），故称为层），故称为抽出型层错抽出型层错，如图，如图4.2（（a）所示 若在正常堆垛顺序中插入一层原子面（若在正常堆垛顺序中插入一层原子面（B层）层），即可表示为，即可表示为ABC↓B↓ABC…，相当于抽出，相当于抽出A、、C两层，可表示为两层，可表示为ABC↑B↑ABC…（即（即△△▽▽△△△△▽▽△△…），其中箭头所指的为插入），其中箭头所指的为插入B层层后所引起的二层错排，称为后所引起的二层错排，称为插入型层错插入型层错，如图，如图4.2（（b）所示。

所示两者对比可知两者对比可知, 一个插入型层错一个插入型层错一个插入型层错一个插入型层错相当于两个抽出型层错相当于两个抽出型层错相当于两个抽出型层错相当于两个抽出型层错 形成层错时几乎不产生点阵畸变，但它破坏形成层错时几乎不产生点阵畸变，但它破坏了晶体的完整性和正常的周期性，使电子发生反了晶体的完整性和正常的周期性，使电子发生反常的衍射效应，故使晶体的能量有所增加，这部常的衍射效应，故使晶体的能量有所增加，这部分增加的能量称为分增加的能量称为堆垛层错能堆垛层错能，用，用 表示从能表示从能量的观点来看，晶体中出现层错的几率与层错能量的观点来看，晶体中出现层错的几率与层错能有关，有关，层错能越高，则出现层错的几率越小层错能越高，则出现层错的几率越小层错能越高，则出现层错的几率越小层错能越高，则出现层错的几率越小如在层错能很低的奥氏体不锈钢中，常可看到大量在层错能很低的奥氏体不锈钢中，常可看到大量在层错能很低的奥氏体不锈钢中，常可看到大量在层错能很低的奥氏体不锈钢中，常可看到大量的层错的层错的层错的层错，而，而，而，而在层错能高的铝中，就看不到层错在层错能高的铝中，就看不到层错在层错能高的铝中，就看不到层错在层错能高的铝中，就看不到层错。

4.4.2 不全位错不全位错(Partial Dislocation)n 若堆垛层错不是发生在晶体的整个原子若堆垛层错不是发生在晶体的整个原子面上而只是部分区域存在，那么，在层错与面上而只是部分区域存在，那么，在层错与完整晶体的交界处就存在柏氏矢量不等于点完整晶体的交界处就存在柏氏矢量不等于点阵矢量的不全位错阵矢量的不全位错在面心立方晶体中有两在面心立方晶体中有两在面心立方晶体中有两在面心立方晶体中有两种重要的不全位错：种重要的不全位错：种重要的不全位错：种重要的不全位错：肖克莱（肖克莱（肖克莱（肖克莱（ShockleyShockley）不）不）不）不全位错和弗兰克（全位错和弗兰克（全位错和弗兰克（全位错和弗兰克（FrankFrank）不全位错）不全位错）不全位错）不全位错n nA A 肖克莱肖克莱肖克莱肖克莱(Shockley)(Shockley)不全位错不全位错不全位错不全位错 图图4.4为肖克莱不全位错的刃型结构为肖克莱不全位错的刃型结构  图图4.4 面心立方晶体中的纯刃型肖克莱不全位错面心立方晶体中的纯刃型肖克莱不全位错上半图是面心立方晶上半图是面心立方晶体的（体的（0 1）面，）面，圆圆圆圆圈代表前一个面上原圈代表前一个面上原圈代表前一个面上原圈代表前一个面上原子排列的位置子排列的位置子排列的位置子排列的位置，，，，黑点黑点黑点黑点代表后一个面上原子代表后一个面上原子代表后一个面上原子代表后一个面上原子排列的位置排列的位置排列的位置排列的位置。

原子的原子的连线看起来似乎是一连线看起来似乎是一个平面上的菱形，实个平面上的菱形，实际上是一前一后两个际上是一前一后两个平面上相邻原子的连平面上相邻原子的连线n下半图是把上半图中下半图是把上半图中A层与层与C层在（层在（111）面上作投影面上作投影分层使用了不同的符号，分层使用了不同的符号，□ □代表代表代表代表A A层层层层，原子呈密排，，原子呈密排，▲▲代表代表代表代表紧接紧接A层之下的层之下的C C层层层层，，也是密排的也是密排的让让让让A A层的右半层的右半层的右半层的右半部滑移至部滑移至部滑移至部滑移至B B层原子的位置层原子的位置层原子的位置层原子的位置，，，，其上部的各层也跟着移动，其上部的各层也跟着移动，其上部的各层也跟着移动，其上部的各层也跟着移动，但滑移只限于一部分原子，但滑移只限于一部分原子，但滑移只限于一部分原子，但滑移只限于一部分原子，即右半部原子于是即右半部原子于是即右半部原子于是即右半部原子于是右半右半右半右半部的滑移面上发生了层错部的滑移面上发生了层错部的滑移面上发生了层错部的滑移面上发生了层错，，，，左半部则没有移动，所以左半部则没有移动，所以左半部则没有移动，所以左半部则没有移动，所以也没有层错，也没有层错，也没有层错，也没有层错，在两者的交在两者的交在两者的交在两者的交界处发生了原子的严重错界处发生了原子的严重错界处发生了原子的严重错界处发生了原子的严重错排排排排，图中滑移后的原子位，图中滑移后的原子位，图中滑移后的原子位，图中滑移后的原子位置用虚线连接。

置用虚线连接置用虚线连接置用虚线连接图图4.4 面心立方晶体中的纯刃型肖克莱不全位错面心立方晶体中的纯刃型肖克莱不全位错n不全位错不全位错可以认为可以认为就在上半部的图中就在上半部的图中的的A层上的两个星层上的两个星号之间号之间，此时在下，此时在下半图上看到对应的半图上看到对应的滑移后的滑移后的A层原子层原子位置，在用虚线连位置，在用虚线连接起来的六角形中，接起来的六角形中，越接近位错的部分越接近位错的部分畸变越大畸变越大  上半图中上半图中上半图中上半图中左边的晶体按左边的晶体按左边的晶体按左边的晶体按ABCABC…ABCABC…正常顺序堆正常顺序堆正常顺序堆正常顺序堆垛垛垛垛，而，而，而，而右边晶体是按右边晶体是按右边晶体是按右边晶体是按ABCABCBCBCAB…AB…顺序堆垛，顺序堆垛，顺序堆垛，顺序堆垛，即即即即有层错有层错有层错有层错存在，存在，存在，存在，层错与层错与层错与层错与完整晶体的边界就是肖完整晶体的边界就是肖完整晶体的边界就是肖完整晶体的边界就是肖克莱位错克莱位错克莱位错克莱位错，它位于一个，它位于一个，它位于一个，它位于一个平面上图中下半部的平面上图中下半部的平面上。

图中下半部的平面上图中下半部的右上角处的箭头符号即右上角处的箭头符号即右上角处的箭头符号即右上角处的箭头符号即为不全位错的为不全位错的为不全位错的为不全位错的柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量 ，它，它，它，它与位错线互相垂直与位错线互相垂直与位错线互相垂直与位错线互相垂直，，，，因此它因此它因此它因此它是纯刃型的是纯刃型的是纯刃型的是纯刃型的肖克肖克肖克肖克莱不全位错莱不全位错莱不全位错莱不全位错 根据其柏氏矢量与位错线的夹角关系，它既可以是纯根据其柏氏矢量与位错线的夹角关系，它既可以是纯刃型的，也可以是纯螺型的，见图刃型的，也可以是纯螺型的，见图4.5图图4.5 面心立方晶体中的纯螺型肖克莱不全位错面心立方晶体中的纯螺型肖克莱不全位错实线相连的位置实线相连的位置实线相连的位置实线相连的位置代表滑移前的位代表滑移前的位代表滑移前的位代表滑移前的位置，虚线相连的置，虚线相连的置，虚线相连的置，虚线相连的代表滑移后的位代表滑移后的位代表滑移后的位代表滑移后的位置置置置，滑移只在图，滑移只在图，滑移只在图，滑移只在图中下半部进行，中下半部进行，中下半部进行，中下半部进行，交界区域则是一交界区域则是一交界区域则是一交界区域则是一段纯螺型的肖克段纯螺型的肖克段纯螺型的肖克段纯螺型的肖克莱不全位错莱不全位错莱不全位错莱不全位错。

肖克莱位错还可以是混合型的，见图肖克莱位错还可以是混合型的，见图4.6图图4.6 面心立方晶体中的混合型肖克莱不全位错面心立方晶体中的混合型肖克莱不全位错肖克莱不全位错可肖克莱不全位错可肖克莱不全位错可肖克莱不全位错可以在其所在的以在其所在的以在其所在的以在其所在的{111}{111}面上滑移，滑移的面上滑移，滑移的面上滑移，滑移的面上滑移，滑移的结果使层错扩大或结果使层错扩大或结果使层错扩大或结果使层错扩大或缩小缩小缩小缩小，但是即使是，但是即使是纯刃型的肖克莱不纯刃型的肖克莱不全位错也不能攀移，全位错也不能攀移，这是因为它有确定这是因为它有确定的层错相联，若进的层错相联，若进行攀移，势必离开行攀移，势必离开此层错面，故不可此层错面，故不可能进行B B 弗兰克弗兰克弗兰克弗兰克(Frank)(Frank)不全位错不全位错不全位错不全位错 图图4.7为抽出半层密排面形成的弗兰克不全位错为抽出半层密排面形成的弗兰克不全位错抽抽去去B层的右边一部分而让其上面的层的右边一部分而让其上面的C层垂直落下来层垂直落下来，由于，由于B层的右边部分抽去而左边部分没有抽去，层的右边部分抽去而左边部分没有抽去，靠近层错的靠近层错的边沿位置的原子畸变大边沿位置的原子畸变大，但远离边沿的原子由于垂直落，但远离边沿的原子由于垂直落下，故原子排列虽发生层错，但仍处于密排位置，并不下，故原子排列虽发生层错，但仍处于密排位置，并不发生畸变。

这些畸变处的原子即组成不全位错发生畸变这些畸变处的原子即组成不全位错图图4.7 抽出半层密排面抽出半层密排面形成的弗兰克不全位错形成的弗兰克不全位错图图4.8 插入半层密排面形成的弗兰克不全位错插入半层密排面形成的弗兰克不全位错图图4.8为插入半层密排面形成的弗兰克不全位错为插入半层密排面形成的弗兰克不全位错在右半在右半部的部的A、、B层之间插入一部分层之间插入一部分C层原子层原子，构成不全位错构成不全位错 与抽出型层错相联系的不全位错与抽出型层错相联系的不全位错与抽出型层错相联系的不全位错与抽出型层错相联系的不全位错称为称为称为称为负弗兰负弗兰负弗兰负弗兰克不全位错克不全位错克不全位错克不全位错，而，而，而，而与插入型层错相联系的不全位与插入型层错相联系的不全位与插入型层错相联系的不全位与插入型层错相联系的不全位错错错错称为称为称为称为正弗兰克不全位错正弗兰克不全位错正弗兰克不全位错正弗兰克不全位错它们的柏氏矢量都它们的柏氏矢量都它们的柏氏矢量都它们的柏氏矢量都属于属于属于属于 ，且都垂直于层错面，且都垂直于层错面，且都垂直于层错面，且都垂直于层错面{111}{111}，但方，但方，但方，但方向相反。

弗兰克不全位错属向相反弗兰克不全位错属向相反弗兰克不全位错属向相反弗兰克不全位错属纯刃型位错纯刃型位错纯刃型位错纯刃型位错，这种，这种，这种，这种位错位错位错位错不能不能不能不能在滑移面上进行在滑移面上进行在滑移面上进行在滑移面上进行滑移滑移滑移滑移运动，否则将使运动，否则将使运动，否则将使运动，否则将使其离开所在的层错面，但其离开所在的层错面，但其离开所在的层错面，但其离开所在的层错面，但能能能能通过点缺陷的运动通过点缺陷的运动通过点缺陷的运动通过点缺陷的运动沿层错面进行沿层错面进行沿层错面进行沿层错面进行攀移攀移攀移攀移，使层错面扩大或缩小，所，使层错面扩大或缩小，所，使层错面扩大或缩小，所，使层错面扩大或缩小，所以以以以弗兰克不全位错弗兰克不全位错弗兰克不全位错弗兰克不全位错又称又称又称又称不滑动位错不滑动位错不滑动位错不滑动位错或固定位错，或固定位错，或固定位错，或固定位错，而而而而肖克莱不全位错肖克莱不全位错肖克莱不全位错肖克莱不全位错则属于则属于则属于则属于可动位错可动位错可动位错可动位错C 两种不全位错的特征两种不全位错的特征 不全位错的一个重要特征就是它的柏氏矢不全位错的一个重要特征就是它的柏氏矢不全位错的一个重要特征就是它的柏氏矢不全位错的一个重要特征就是它的柏氏矢量。

量求不全位错的柏氏矢量方法和求全位错的求不全位错的柏氏矢量方法和求全位错的求不全位错的柏氏矢量方法和求全位错的求不全位错的柏氏矢量方法和求全位错的柏氏矢量方法相似柏氏矢量方法相似柏氏矢量方法相似柏氏矢量方法相似首先首先首先首先，设定一个位错线的，设定一个位错线的，设定一个位错线的，设定一个位错线的方向，如从纸后走向纸面方向，如从纸后走向纸面方向，如从纸后走向纸面方向，如从纸后走向纸面然后然后然后然后，环绕这个不，环绕这个不，环绕这个不，环绕这个不全位错做一个柏氏回路，回路的方向服从右手全位错做一个柏氏回路，回路的方向服从右手全位错做一个柏氏回路，回路的方向服从右手全位错做一个柏氏回路，回路的方向服从右手螺旋法则但必须螺旋法则但必须螺旋法则但必须螺旋法则但必须注意注意注意注意不全位错所在晶体中的不全位错所在晶体中的不全位错所在晶体中的不全位错所在晶体中的回路必须从堆垛层错上出发回路必须从堆垛层错上出发回路必须从堆垛层错上出发回路必须从堆垛层错上出发，而在全位错的晶，而在全位错的晶，而在全位错的晶，而在全位错的晶体中的回路却可以从任何点出发，只要不碰到体中的回路却可以从任何点出发，只要不碰到体中的回路却可以从任何点出发，只要不碰到体中的回路却可以从任何点出发，只要不碰到缺陷即可。

缺陷即可缺陷即可缺陷即可  图图图图4.94.9为肖克莱不全位错为肖克莱不全位错为肖克莱不全位错为肖克莱不全位错，可见作为参考的完整晶体，可见作为参考的完整晶体，可见作为参考的完整晶体，可见作为参考的完整晶体的回路的最后一步，就是肖克莱位错的柏氏矢量的回路的最后一步，就是肖克莱位错的柏氏矢量的回路的最后一步，就是肖克莱位错的柏氏矢量的回路的最后一步，就是肖克莱位错的柏氏矢量肖克肖克肖克肖克莱位错的矢量方向莱位错的矢量方向莱位错的矢量方向莱位错的矢量方向只与滑移面的上半晶体受压或受张情只与滑移面的上半晶体受压或受张情只与滑移面的上半晶体受压或受张情只与滑移面的上半晶体受压或受张情况有关，而与层错位于位错线之左或之右无关况有关，而与层错位于位错线之左或之右无关况有关，而与层错位于位错线之左或之右无关况有关，而与层错位于位错线之左或之右无关图图4.9 肖克莱刃型位错的柏氏回路和矢量肖克莱刃型位错的柏氏回路和矢量 图图图图4.104.10为正弗兰克不全位错为正弗兰克不全位错为正弗兰克不全位错为正弗兰克不全位错，图中画的是一个堆，图中画的是一个堆，图中画的是一个堆，图中画的是一个堆垛垛垛垛层错在位错线之右层错在位错线之右层错在位错线之右层错在位错线之右的刃型位错，柏氏矢量的刃型位错，柏氏矢量的刃型位错，柏氏矢量的刃型位错，柏氏矢量方向向下方向向下方向向下方向向下，，，，即即即即 。

若堆垛若堆垛层错在位错线之左层错在位错线之左层错在位错线之左层错在位错线之左，则柏氏矢量，则柏氏矢量，则柏氏矢量，则柏氏矢量方向向上方向向上方向向上方向向上，即，即，即，即 图图4.10 正弗兰克位错的柏氏回路和矢量正弗兰克位错的柏氏回路和矢量 应当指出，在图应当指出，在图应当指出，在图应当指出，在图4.104.10的完整晶体中，柏氏的完整晶体中，柏氏的完整晶体中，柏氏的完整晶体中，柏氏回路自回路自回路自回路自1 1走到走到走到走到6 6后，并不是把后，并不是把后，并不是把后，并不是把6 6与与与与1 1直接连接起来，直接连接起来，直接连接起来，直接连接起来，因为因为因为因为在有位错的晶体中在有位错的晶体中在有位错的晶体中在有位错的晶体中，，，，6 6至至至至1 1的连线与的连线与的连线与的连线与1 1至至至至2 2的的的的连线对称于通过连线对称于通过连线对称于通过连线对称于通过1 1的水平线的水平线的水平线的水平线，所以，所以，所以，所以在参考晶体中在参考晶体中在参考晶体中在参考晶体中也要使也要使也要使也要使6 6至至至至7 7的连线和的连线和的连线和的连线和1 1至至至至2 2的连线成为对称的连线成为对称的连线成为对称的连线成为对称，于，于，于，于是最终的是最终的是最终的是最终的代表柏氏矢量的代表柏氏矢量的代表柏氏矢量的代表柏氏矢量的从从从从7 7至至至至1 1的闭合线段为的闭合线段为的闭合线段为的闭合线段为垂直于水平方向的线垂直于水平方向的线垂直于水平方向的线垂直于水平方向的线 。

同理，也可以求同理，也可以求同理，也可以求同理，也可以求得负弗兰克位错的柏氏矢量得负弗兰克位错的柏氏矢量得负弗兰克位错的柏氏矢量得负弗兰克位错的柏氏矢量1））不全位错的四周不完全是完整的结构，有一部分有不全位错的四周不完全是完整的结构，有一部分有不全位错的四周不完全是完整的结构，有一部分有不全位错的四周不完全是完整的结构，有一部分有 层错；层错；层错；层错；2 2）不全位错的）不全位错的）不全位错的）不全位错的柏氏回路柏氏回路柏氏回路柏氏回路必须必须必须必须从层错开始从层错开始从层错开始从层错开始，回路，回路，回路，回路最后还最后还最后还最后还 要穿过层错要穿过层错要穿过层错要穿过层错；；；；3 3）不全位错的柏氏矢量不是完整的最短点阵矢量；）不全位错的柏氏矢量不是完整的最短点阵矢量；）不全位错的柏氏矢量不是完整的最短点阵矢量；）不全位错的柏氏矢量不是完整的最短点阵矢量；4 4）不全位错的柏氏矢量也）不全位错的柏氏矢量也）不全位错的柏氏矢量也）不全位错的柏氏矢量也有守恒性有守恒性有守恒性有守恒性总结不全位错的柏氏矢量的特点如下总结不全位错的柏氏矢量的特点如下：： 两种不全位错都两种不全位错都两种不全位错都两种不全位错都只能在层错面上存在只能在层错面上存在只能在层错面上存在只能在层错面上存在，它们的，它们的，它们的，它们的运动运动运动运动也限制在这个面上也限制在这个面上也限制在这个面上也限制在这个面上。

肖克莱位错可以滑移，但不能攀移；肖克莱位错可以滑移，但不能攀移；肖克莱位错可以滑移，但不能攀移；肖克莱位错可以滑移，但不能攀移；弗兰克位错则相反弗兰克位错则相反弗兰克位错则相反弗兰克位错则相反但要注意注意注意注意，纯螺型的，纯螺型的，纯螺型的，纯螺型的肖克莱位错肖克莱位错肖克莱位错肖克莱位错不不不不能交滑移，能交滑移，能交滑移，能交滑移，只能在层错面上滑移只能在层错面上滑移只能在层错面上滑移只能在层错面上滑移弗兰克位错弗兰克位错弗兰克位错弗兰克位错只有刃型只有刃型只有刃型只有刃型的，其柏氏矢量与滑移面垂直，的，其柏氏矢量与滑移面垂直，的，其柏氏矢量与滑移面垂直，的，其柏氏矢量与滑移面垂直，只能只能只能只能攀移，而且是攀移，而且是攀移，而且是攀移，而且是在密在密在密在密排面上攀移，排面上攀移，排面上攀移，排面上攀移，而不是垂直于密排面攀移面心立方晶体而不是垂直于密排面攀移面心立方晶体而不是垂直于密排面攀移面心立方晶体而不是垂直于密排面攀移面心立方晶体中中中中两种不全位错的特征见表两种不全位错的特征见表两种不全位错的特征见表两种不全位错的特征见表4.24.2表表4.2 面心立方晶体中面心立方晶体中两种不全位错的特征两种不全位错的特征4.4.3 扩展位错扩展位错 (Extended Dislocation) A A 汤普森（汤普森（汤普森（汤普森（ThompsonThompson）记号）记号）记号）记号 如如如如图图图图4.114.11所示，在面心立方点阵中取出单位晶胞所示，在面心立方点阵中取出单位晶胞所示，在面心立方点阵中取出单位晶胞所示，在面心立方点阵中取出单位晶胞的小四面体，见图的小四面体，见图的小四面体，见图的小四面体，见图4.114.11（（（（a a）。

将）将D D取在单位晶胞的原取在单位晶胞的原取在单位晶胞的原取在单位晶胞的原点（点（点（点（0 0，，，，0 0，，，，0 0），），），），A A取在（取在（取在（取在（1/21/2，，，，1/21/2，，，，0 0），），），），B B取在取在取在取在（（（（1/21/2，，，，0 0，，，，1/21/2），），），），C C取在（取在（取在（取在（0 0，，，，1/21/2，，，，1/21/2）以以以以A A，，，，B B，，，，C C，，，，D D为顶点连成一个由为顶点连成一个由为顶点连成一个由为顶点连成一个由4 4个个个个{111}{111}面组成的，且其边面组成的，且其边面组成的，且其边面组成的，且其边平行于平行于平行于平行于<110><110>方向的四面体方向的四面体方向的四面体方向的四面体，这就是，这就是，这就是，这就是汤普森四面体汤普森四面体汤普森四面体汤普森四面体如果如果如果如果以以以以α α，，，，β β，，，，γ γ，，，，δ δ分别代表与分别代表与分别代表与分别代表与A A，，，，B B，，，，C C，，，，D D点相对面点相对面点相对面点相对面的中心的中心的中心的中心，见图，见图，见图，见图4.114.11（（（（b b）。

把把把把4 4个面以三角形个面以三角形个面以三角形个面以三角形ABCABC为底为底为底为底展开展开展开展开，得图，得图，得图，得图4.114.11（（（（c c） 图图4.11 汤普森四面体及记号汤普森四面体及记号1) 1) 四面体的四面体的四面体的四面体的4 4个面为个面为个面为个面为{111}{111}晶面族构成晶面族构成晶面族构成晶面族构成2) 2) 四面体的四面体的四面体的四面体的6 6个棱边个棱边个棱边个棱边代表代表代表代表1212个个个个 晶向，即为晶向，即为晶向，即为晶向，即为面心立面心立面心立面心立方晶体中方晶体中方晶体中方晶体中1212个个个个全位错全位错全位错全位错的柏氏矢量的柏氏矢量的柏氏矢量的柏氏矢量3) 3) 每个面的顶点与其中心的连线每个面的顶点与其中心的连线每个面的顶点与其中心的连线每个面的顶点与其中心的连线代表代表代表代表2424个个个个 型的滑型的滑型的滑型的滑移矢量，相当于移矢量，相当于移矢量，相当于移矢量，相当于面心立方晶体中的面心立方晶体中的面心立方晶体中的面心立方晶体中的2424个个个个肖克莱不全位肖克莱不全位肖克莱不全位肖克莱不全位错错错错的柏氏矢量的柏氏矢量的柏氏矢量的柏氏矢量。

4)4) 4 4个顶点到它所对的三角形中心点的连线个顶点到它所对的三角形中心点的连线个顶点到它所对的三角形中心点的连线个顶点到它所对的三角形中心点的连线代表代表代表代表8 8个个个个 型的滑移矢量，相当于型的滑移矢量，相当于型的滑移矢量，相当于型的滑移矢量，相当于面心立方晶体中的面心立方晶体中的面心立方晶体中的面心立方晶体中的8 8个个个个弗兰克弗兰克弗兰克弗兰克不全位错不全位错不全位错不全位错的柏氏矢量的柏氏矢量的柏氏矢量的柏氏矢量5) 5) 4 4个面的中心连线个面的中心连线个面的中心连线个面的中心连线即即即即 为为为为 型的型的型的型的压压压压杆位错杆位错杆位错杆位错 由由图图4.11可知：可知： 有了汤普森四面体，面心立方晶体中各类位错反应有了汤普森四面体，面心立方晶体中各类位错反应有了汤普森四面体，面心立方晶体中各类位错反应有了汤普森四面体，面心立方晶体中各类位错反应尤其是复杂的位错反应都可极为简便地用相应的汤普森尤其是复杂的位错反应都可极为简便地用相应的汤普森尤其是复杂的位错反应都可极为简便地用相应的汤普森尤其是复杂的位错反应都可极为简便地用相应的汤普森记号来表达。

记号来表达记号来表达记号来表达 图图4.12 全位错分解示意图全位错分解示意图 B 扩展位错扩展位错面心立方晶体中能量最面心立方晶体中能量最面心立方晶体中能量最面心立方晶体中能量最低的全位错是处在低的全位错是处在低的全位错是处在低的全位错是处在{111}{111}面上的柏氏矢量为面上的柏氏矢量为面上的柏氏矢量为面上的柏氏矢量为 的单位位错的单位位错的单位位错的单位位错若单位位若单位位若单位位若单位位错错错错 在切应力作用在切应力作用在切应力作用在切应力作用下沿着下沿着下沿着下沿着(111)(111)晶面的晶面的晶面的晶面的 方向滑移时，则原子方向滑移时，则原子方向滑移时，则原子方向滑移时，则原子从从从从B B1 1位置滑动到相邻的位置滑动到相邻的位置滑动到相邻的位置滑动到相邻的B B2 2位位位位置置置置，，，，需要越过需要越过需要越过需要越过A A层原子的层原子的层原子的层原子的“ “高峰高峰高峰高峰” ”，，，，这需要提供这需要提供这需要提供这需要提供较高的能量，见较高的能量，见较高的能量，见较高的能量，见图图图图4.124.12。

但但但但如果滑移分为两步，如果滑移分为两步，如果滑移分为两步，如果滑移分为两步，先先先先从从从从B B1 1位置沿位置沿位置沿位置沿A A原子间的原子间的原子间的原子间的“ “低谷低谷低谷低谷” ”滑移到邻近的滑移到邻近的滑移到邻近的滑移到邻近的C C位位位位置置置置，即，即，即，即 ；然后；然后；然后；然后再再再再由由由由C C位置滑移到位置滑移到位置滑移到位置滑移到B B2 2位置位置位置位置，，，，即这种滑移即这种滑移即这种滑移即这种滑移比较容易比较容易比较容易比较容易显然，第一步滑移造成了层然，第一步滑移造成了层然，第一步滑移造成了层然，第一步滑移造成了层错，层错区与正常区之间错，层错区与正常区之间错，层错区与正常区之间错，层错区与正常区之间必然会形成两个不全位错必然会形成两个不全位错必然会形成两个不全位错必然会形成两个不全位错也就是说，也就是说，也就是说，也就是说，全位错的运动全位错的运动全位错的运动全位错的运动由两个不全位错的运动来由两个不全位错的运动来由两个不全位错的运动来由两个不全位错的运动来完成完成完成完成，即，即，即，即 。

n这个位错反应从几何条件和能量条件来判断均这个位错反应从几何条件和能量条件来判断均是可行的，如下所示：是可行的，如下所示：n n几何条件几何条件几何条件几何条件为：为：为：为： ，，，，能量条件能量条件能量条件能量条件为：为：为：为： 均满足，能反应均满足，能反应均满足，能反应均满足，能反应n n通常把通常把通常把通常把一个全位错分解为两个不全位错，中间一个全位错分解为两个不全位错，中间一个全位错分解为两个不全位错，中间一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的位错组态夹着一个堆垛层错的位错组态夹着一个堆垛层错的位错组态夹着一个堆垛层错的位错组态称为称为称为称为扩展位错扩展位错扩展位错扩展位错，，，，图图图图4.134.13即为即为即为即为 扩展位错的示意图扩展位错的示意图扩展位错的示意图扩展位错的示意图图图4.13 面心立方晶体中的扩展位错面心立方晶体中的扩展位错 扩展位错的宽度扩展位错的宽度扩展位错的宽度扩展位错的宽度d可可以根据两个肖克莱不全位以根据两个肖克莱不全位错间的斥力与位错的层错错间的斥力与位错的层错能平衡求得：能平衡求得： （（4-3）） K一与全位错类型有关的常数；一与全位错类型有关的常数； 一全位错线与它的柏氏矢量之间的一全位错线与它的柏氏矢量之间的 夹角；夹角；γ一层错能。

一层错能n 由（由（4-3）式可知，扩展位错的宽度）式可知，扩展位错的宽度d与晶与晶体的切变模量体的切变模量μ和位错的柏氏矢量和位错的柏氏矢量b成正比，与成正比，与单位面积层错能单位面积层错能γ成反比即成反比即层错能越大，扩层错能越大，扩展位错的宽度越小展位错的宽度越小具有面心立方结构的不同具有面心立方结构的不同金属它们的层错能是不同的例如，金属它们的层错能是不同的例如，铝的层错铝的层错能很高能很高，故其，故其扩展位错的宽度很窄扩展位错的宽度很窄，仅，仅1~2个个原子间距，实际上可认为铝中不会形成扩展位原子间距，实际上可认为铝中不会形成扩展位错；而错；而奥氏体不锈钢的层错能很低奥氏体不锈钢的层错能很低，其，其扩展位扩展位错的宽度错的宽度可达十几个原子间距可达十几个原子间距 当一个螺型单位位错分解为扩展位错后，当一个螺型单位位错分解为扩展位错后，当一个螺型单位位错分解为扩展位错后，当一个螺型单位位错分解为扩展位错后，由于两个肖克由于两个肖克由于两个肖克由于两个肖克莱不全位错不能离开层错面莱不全位错不能离开层错面莱不全位错不能离开层错面莱不全位错不能离开层错面，因而，因而，因而，因而扩展位错要实现交滑扩展位错要实现交滑扩展位错要实现交滑扩展位错要实现交滑移首先必须束集成单位位错移首先必须束集成单位位错移首先必须束集成单位位错移首先必须束集成单位位错，然后才能进行交滑移。

然后才能进行交滑移然后才能进行交滑移然后才能进行交滑移 图图4.14 扩展位错的交滑移过程扩展位错的交滑移过程图图图图4.144.14为扩展位错的交为扩展位错的交为扩展位错的交为扩展位错的交滑移过程滑移过程滑移过程滑移过程扩展位错的扩展位错的扩展位错的扩展位错的束集束集束集束集不是在整条位错线不是在整条位错线不是在整条位错线不是在整条位错线上同时进行，而是先上同时进行，而是先上同时进行，而是先上同时进行，而是先在在在在位错线上某点位错线上某点位错线上某点位错线上某点A A开始开始开始开始，，，，然后然后然后然后扩展成一线段扩展成一线段扩展成一线段扩展成一线段AA′AA′，被束集的单位位错进，被束集的单位位错进，被束集的单位位错进，被束集的单位位错进行行行行交滑移交滑移交滑移交滑移，并且在新的，并且在新的，并且在新的，并且在新的滑移面上滑移面上滑移面上滑移面上重新扩展重新扩展重新扩展重新扩展，，，，继继继继续滑移续滑移续滑移续滑移，逐步把扩展位，逐步把扩展位，逐步把扩展位，逐步把扩展位错错错错转移到新的滑移面上转移到新的滑移面上转移到新的滑移面上转移到新的滑移面上 从扩展位错交从扩展位错交从扩展位错交从扩展位错交滑移可知，滑移可知，滑移可知，滑移可知，层层层层错能低的金属，错能低的金属，错能低的金属，错能低的金属，扩展位错宽度扩展位错宽度扩展位错宽度扩展位错宽度大，束集困难，大，束集困难，大，束集困难，大，束集困难，不易交滑移不易交滑移不易交滑移不易交滑移；；；；而而而而层错能高的层错能高的层错能高的层错能高的铝，扩展位错铝，扩展位错铝，扩展位错铝，扩展位错宽度小，束集宽度小，束集宽度小，束集宽度小，束集容易，因而很容易，因而很容易，因而很容易，因而很容易交滑移容易交滑移容易交滑移容易交滑移。

4.4.4 面角位错面角位错 (Lomer-Cottrell Dislocation) 如如图图4.15所示，在所示，在(111)和和 面上分别有面上分别有两个两个全位错全位错 和和 ，它们在各自的滑移面，它们在各自的滑移面分解为扩分解为扩展位错展位错：： 两个扩展位错各在自己的滑移面上两个扩展位错各在自己的滑移面上相向移动相向移动，当，当每个扩展位错中的一个每个扩展位错中的一个领先不全位错达到滑移面的交领先不全位错达到滑移面的交线时线时，就会通过，就会通过位错反应位错反应，，生成新的位错生成新的位错：图图4.15 面角位错的形成过程面角位错的形成过程 这个这个这个这个新位错新位错新位错新位错 是纯刃型的，其是纯刃型的，其是纯刃型的，其是纯刃型的，其柏氏矢柏氏矢柏氏矢柏氏矢量位于量位于量位于量位于(001)(001)滑移面上滑移面上滑移面上滑移面上，，，，但面心立方晶体的滑移但面心立方晶体的滑移但面心立方晶体的滑移但面心立方晶体的滑移面是面是面是面是{111}{111}，，，，不易滑移，不易滑移，不易滑移，不易滑移，只能攀移只能攀移只能攀移只能攀移。

因此，这个因此，这个因此，这个因此，这个位错是位错是位错是位错是固定位错固定位错固定位错固定位错，又称，又称，又称，又称压杆位错压杆位错压杆位错压杆位错  压杆位错带着两片压杆位错带着两片分别位于分别位于(111)和和 面上的面上的层错层错区，以区，以及及 和和 两个不全位两个不全位错错这种形成于两个形成于两个{111}面之间的面角上，面之间的面角上，由三个不全位错和两片层错所构成的位错组态由三个不全位错和两片层错所构成的位错组态称为称为面角位错面角位错，也称为罗曼一柯垂尔，也称为罗曼一柯垂尔（（Lomer-cottrell）位错 4.5 4.5 体心立方晶体体心立方晶体体心立方晶体体心立方晶体(Body-centered Cubic Crystal) (Body-centered Cubic Crystal) 中的位错中的位错中的位错中的位错n在在体心立方晶体体心立方晶体中以密排方向中以密排方向<111>为滑移方为滑移方向，向，全位错的柏氏矢量为全位错的柏氏矢量为 <111>，相应的，相应的滑移面有滑移面有{110}、、{112}、、{123}。

由于这三种由于这三种滑移面均含有相同的滑移面均含有相同的<111>方向，使螺型位错方向，使螺型位错易于交滑移在低温变形的体心立方结构金易于交滑移在低温变形的体心立方结构金属中，所观察到的位错多为属中，所观察到的位错多为长而直的螺型位长而直的螺型位错错这说明，同刃型位错相比，这说明，同刃型位错相比，螺型位错的螺型位错的螺型位错的螺型位错的可动性较差，是控制体心立方结构金属滑移可动性较差，是控制体心立方结构金属滑移可动性较差，是控制体心立方结构金属滑移可动性较差，是控制体心立方结构金属滑移特性的主要位错组态特性的主要位错组态特性的主要位错组态特性的主要位错组态4.5.1 全位错的合成反应全位错的合成反应全位错的合成反应全位错的合成反应(Synthetic Reaction of Perfect Dislocation)n n在体心立方晶体中常见的全位错除了在体心立方晶体中常见的全位错除了在体心立方晶体中常见的全位错除了在体心立方晶体中常见的全位错除了 位位位位错外，还有柏氏矢量为错外，还有柏氏矢量为错外，还有柏氏矢量为错外，还有柏氏矢量为a<001>a<001>的位错，有时的位错，有时的位错，有时的位错，有时可在位错网络中观察到。

可在位错网络中观察到可在位错网络中观察到可在位错网络中观察到a<001>a<001>型全位错可型全位错可型全位错可型全位错可由两个由两个由两个由两个 型全位错经合成反应而获得型全位错经合成反应而获得型全位错经合成反应而获得型全位错经合成反应而获得，即，即，即，即 如图如图4.16所示，若沿所示，若沿(101)面上具有柏氏面上具有柏氏矢量为矢量为 的位错与沿的位错与沿 面上的具有柏面上的具有柏氏矢量为氏矢量为 的位错相遇时，便可按上述的位错相遇时，便可按上述反应合成新位错反应合成新位错 合成的新位错线沿着两滑移面合成的新位错线沿着两滑移面合成的新位错线沿着两滑移面合成的新位错线沿着两滑移面 和和和和 的的的的交线交线交线交线[010][010]方向，而柏氏矢量为方向，而柏氏矢量为方向，而柏氏矢量为方向，而柏氏矢量为a[001]a[001]，是一种，是一种，是一种，是一种不动位错不动位错不动位错不动位错，，，，其相应的半原子面又恰好沿着解理其相应的半原子面又恰好沿着解理面（面（001），易于成为萌生解理裂纹），易于成为萌生解理裂纹(Cleavage Crack)的部位，如图的部位，如图4.16（（b）所示。

所示图图4.16 [001]全全位错的形成与解位错的形成与解理裂纹成核理裂纹成核4.5.2 层错层错(Stacking Fault)n在体心立方晶体中，在体心立方晶体中，以以{110}面的密排程面的密排程度最大，故可以把体度最大，故可以把体心立方晶体看成是由心立方晶体看成是由{110}面堆垛而成面堆垛而成如如图图4.17所示，两个所示，两个相邻的相邻的 面上原面上原子的堆垛次序为子的堆垛次序为AB AB AB…，两层一循，两层一循环可供第二层原子环可供第二层原子占据的占据的B位置为位置为马鞍马鞍型凹窝型凹窝图图4.17 面上相邻面上相邻 两层原子的分布图两层原子的分布图图图4.17 面上相邻面上相邻 两层原子的分布图两层原子的分布图显然，若将某一显然，若将某一B层原子的位置向凹层原子的位置向凹窝中心窝中心B1或或B2错动错动 时，便可得到两种时，便可得到两种滑移型层错滑移型层错：：…AB AB AB1 AB1 AB1…或或 …AB AB AB2 AB2 AB2… （（4-4）） 在凹窝中心两侧处各在凹窝中心两侧处各有两个同等稳定的位置有两个同等稳定的位置B1和和B2都是都是B层原子可以占据的能量极小处，从层原子可以占据的能量极小处，从而为而为形成层错提供了可能性形成层错提供了可能性。

 但但{112}不是密排面，不能按刚球密堆方式不是密排面，不能按刚球密堆方式逐层堆垛，如逐层堆垛，如图图4.18（（a）所示若沿）所示若沿 方向方向观察时，可将观察时，可将 面上各原子在（面上各原子在（110）面上的）面上的投影示于图投影示于图4.18（（b） 在体心立方晶体中，还有一种在在体心立方晶体中，还有一种在{112}面上形面上形成层错的可能性成层错的可能性{112}面是体心立方晶体中最常面是体心立方晶体中最常见到的滑移面，也是孪晶面见到的滑移面，也是孪晶面(Twinning Plane)，为，为形成层错提供了有利条件形成层错提供了有利条件 n n图中标以图中标以图中标以图中标以A A、、、、C C和和和和E E的原子位于（的原子位于（的原子位于（的原子位于（110110）面上，用）面上，用）面上，用）面上，用“ “○”○”表示表示表示表示；而；而；而；而标以标以标以标以B B、、、、D D和和和和F F的原子沿的原子沿的原子沿的原子沿 方向方向方向方向与（与（与（与（110110）面相距）面相距）面相距）面相距 ，用，用，用，用“ “□”□”表示表示表示表示。

可见可见可见可见 面的堆垛特点是每六层为一循环周期面的堆垛特点是每六层为一循环周期面的堆垛特点是每六层为一循环周期面的堆垛特点是每六层为一循环周期，即，即，即，即 …ABCDEF ABCDEF AB… （（4-5））n而且，由于相邻两层而且，由于相邻两层 面上的原子沿面上的原子沿 方方向高度不同，又可将体心立方晶体的堆垛特点按向高度不同，又可将体心立方晶体的堆垛特点按 面的堆垛周期中每两层为一组加以描述：面的堆垛周期中每两层为一组加以描述： …A1 A2 B1 B 2 C1 C2 A1 A2 B1 B 2 C1 C2 A1 A2… （（4-6））图图4.18 面上的原子分布及其堆垛特点面上的原子分布及其堆垛特点 （（a）） 面上原子的分布；面上原子的分布； （（b）） 面上原子在（面上原子在（110）面上的投影）面上的投影 根据以上根据以上{112}面的堆垛特点，可有以下三面的堆垛特点，可有以下三种方式在体心立方晶体中形成层错。

种方式在体心立方晶体中形成层错A 滑移方式滑移方式 由图由图4.18可知，可知， 面与（面与（110）面相交，）面相交，其交线其交线 恰好为滑移方向每相邻两层恰好为滑移方向每相邻两层 面原子之间的相对滑移矢量为面原子之间的相对滑移矢量为 ，如，如图图4.19所示若将某一层所示若将某一层 面原子（如面原子（如A层原层原子）以上部分相对于以下的子）以上部分相对于以下的F层滑移层滑移 或或 ，可将体心立方晶体的堆垛次序变化而形成，可将体心立方晶体的堆垛次序变化而形成I1型内禀层错：型内禀层错： I1=…FEDCBAFEFEDCBA… （（4-7））图图4.19 原子在（原子在（110）面上的投影）面上的投影（（○代表位于纸面上的原子；代表位于纸面上的原子；╳ ╳代表位于纸面下的原子）代表位于纸面下的原子）B 抽出方式抽出方式n若在体心立方晶体的正常堆垛周期中，抽出一若在体心立方晶体的正常堆垛周期中，抽出一对原子层（如对原子层（如C层和层和D层），可形成如下层），可形成如下I2型内型内禀层错：禀层错： I2=…FEDCBAFE BAFEDCBA… （（4-8））C 插入方式插入方式n若在体心立方晶体中的正常堆垛周期中，在某若在体心立方晶体中的正常堆垛周期中，在某一一B面处将晶体切开后，使其上各层原子向上面处将晶体切开后，使其上各层原子向上沿沿 方向移动方向移动 距离，再在该空隙中插距离，再在该空隙中插入一对原子层（如入一对原子层（如E层和层和F层），则可形成层），则可形成E型型外延层错：外延层错： E=…CDEFABE FCDEFABC… （（4-9））n在上述改变在上述改变{112}面堆垛次序的过程中，面堆垛次序的过程中，要相应破坏或变动相邻原子层的键合状要相应破坏或变动相邻原子层的键合状态。

按照所涉及的原子键合破坏的程度，态按照所涉及的原子键合破坏的程度，可以认为，可以认为，I1型内禀层错所需能量最小型内禀层错所需能量最小，，而形成其他两种层错所需能量较大因而形成其他两种层错所需能量较大因此此在体心立方晶体中在体心立方晶体中，层错一般，层错一般以以I1型型为主为主，其他两种层错的实用意义不大其他两种层错的实用意义不大4.5.3 不全位错不全位错n在体心立方晶体中可能形成的不全位错主要有：在体心立方晶体中可能形成的不全位错主要有：1)在在{110}面上形成一部分层错时，其边界为不全面上形成一部分层错时，其边界为不全位错位错 ；；2)在在{112}面上形成一部分层错时，其边界为不全面上形成一部分层错时，其边界为不全位错位错 或或 n另外，在体心立方晶体中，也可能在另外，在体心立方晶体中，也可能在I1型层错的型层错的基础上进一步形成基础上进一步形成I3型层错，与其相对应的型层错，与其相对应的{112}面的堆垛次序如下：面的堆垛次序如下： I3=…FEDCBAF F A AFEDCBA… （（4-10）） 这种这种I3型层错相当于具有三个原子层厚的孪晶，型层错相当于具有三个原子层厚的孪晶，可以看成是在如图可以看成是在如图4.20（（a）所示的）所示的I1型层错的基础型层错的基础上，经柏氏矢量为上，经柏氏矢量为 和和 的两不全位错在的两不全位错在FE和和ED两原子层之间相继滑移的结果。

若在两原子层之间相继滑移的结果若在{112}面上面上形成一部分形成一部分I3型层错时，其边界的一端为三个分布在型层错时，其边界的一端为三个分布在相邻三个滑移面上的相邻三个滑移面上的 不全位错，另一端为柏氏不全位错，另一端为柏氏矢量和等于零的区域位错，如图矢量和等于零的区域位错，如图4.20（（b）所示图图4.20 在在 面上形成的（面上形成的（a）部分）部分I1型层错和（型层错和（b）部分）部分I3型层错型层错4.5.4 扩展位错扩展位错A 在在{110}面上的扩展位错面上的扩展位错n如图如图所示，所示，B层原子要从一个平衡位置滑移到层原子要从一个平衡位置滑移到另一个平衡位置时，比较容易的途径是另一个平衡位置时，比较容易的途径是将全位将全位错的运动分解成三个不全位错的运动错的运动分解成三个不全位错的运动，即，即n这种全位错这种全位错分解的特点分解的特点是，所形成的是，所形成的三个不全三个不全三个不全三个不全位错位于同一滑移面内位错位于同一滑移面内位错位于同一滑移面内位错位于同一滑移面内其中， 位错留在原位错留在原位错位错 所在处，所在处， 和和 两不全位错构成扩展位两不全位错构成扩展位错的两个边界。

错的两个边界n 面上相邻两层原子的分布图面上相邻两层原子的分布图n科恩（科恩（Cohen）等人曾用这种模型设想一个）等人曾用这种模型设想一个 螺型螺型位错分解形成可滑移型扩展位错的可能性，如位错分解形成可滑移型扩展位错的可能性，如图图4.21（（a）所示，这种分解反应称为）所示，这种分解反应称为可滑移分解可滑移分解n柯佑帕（柯佑帕（Kroupa）等人又设想）等人又设想 螺型位错可沿属于螺型位错可沿属于[111]晶带轴的三个晶带轴的三个{110}面内分解，如面内分解，如图图4.21（（b）和）和（（c）所示其位错反应如下：）所示其位错反应如下：n 为中心螺型位错，分别与另三个不全位错以三片层为中心螺型位错，分别与另三个不全位错以三片层错相联，故称为错相联，故称为三叶位错三叶位错在图4.21中，（中，（b）和）和（（c）是等效的两个状态，可以交替地沿同一条位错线）是等效的两个状态，可以交替地沿同一条位错线扩展图图4.21 柏氏矢量为柏氏矢量为 的螺型位错在的螺型位错在{110}面上分解面上分解（（a）可滑移分解；（）可滑移分解；（b）和（）和（c）不可滑移分解，两种状态相差）不可滑移分解，两种状态相差180°B 在在{112}面上的扩展位错面上的扩展位错nFrank等人提出，等人提出， 螺型位错可在螺型位错可在{112}面上按下式面上按下式分解扩展：分解扩展： 这是由于这是由于一个螺型全位错分解成两个螺型不全位错一个螺型全位错分解成两个螺型不全位错，，均位于同一滑移面上，如均位于同一滑移面上，如图图4.22（（a）所示。

这种位错）所示这种位错组态在外力作用下可整体滑移，也称为组态在外力作用下可整体滑移，也称为可滑移分解可滑移分解n赫许（赫许（Hirsch）等人又提出了一种）等人又提出了一种 螺型位错沿属螺型位错沿属于于[111]晶带轴的三个晶带轴的三个{112}面上分解的可能性，如面上分解的可能性，如图图4.22（（b）所示，即）所示，即n其特点是形成相交的三片层错，分别以三个其特点是形成相交的三片层错，分别以三个 螺型螺型不全位错为边界，但却不全位错为边界，但却无中心不全位错无中心不全位错n斯利维克（斯利维克（Sleeswyk）认为这种中心无不全位错的扩）认为这种中心无不全位错的扩展位错不稳定，应按展位错不稳定，应按图图4.22（（c）所示的方式分解在）所示的方式分解在无应力作用时，图无应力作用时，图4.22（（c）中所示的组态可有三种等）中所示的组态可有三种等效情况（相差效情况（相差120°）n这种这种各不全位错分别位于不同滑移面上的分解各不全位错分别位于不同滑移面上的分解，也称，也称为为不可滑移分解不可滑移分解所形成的扩展位错组态具有阻碍其所形成的扩展位错组态具有阻碍其他位错滑移的特性。

他位错滑移的特性 图图4.22 螺型位错在螺型位错在{112}面上分解机制示意图面上分解机制示意图 （（a））可滑移分解；可滑移分解；（（b））不可滑移分解，无中心位错；不可滑移分解，无中心位错；（（c））不可滑移分解，有中心位错不可滑移分解，有中心位错4.6 4.6 密排六方晶体密排六方晶体密排六方晶体密排六方晶体(Hexagonal Close-packed Crystal)(Hexagonal Close-packed Crystal) 中的位错中的位错中的位错中的位错4.6.1 层错层错n密排六方晶体也为密排结构，其密排六方晶体也为密排结构，其堆垛次序堆垛次序为为AB AB AB，二层一循环二层一循环密排面密排面是（是（0001））面，这种密排面也可以用刚球模型来描述，如面，这种密排面也可以用刚球模型来描述，如图图4.23所示 图图4.23 密排六方晶体密排六方晶体中密排面的刚球模型中密排面的刚球模型 在密排六方晶体中，层错也有内禀型和外延在密排六方晶体中，层错也有内禀型和外延型之分，可分别由以下三种方式形成。

型之分，可分别由以下三种方式形成 A 抽出一层原子后，上下两部分晶体适当平移抽出一层原子后，上下两部分晶体适当平移n若在密排六方晶体的正常若在密排六方晶体的正常AB AB堆垛次序中去堆垛次序中去掉某一层原子，如掉某一层原子，如B层原子，再使其上各层原层原子，再使其上各层原子的位置平移子的位置平移 ，会使堆垛次序变为，会使堆垛次序变为 （（4-11）） 则形成则形成内禀型层错内禀型层错，即，即 …AB AB AB A┆ ┆CA CA CA… （（4-12））n其特点是从其特点是从AB AB两层循环堆垛过渡到两层循环堆垛过渡到AC AC堆垛之堆垛之间，存在三层堆垛结构间，存在三层堆垛结构BAC由于不可能由同种类面由于不可能由同种类面构成邻近面，如构成邻近面，如AA和和BB，所以在，所以在密排六方晶体中的密排六方晶体中的层错必然包含面心立方晶体中的堆垛层次层错必然包含面心立方晶体中的堆垛层次B 简单滑移简单滑移n若将晶体在某一若将晶体在某一B层处剖开，使上部晶体相对下部晶体层处剖开，使上部晶体相对下部晶体平移至平移至C位置，也可形成位置，也可形成内禀型层错内禀型层错，例如，例如 （（4-13）） 则得则得 …AB AB AB┆ ┆CA CA CA… （（4-14））C 插入一层原子插入一层原子n若在若在A和和B层之间插入一层层之间插入一层C原子，则可形成原子，则可形成外外延型层错延型层错，即，即 （（4-15））n显然，第一种和第三种情况可以相互转化，通显然，第一种和第三种情况可以相互转化，通过滑移会由一种层错变成另一种层错，例如过滑移会由一种层错变成另一种层错，例如第一种：第一种：AB AB A┆ ┆C A C A C ↓↓↓↓↓（滑移）（滑移） 第三种：第三种：AB AB A C B A B A （（4-16））4.6.2 不全位错不全位错A 密排六方晶体中的矢量记号密排六方晶体中的矢量记号 利用图利用图4.24所示的所示的双角锥体双角锥体表示密排六方表示密排六方晶体中的各矢量。

晶体中的各矢量 图图4.24 密排六方晶体中的密排六方晶体中的柏格森记号柏格森记号可以看出，密排六方晶体中重要的位错有：可以看出，密排六方晶体中重要的位错有： n1））6个柏氏矢量等于双角锥体个柏氏矢量等于双角锥体基面基面ABC的边长的边长 的的全位错全位错，即，即 ；；n2））2个柏氏矢量个柏氏矢量垂直于基面垂直于基面的的全位错全位错，， 即即 ；；n3））12个个 型的型的不全位错不全位错，其柏氏矢量可，其柏氏矢量可 用用 表示，是代表表示，是代表SA和和TB中点连线长中点连线长 度两倍的矢量度两倍的矢量；；n4））4个柏氏矢量个柏氏矢量垂直于底面垂直于底面的的不全位错不全位错，即，即 ；；n5））6个在基面上的个在基面上的肖克莱不全位错肖克莱不全位错，其柏氏矢，其柏氏矢 量分别为量分别为 ；； n6））12个柏氏矢量为个柏氏矢量为 的的不全位错不全位错，是由，是由4）和）和5）两不全位错合）两不全位错合 成的结果。

成的结果n密排六方晶体中密排六方晶体中常见位错的柏格森记号常见位错的柏格森记号(表表4-3)（（2）戴曼诺（）戴曼诺（Damiano）记号）记号n图图4.25所示的基本六方单位晶胞上，各符号表所示的基本六方单位晶胞上，各符号表示密排六方晶体中常见位错的柏氏矢量及滑移示密排六方晶体中常见位错的柏氏矢量及滑移面，面，见表见表4.4图图4.25 密排六方晶体中矢量的密排六方晶体中矢量的戴曼诺记号戴曼诺记号表表4.4 密排六方晶体中密排六方晶体中常见位错及滑移面的戴曼诺记号常见位错及滑移面的戴曼诺记号B 肖克莱不全位错肖克莱不全位错n在铍、镁、镉和锌等具有密排六方点阵的金属在铍、镁、镉和锌等具有密排六方点阵的金属中，滑移系统中，滑移系统 （0001）的临界切应力很的临界切应力很低，使基面滑移易于进行低，使基面滑移易于进行在基面上，全位错在基面上，全位错可分解成两个肖克莱不全位错，中间以内禀型可分解成两个肖克莱不全位错，中间以内禀型层错区相连，层错区相连，如如图图4.26所示相应的位错反应所示相应的位错反应按柏格森记号为：按柏格森记号为： （（4-17）） 即即n n这种位错分解使位错能量减小这种位错分解使位错能量减小这种位错分解使位错能量减小这种位错分解使位错能量减小1/31/3。

所形成的肖所形成的肖所形成的肖所形成的肖克莱不全位错可在基面上运动，使堆垛次序作克莱不全位错可在基面上运动，使堆垛次序作克莱不全位错可在基面上运动，使堆垛次序作克莱不全位错可在基面上运动，使堆垛次序作如（如（如（如（4-114-11）式和（）式和（）式和（）式和（4-134-13）式所表述的变动式所表述的变动式所表述的变动式所表述的变动两两肖克莱不全位错的柏氏矢量同全位错的柏氏矢肖克莱不全位错的柏氏矢量同全位错的柏氏矢量之间呈量之间呈±30°角肖克莱不全位错可具有刃型、角肖克莱不全位错可具有刃型、螺型或混合型等类型螺型或混合型等类型4-11）式）式（（4-13）式）式图图4.26 全位错在基面上分解成两个肖克莱位错和内禀型层错全位错在基面上分解成两个肖克莱位错和内禀型层错C 弗兰克不全位错弗兰克不全位错n在密排六方晶体中，可由在密排六方晶体中，可由空位盘崩塌空位盘崩塌或或间隙原间隙原子沉淀子沉淀形成弗兰克位错由形成弗兰克位错由图图4.27可见，可见，空位空位在基面上在基面上聚集聚集和和崩塌崩塌后，会导致后，会导致同种类原子层同种类原子层成为成为近邻近邻，使系统，使系统能量增高能量增高。

改变这种不稳定改变这种不稳定原子组态的一种方式是将空位盘上面的一层原原子组态的一种方式是将空位盘上面的一层原子由子由B位置改变到位置改变到C位置，成为一层附加的位置，成为一层附加的C原原子，如子，如图图4.27（（c））所示这相当于其上层和所示这相当于其上层和下层各有符号相反的一个柏氏矢量为下层各有符号相反的一个柏氏矢量为 的肖克莱位错运动的结果的肖克莱位错运动的结果 图图4.27 弗兰克位错环的空位盘崩塌形成机制弗兰克位错环的空位盘崩塌形成机制（（a）空位在基面上聚集形成空位盘；（）空位在基面上聚集形成空位盘；（b）空位盘崩塌；）空位盘崩塌；（（c）调整层错区堆垛次序，形成外延型弗兰克位错环；）调整层错区堆垛次序，形成外延型弗兰克位错环；（（d）调整层错区堆垛次序，形成内禀型弗兰克位错环）调整层错区堆垛次序，形成内禀型弗兰克位错环n所涉及的位错反应按戴曼诺记号为：所涉及的位错反应按戴曼诺记号为： （（4-18））即即然而，然而，按此种方式所形成的弗兰克位错环包围着按此种方式所形成的弗兰克位错环包围着外延型外延型外延型外延型层错，所需能量较大，层错，所需能量较大，故故有可能在层错区有可能在层错区萌生一个肖克莱位错环，并由其扩展运动使层错萌生一个肖克莱位错环，并由其扩展运动使层错变为变为内禀型内禀型内禀型内禀型。

于是，在原弗兰克位错环所在的边于是，在原弗兰克位错环所在的边界处，便可能发生如下反应而形成界处，便可能发生如下反应而形成 型的弗兰型的弗兰克位错 （（4-19）） 即即n在所得到的弗兰克位错环内包围着内禀型层错，在所得到的弗兰克位错环内包围着内禀型层错，层错能较低一般认为，层错能较低一般认为，外延型层错的层错能外延型层错的层错能约为内禀型层错的三倍约为内禀型层错的三倍所以，所以，在密排六方晶在密排六方晶体中由空位盘崩塌形成的弗兰克位错环的柏氏体中由空位盘崩塌形成的弗兰克位错环的柏氏矢量以矢量以 为主位错环的尺寸受层错能、位错环的尺寸受层错能、应力、温度和杂质含量等影响应力、温度和杂质含量等影响 和和 型弗兰克位错环不能沿基面滑移（不动位型弗兰克位错环不能沿基面滑移（不动位错），但两者均可攀移错），但两者均可攀移n另外，也可以由另外，也可以由间隙原子在基面上沉淀间隙原子在基面上沉淀(Precipitate)形成形成如如图图4.28（（a）和（）和（b）的）的围绕围绕外延型层错外延型层错的弗兰克位错环，其柏氏矢量的弗兰克位错环，其柏氏矢量为为 。

由于其层错能高使位错环尺寸足够由于其层错能高使位错环尺寸足够大时，会大时，会按（按（4-19）式）式通过肖克莱位错环的萌通过肖克莱位错环的萌生与运动而生与运动而转变成内禀型转变成内禀型弗兰克位错环，如图弗兰克位错环，如图4.28（（c）所示在经辐照的）所示在经辐照的Mg、、Cd和和Zn中，中，已观察到间隙原子在基面上沉淀形成的弗兰克已观察到间隙原子在基面上沉淀形成的弗兰克位错环，其柏氏矢量为位错环，其柏氏矢量为 和和 两种图图4.28 弗兰克位错环的间隙原弗兰克位错环的间隙原 子沉淀形成机制子沉淀形成机制（（a）间隙原子在基面上沉淀；）间隙原子在基面上沉淀；（（b）外延型弗兰克位错环的）外延型弗兰克位错环的形成；形成；（（c）内禀型弗兰克位错环的形）内禀型弗兰克位错环的形成成D 其他不全位错其他不全位错n除在表除在表4.3中已讨论过的几种不全位错外，其余中已讨论过的几种不全位错外，其余位错均与位错分解或合成有关例如，可动的位错均与位错分解或合成有关例如，可动的不全位错不全位错 位于基面，围绕着内禀型层错，并位于基面，围绕着内禀型层错，并对以下位错分解反应具有亚稳定性。

对以下位错分解反应具有亚稳定性 或或 n不动位错不动位错 也有一定的亚稳定性，可按以下也有一定的亚稳定性，可按以下反应分解：反应分解：n其中，分解产物其中，分解产物 和和 两位错可分别在两位错可分别在 面上滑移面上滑移n全位错全位错 或或 为可动位错，但在一定条件下为可动位错，但在一定条件下可分解形成不动位错组态，如可分解形成不动位错组态，如图图4.29所示相应的分解反应为：应的分解反应为： 或或 n由图由图4.29可知，这种分解反应需要攀移条件，可知，这种分解反应需要攀移条件，可可通过空位或间隙原子短程扩散发生通过空位或间隙原子短程扩散发生这种分解反应对于限制非基面滑移有重要作用，可能解反应对于限制非基面滑移有重要作用，可能是使全位错是使全位错 或或 滑移时有很高静态滑移时有很高静态P一一N障碍的原因障碍的原因。

图图4.29 全位错全位错 分解分解（（a）） 全位错组态；（全位错组态；（b）） 复合位错组态复合位错组态4.6.3 位错的扩展位错的扩展n 在密排六方晶体中在密排六方晶体中在密排六方晶体中在密排六方晶体中有四种滑移系统有四种滑移系统有四种滑移系统有四种滑移系统(Slip (Slip System)System)，即，即，即，即基滑移系统基滑移系统基滑移系统基滑移系统 、、、、棱柱滑棱柱滑棱柱滑棱柱滑移系统移系统移系统移系统 、、、、I I型棱锥滑移系统型棱锥滑移系统型棱锥滑移系统型棱锥滑移系统 和和和和II II型棱锥滑移系统型棱锥滑移系统型棱锥滑移系统型棱锥滑移系统 其中以基面基面基面基面滑移系统最常见滑移系统最常见滑移系统最常见滑移系统最常见，其他三种只在合适的条件下，其他三种只在合适的条件下，其他三种只在合适的条件下，其他三种只在合适的条件下才能出现。

而且全位错扩展主要在基面上进行，才能出现而且全位错扩展主要在基面上进行，才能出现而且全位错扩展主要在基面上进行，才能出现而且全位错扩展主要在基面上进行，如（如（如（如（4-174-17）式所示n扩展位错的宽度与层错能成反比扩展位错的宽度与层错能成反比，层错能较高，层错能较高的的Mg中位错一般不扩展，而层错能较低的中位错一般不扩展，而层错能较低的Cd和和Zn中位错有较明显的扩展中位错有较明显的扩展n在有利于棱柱滑移的密排六方结构金属中，基在有利于棱柱滑移的密排六方结构金属中，基面滑移虽可进行，但全位错不易发生（面滑移虽可进行，但全位错不易发生（4-17））式所示的分解扩展式所示的分解扩展这可能因为在密排六方结这可能因为在密排六方结构金属中，晶面间距与构金属中，晶面间距与c/a值有关在值有关在c/a<1.633的情况下，基面间距变小，使相邻的情况下，基面间距变小，使相邻原子层间的键合增强，从而难于改变堆垛次序原子层间的键合增强，从而难于改变堆垛次序而形成稳定层错而形成稳定层错 n在受高应力作用下及晶体取向不利于基面滑移在受高应力作用下及晶体取向不利于基面滑移和棱柱滑移的条件下，在和棱柱滑移的条件下，在 和和 面上面上以以 为柏氏矢量的滑移系统可以开动为柏氏矢量的滑移系统可以开动(II型棱锥滑移系统型棱锥滑移系统) 。

其中，其中， 面也是密排面也是密排六方结构金属中常见的孪晶面之一但由于相六方结构金属中常见的孪晶面之一但由于相应的柏氏矢量较大，而且此类原子面不是理想应的柏氏矢量较大，而且此类原子面不是理想的密排面，使位错滑移的晶格阻力较大的密排面，使位错滑移的晶格阻力较大 n罗斯鲍姆（罗斯鲍姆（Rosenbaum）等人在刚球点阵模）等人在刚球点阵模型的基础上提出，柏氏矢量为型的基础上提出，柏氏矢量为 或或 的的全位错在全位错在 面上可能分解成四个不全位错，面上可能分解成四个不全位错，其柏氏矢量均为其柏氏矢量均为 其中，一个不全位错的一个不全位错的中心同时占据三个相邻的中心同时占据三个相邻的 面，而在各面面，而在各面上引起的原子位移不同上引起的原子位移不同，称为，称为区域位错区域位错另外三个不全位错分别位于三个三个不全位错分别位于三个 面上，与区面上，与区域位错和三片相邻的层错共同组成域位错和三片相邻的层错共同组成扩展位错扩展位错，，如如图图4.30所示由于区域位错运动时可形成孪所示由于区域位错运动时可形成孪晶，使晶，使 滑移同孪晶有密切关系。

滑移同孪晶有密切关系 图图4.30 全位错全位错 在在 面上分解形成一个面上分解形成一个 区域位错和三个不全位错区域位错和三个不全位错小小 结结n n位错的分类位错的分类位错的分类位错的分类：全位错和不全位错；：全位错和不全位错；n n位错的柏氏矢量位错的柏氏矢量位错的柏氏矢量位错的柏氏矢量：：大小和方向用大小和方向用大小和方向用大小和方向用b=b=C[uvwC[uvw] ]；；；；n n位错反应位错反应位错反应位错反应：几何条件：：几何条件：：几何条件：：几何条件： 能量条件：能量条件：能量条件：能量条件：n n面心立方晶体中的位错面心立方晶体中的位错面心立方晶体中的位错面心立方晶体中的位错：：：：1 1）层错：抽出或插入一层形成；）层错：抽出或插入一层形成；）层错：抽出或插入一层形成；）层错：抽出或插入一层形成；2 2）不全位错：肖克莱和弗兰克不全位错特征见表）不全位错：肖克莱和弗兰克不全位错特征见表）不全位错：肖克莱和弗兰克不全位错特征见表）不全位错：肖克莱和弗兰克不全位错特征见表4.24.23 3）扩展位错：）扩展位错：）扩展位错：）扩展位错：一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的位错组态。

一个堆垛层错的位错组态一个堆垛层错的位错组态一个堆垛层错的位错组态4）面角位错：）面角位错：形成于两个形成于两个{111}面之间的面角上，由三面之间的面角上，由三个不全位错和两片层错所构成的位错组态个不全位错和两片层错所构成的位错组态n n体心立方晶体中的位错体心立方晶体中的位错体心立方晶体中的位错体心立方晶体中的位错：：：：1 1）全位错合成反应：）全位错合成反应：）全位错合成反应：）全位错合成反应：2 2）层错：）层错：）层错：）层错：{110}{110}面上层错（滑移型）；面上层错（滑移型）；面上层错（滑移型）；面上层错（滑移型）；{112}{112}面上层错有面上层错有面上层错有面上层错有三种：三种：三种：三种： I1型内禀层错、型内禀层错、 I2型内禀层错、型内禀层错、 E型外延层错型外延层错3）不全位错：）不全位错： {110}{110}面上面上面上面上1/8<110>1/8<110>；；；； {112}{112}面上面上面上面上1/6<111>1/6<111>或或或或-1/3<111>-1/3<111>4 4）扩展位错：）扩展位错：）扩展位错：）扩展位错： {110}{110}面上面上面上面上 {112}{112}面上面上面上面上n n密排六方晶体中的位错密排六方晶体中的位错密排六方晶体中的位错密排六方晶体中的位错：：：：1 1）层错：抽出一层原子或滑移形成内禀型层错；插入一）层错：抽出一层原子或滑移形成内禀型层错；插入一）层错：抽出一层原子或滑移形成内禀型层错；插入一）层错：抽出一层原子或滑移形成内禀型层错；插入一层原子形成外延型层错。

层原子形成外延型层错层原子形成外延型层错层原子形成外延型层错2 2）不全位错：）不全位错：）不全位错：）不全位错：肖克莱不全位错肖克莱不全位错肖克莱不全位错肖克莱不全位错弗兰克不全位错弗兰克不全位错弗兰克不全位错弗兰克不全位错3 3）扩展位错：）扩展位错：）扩展位错：）扩展位错：三个不全位错分别位于三个三个不全位错分别位于三个 面上，面上，与区域位错和三片相邻的层错共同组成与区域位错和三片相邻的层错共同组成扩展位错扩展位错。