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晶体位错的类型:刃型位错和螺型位错

位错是原子的一种特殊组态,是在晶体中某处有一列或几列原子发生了有规律的错排,使长度为几百乃至几万个原子间距,宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置,产生了有规律的错动。位错的最基本类型有两种:一种是刃型位错,一种是螺型位错。

1)刃型位错

刃型位错的模型如图1.30所示。设有一简单立方晶体,某一原子面在晶体内部中断,如图1.30(a)所示,在晶面ABCD上半部存在多余的半排原子面EFGH,这个半原子面中断于EF处,犹如一把锋利的刀将晶体上半部分切开后,沿切口插入一额外的半原子面一样,此“刃口”EF的原子列就称为刃型位错线。

图1.30 刃型位错

刃型位错具有以下重要特征:

(1)刃型位错有一个额外的半原子面。习惯上把半原子面位于滑移面上部的称为正刃型位错,用符号“⊥”表示;而把半原子面在滑移面下边的称为负刃型位错,用符号“┬”表示。

(2)刃型位错线可理解为是已滑移区与未滑移区的边界线,它既可以是直线,也可以是折线或曲线,但它们必与滑移方向和滑移矢量垂直。

(3)刃型位错只能在同时包含有位错线和滑移矢量的滑移平面上滑移,在其他面上不能滑移。

(4)刃型位错周围的点阵发生弹性畸变,即有切应变,也有正应变。例如,对于正刃型位错,滑移面上方的点阵受到压应力,下方的点阵受到拉应力。

(5)刃型位错线周围的畸变区只有几个原子间距,是狭长的管道,所以刃型位错是线缺陷。

2)螺型位错

螺型位错是另一种基本类型的位错,其结构特点如图1.33所示。假设在晶体右端施加切应力τ,使右端上下两部分沿滑移面ABCD发生了一个原子间距的相对切变,这时已滑移区和未滑移区的边界线BC平行于滑移方向,而不是垂直[图1.33(a)]。图1.33(b)所示是BC附近原子排列的俯视图。从滑移面上下相邻两层晶面上原子排列的情况可以看出,在aa的右侧,晶体的上下两部分相对错动了一个原子间距,而在BC和aa′之间上下两层原子位置不相吻合的现象,这个区域的原子被扭曲成了螺旋形。如果从a开始,按顺时针方向依次连接此过渡区的各原子,每旋转一周,原子面就沿着滑移方向前进一个原子间距[见图1.33(c)]。由于位错线附近的原子是按螺旋形排列的,因而把这种位错称为螺型位错。

图1.33 螺型位错示意图

综上所述,螺型位错具有以下重要特征:

(1)螺型位错无额外的半原子面,原子错排呈轴对称。

(2)根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向的不同,螺型位错可分为左螺型位错和右螺型位错两种。通常用拇指代表螺旋前进的方向,其余四指代表螺旋的旋转方向。符合右手法则的称为右螺型位错,符合左手法则的称为左螺型位错。

(3)螺型位错线一定是直线,与滑移矢量平行,位错线移动方向与晶体滑移方向垂直。

(4)滑移面不是唯一的,包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面。

(5)螺型位错线周围的点阵也发生了弹性畸变,但只有平行于位错线的切应变而无正应变,即不引起体积的膨胀和收缩。

(6)位错畸变区也是几个原子间距宽度,同样是线缺陷。

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