【干货】位错的生成和增殖及实际晶体中的位错 18

01

位错密度

单位体积内位错线的总长度ρ=L/V

式中L为晶体长度，n为位错线数目，S晶体截面积。一般退火金属晶体中为10⁶-10⁸cm^-2数量级，经剧烈冷加工的金属晶体中，为10¹⁰-10¹²cm^-2精心处理和制备的超纯金属单晶体，可低于10³cm^-2（请注意单位，也可以为m^-2）

02

位错的生成

（1）晶体生长过程中产生位错

①杂质冷凝过程分布不均

②温度、浓度梯度、机械振动影响晶体生长使相邻晶块间有偏转或弯曲形成位相差，形成位错

③晶体生长过程中相邻晶粒发生碰撞、冷却时体积变化形成热应力，使晶体表面形成台阶或受力变形形成位错。

（2）自高温快凝固及冷却时，形成过饱和空位，空位聚集形成位错。

（3）在晶体内部的某些界面及微裂纹处，由于热应力和组织应力作用，出现应力集中，产生位错。

03

增殖

1.弗兰克-里德位错源（FR）

位错的增殖机制还有很多，例如：双交滑移增殖、攀移增殖等。

2. 双交滑移增殖模型

3. 塑性形变

04

实际晶体结构中的位错

1. 实际晶体中位错的柏氏矢量

（1）全位错：通常把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为全位错。

（2）不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错。

（3）部分位错：柏氏矢量小于点阵矢量的称为部分位错。

2. 堆垛层错

堆垛层错：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，称为堆垛层错。

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，如面心立方密排面{111}由“…ABCABCABC…”堆垛变为“…ABCABABC…”，称为堆垛层错，简称层错，分为抽出型层错（如下图）和插入型层错。通常层错能低的金属容易发生层错，如Mg，Zn等。

形成层错时几乎不产生点阵畸变，但是它破坏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，这部分增加的能量称为堆垛层错能。晶体中出现层错的几率与层错能有关，层错能越高则几率越小。

3. 不全位错

面心立方结构中，有两种重要的不全位错：肖克利和弗兰克不全位错。

肖克利不全位错的形成：原子运动导致局部错排，错排区域完整晶格区的边界线即为肖克莱不全位错。（结合位错反应理解。可为刃型、螺型或混合型位错。）

弗兰克不全位错的形成：在完整晶体中局部抽出或插入一层原子所形成。（只能攀移，不能滑移。）

4．位错反应

由于位错间相互作用力的存在，使得位错之间有可能发生相互转化或相互作用，此即位错反应。位错能否发生反应，取决于两个条件：

其一，几何条件：必须满足伯氏矢量的守恒性，即

其二，能量条件：位错反应必须是一个伴随着能量降低的过程，即

5. 面心立方晶体中的位错（了解）

（1）扩展位错：通常把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整个位错组态称为扩展为错。

（2）扩展位错宽度

（3）扩展位错的束集

（4）扩展位错交滑移

6. 其他晶体中的位错（不重要）

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