不全位錯

面心立方晶體中的不全位錯

圖1為肖克萊不全位錯的刃型結構。上半圖是面心立方晶體的（

）面，圓圈代表前一個面上原子排列的位置，黑點代表後一個面上原子排列的位置。原子的連線看起來似乎是一個平面上的菱形，實際上是一前一後兩個平面上相鄰原子的連線。下半圖是把上半圖中A層與C層在

面上作投影。分層使用了不同的符號，◇代表A層，原子呈密排，△代表緊接A層之下的C層，也是密排的。讓A層的右半部滑移至B層原子的位置，其上部的各層也跟着移動，但滑移只限於一部分原子，即右半部原子。於是右半部的滑移面上發生了層錯，左半部則沒有移動，所以也沒有層錯，在兩者的交界處發生了原子的嚴重錯排，圖1中滑移後的原子位置用虛線連接。不全位錯可以認為就在上半部的圖中的A層上的兩個星號之間，此時在下半圖上看到對應的滑移後的A層原子位置，在用虛線連接起來的六角形中，越接近位錯的部分畸變越大。上半圖中左邊的晶體按ABCABC···正常順序堆垛，而右邊晶體是按ABCBCAB···順序堆垛，即有層錯存在，層錯與完整晶體的邊界就是肖克萊位錯，它位於一個平面上。圖1中下半部的右上角處的箭頭符號即為不全位錯的柏氏矢量b=

[

]，它與位錯線互相垂直，因此它是純刃型的肖克萊不全位錯。 ^[1] 

根據其柏氏矢量與位錯線的夾角關係，它既可以是純刃型的，也可以是純螺型的，見圖2，實線相連的位置代表滑移前的位置，虛線相連的代表滑移後的位置，滑移只在圖2中下半部進行，交界區域則是一段純螺型的肖克萊不全位錯。

肖克萊位錯還可以是混合型的，見圖3。肖克萊不全位錯可以在其所在的

面上滑移，滑移的結果使層錯擴大或縮小，但是即使是純刃型的肖克萊不全位錯也不能攀移，這是因為它有確定的層錯相連，若進行攀移，勢必離開此層錯面，故不可能進行。

圖4為抽出半層密排面形成的弗蘭克不全位錯。抽去B層的右邊一部分而讓其上面的C層垂直落下來，由於B層的右邊部分抽去而左邊部分沒有抽去，靠近層錯的邊沿位置的原子畸變大，但遠離邊沿的原子由於垂直落下，故原子排列雖發生層錯，但仍處於密排位置，並不發生畸變。這些畸變處的原子即組成不全位錯。

圖5為插入半層密排面形成的弗蘭克不全位錯。在右半部的A、B層之間插入一部分C層原子，構成不全位錯。

與抽出型層錯相聯繫的不全位錯稱為負弗蘭克不全位錯，而與插入型層錯相聯繫的不全位錯稱為正弗蘭克不全位錯。它們的柏氏矢量都屬於等

，且都垂直於層錯面 ，但方向相反。弗蘭克不全位錯屬純刃型位錯，這種位錯不能在滑移面上進行滑移運動，否則將使其離開所在的層錯面，但能通過點缺陷的運動沿層錯面進行攀移，使層錯面擴大或縮小，所以弗蘭克不全位錯又稱不滑動位錯或固定位錯，而肖克萊不全位錯則屬於可動位錯。

不全位錯的一個重要特徵就是它的柏氏矢量。求不全位錯的矢量方法和求全位錯的矢量方法相似。首先，設定一個位錯線的方向，如從紙後走向紙面。然後，環繞這個不全位錯做一個柏氏迴路，迴路的方向服從右手螺旋法則。但必須注意不全位錯所在晶體中的迴路必須從堆垛層錯上出發，而在全位錯的晶體中的迴路卻可以從任何點出發，只要不碰到缺陷即可。圖6為肖克萊不全位錯，可見作為參考的完整晶體的迴路的最後一步，就是肖克萊位錯的矢量。肖克萊位錯的矢量方向只與滑移面的上半晶體受壓或受張情況有關，而與層錯位於位錯線之左或之右無關。

圖7為正弗蘭克不全位錯，圖中畫的是一個堆垛層錯在位錯線之右的刃型位錯，柏氏矢量方向向下，即b=

。若堆垛層錯在位錯線之左，則柏氏矢量方向向上，即b=

。在如圖7所示完整晶體中，柏氏迴路自1走到6後，並不是把6與1直接連接起來，因為在有位錯的晶體中，6至1的連線與1至2的連線對稱於通過1的水平線，所以在參考晶體中也要使6至7的連線和1至2的連線成為對稱，於是最終代表柏氏矢量的從7至1的閉合線段為垂直於水平方向的線 。同理，也可以求得負弗蘭克位錯的柏氏矢量。總結不全位錯的柏氏矢量的特點如下：

兩種不全位錯都只能在層錯面上存在，它們的運動也限制在這個面上。肖克萊位錯可以滑移，但不能攀移；弗蘭克位錯則相反。但要注意，純螺型的肖克萊位錯不能交滑移，只能在層錯面上滑移。弗蘭克位錯只有刃型的，其柏氏矢量與滑移面垂直，只能攀移，而且是在密排面上攀移，而不是垂直於密排面攀移。面心立方晶體中兩種不全位錯的特徵見表。 ^[2] 

體心立方晶體中的不全位錯

在體心立方晶體中可能形成的不全位錯主要有：

1.在{

}面上形成一部分層錯時，其邊界為不全位錯

2.在{

}面上形成一部分層錯時，其邊界為不全位錯

或

另外，在體心立方晶體中，在I₁型層錯的基礎上進一步形成I₃型層錯。

這種I₃型層錯相當於具有三個原子層厚的孿晶，可以看成是在如圖8中（a）所示的I₁型層錯的基礎上，經柏氏矢量為

[

]和

[

]的兩不全位錯在FE和ED兩原子層之間相繼滑移的結果。若在

面上形成一部分I₃型層錯時，其邊界的一端為三個分佈在相鄰三個滑移面上的 不全位錯，另一端為柏氏矢量和等於零的區域位錯，如圖8中（b）所示。 ^[2] 

密排六方晶體中的不全位錯

若密排六方晶體中的層錯終止在晶體內部，必然在邊界處形成不全位錯，並有肖克萊不全位錯和弗蘭克不全位錯之分，為了此較方便地表示密排六方晶體中的位錯及滑移面，常採用兩種記號方法。 ·

該記號是利用如圖9所示的雙角錐體表示密排六方晶體中的各矢量。可以看出，密排六方晶體中重要的位錯有：

1.6個柏氏矢量等於雙角錐體基面ABC的邊長的全位錯

2.2個伯氏矢量垂直於基面的全位錯

3.12個

<

>型的不全位錯

4.4個柏氏矢量垂直於底面的不全位錯

5.6個在基面上的肖克萊不全位錯

6.12個柏氏矢量為

、

、

、

、

和 的不全位錯

密排六方晶體中常見位錯的柏格森記號如圖10

圖11 戴曼諾記號(2張)

如圖11所示的基本六方單位晶胞上，各符號表示密排六方晶體中常見位錯的柏氏矢量及滑移面，見表。

在鈹、鎂、鎘和鋅等具有密排六方點陣的金屬中，在基面上，全位錯可分解成兩個肖克萊不全位錯，中間以內稟型層錯區相連。

這種位錯分解使位錯能量減小

。所形成的肖克萊不全位錯可在基面上運動，使堆垛次序變動。兩肖克萊全位錯的柏氏矢量同全位錯的柏氏矢量之間呈 角。肖克萊不全位錯可具有刃型、螺型或混合型等類型。

在密排六方晶體中，可由空位盤崩塌或間隙原子沉澱形成弗蘭克位錯。空位在基面上聚集和崩塌後，會導致同種類原子層成為近鄰，使系統能量增高。改變這種不穩定原子組態的一種方式是將位盤上面的一層原子由B位置改變到C位置，成為一層附加的C原子。這相當於其上層和下層各有符號相反的一個伯氏矢量為

<

>的肖克萊位錯運動的結果。 ^[3]