擴展位錯

以面心立方結構為例討論擴展位錯問題。面心立方結構中滑移面為（111）面，位錯柏氏矢量為b =1/2[110]。下圖1-（a）是刃型位錯的示意圖，可見面心立方結構的刃型全位錯有兩個多餘半原子面，即相互錯開的兩個（110）面。在實際金屬中，經常是兩個半原子面向兩側分開，中間留下一層a面對b面的上下錯排區，如圖1-（b）所示。這個錯排區稱為堆垛層錯，簡稱層錯。兩個分開的半原子面構成柏氏矢量小於分開前全位錯的新位錯，稱為分位錯或不全位錯。兩個分位錯連同它們之間的層錯總起來叫做擴展位錯。全位錯之所以擴展是因為擴

展後比擴展前的能量更低，是更穩定的狀態。 ^[1] 

擴展位錯根據位錯伯格斯矢量守恆的定則，應有

b=∑b_k

式中b是未擴展全位錯的伯格斯矢量，b_k（k=1、2、3……）是分解後各個不全位錯的伯格斯矢量。當然還要求擴展後體系的能量小於（至多等於）擴展前 全位錯的能量。最常被引述的例子是fcc晶體中的位錯擴展反應。面心立方晶體{111}晶面是按ABCABCABC.......順序堆垛的。若單位位錯b=a/2[-110]在切應力作用下沿着（111）[-110]在A層原子面上滑移時，則B層原子從B₁位置滑動到相鄰的B₂位置，需要越過A曾原子的“高峯”，這需要提供較高的能量，但如果分成兩步滑移，即先從B₁位置沿A層原子間的“低谷”滑移到近鄰的C位置，即b₁=1/6[-12-1]；然後再由C位置滑移到B₂位置，即b₂=1/6[-211]，這種滑移比較容易。顯然，第一步滑移將在（111）晶面上導致堆垛順序的變化，由原來的ABCABCABC.......正常堆垛順序變為ABCACB......第二步滑移時又恢復正常。既然第一步滑移造成了層錯，那麼層錯區和正常區之間必然會形成兩個不全位錯。故b₁和b₂是兩個肖克萊不全位錯。由於這兩個不全位錯位於同一滑移面上，彼此同號且柏氏矢量的夾角θ為60°（<90°），故他們必然相互排斥並分開，其間夾着一片層錯區。這樣就形成了一擴展位錯。 ^[2] 

擴展位錯有時在某些地點由於某種原因會發生局部的收縮，合併為原來的非擴展狀態，這種過程稱為擴展位錯的束集。擴展位錯上的割階多是發生束集的地點，不過出現擴展割階的情況也是很多的。

擴展位錯的束集或擴展的割階上會發生許多極有趣的位錯反應或變換。正常的擴展位錯不能交叉滑移到其它滑移面內，但一旦形成束集，交叉滑移即可發生。擴展位錯的寬度，即兩個不全位錯之間的距離，或擴展位錯其間層錯帶的寬度W決定於兩個不全位錯間的斥力與層錯表面張力間的平衡。擴展位錯的運動受到整個體系複雜形位的制約。上文所述位錯鎖就是一例。位錯的擴展在電子顯微鏡下清晰可見。但並非所有的擴展位錯不全位錯與擴展位錯層錯構成的體系均與位錯之擴展有關，例如弗蘭克位錯環及其所圍繞的層錯片就不是位錯擴展過程所生成的。 ^[2]