扩展位错

位错伯格斯矢量守恒的定则

扩展位错（extended dislocation）：一个全位错分解为两个或多个不全位错，其间以层错带相联，这个过程称为位错的扩展，形成的缺陷体系称为扩展位错。

简介

以面心立方结构为例讨论扩展位错问题。面心立方结构中滑移面为（111）面，位错柏氏矢量为b =1/2[110]。下图1-（a）是刃型位错的示意图，可见面心立方结构的刃型全位错有两个多余半原子面，即相互错开的两个（110）面。在实际金属中，经常是两个半原子面向两侧分开，中间留下一层a面对b面的上下错排区，如图1-（b）所示。这个错排区称为堆垛层错，简称层错。两个分开的半原子面构成柏氏矢量小于分开前全位错的新位错，称为分位错或不全位错。两个分位错连同它们之间的层错总起来叫做扩展位错。全位错之所以扩展是因为扩

展后比扩展前的能量更低，是更稳定的状态。

原理

扩展位错根据位错伯格斯矢量守恒的定则，应有

b=∑bk

式中b是未扩展全位错的伯格斯矢量，bk（k=1、2、3……）是分解后各个不全位错的伯格斯矢量。当然还要求扩展后体系的能量小于（至多等于）扩展前全位错的能量。最常被引述的例子是fcc晶体中的位错扩展反应。面心立方晶体{111}晶面是按ABCABCABC.......顺序堆垛的。若单位位错b=a/2[-110]在切应力作用下沿着（111）[-110]在A层原子面上滑移时，则B层原子从B1位置滑动到相邻的B2位置，需要越过A曾原子的“高峰”，这需要提供较高的能量，但如果分成两步滑移，即先从B1位置沿A层原子间的“低谷”滑移到近邻的C位置，即b1=1/6[-12-1]；然后再由C位置滑移到B2位置，即b2=1/6[-211]，这种滑移比较容易。显然，第一步滑移将在（111）晶面上导致堆垛顺序的变化，由原来的ABCABCABC.......正常堆垛顺序变为ABCACB......第二步滑移时又恢复正常。既然第一步滑移造成了层错，那么层错区和正常区之间必然会形成两个不全位错。故b1和b2是两个肖克莱不全位错。由于这两个不全位错位于同一滑移面上，彼此同号且柏氏矢量的夹角θ为60°（<90°），故他们必然相互排斥并分开，其间夹着一片层错区。这样就形成了一扩展位错。

特点

扩展位错有时在某些地点由于某种原因会发生局部的收缩，合并为原来的非扩展状态，这种过程称为扩展位错的束集。扩展位错上的割阶多是发生束集的地点，不过出现扩展割阶的情况也是很多的。

扩展位错的束集或扩展的割阶上会发生许多极有趣的位错反应或变换。正常的扩展位错不能交叉滑移到其它滑移面内，但一旦形成束集，交叉滑移即可发生。扩展位错的宽度，即两个不全位错之间的距离，或扩展位错其间层错带的宽度W决定于两个不全位错间的斥力与层错表面张力间的平衡。扩展位错的运动受到整个体系复杂形位的制约。上文所述位错锁就是一例。位错的扩展在电子显微镜下清晰可见。但并非所有的扩展位错不全位错与扩展位错层错构成的体系均与位错之扩展有关，例如弗兰克位错环及其所围绕的层错片就不是位错扩展过程所生成的。

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