第3節(jié) 位錯(6)

    5.3.4 位錯的來源和位錯的增殖
    1. 位錯的來源
    螺型位錯會在晶體表面露頭處造成一個永不消失的臺階，可以充當晶體的生長前沿，因此，結晶核心中如有位錯，它的長大速度要比完整晶體快。
    根據(jù)理論上的計算，由于位錯的能量很大，除非晶體受到的應力接近理論切應變強度，位錯不是能靠熱激活產(chǎn)生的。因此，位錯不會在晶體中均勻形核，它只能在一些具備了條件的特殊地方產(chǎn)生。
    過飽和的空位可以凝聚成空位片，空位片崩塌時便轉(zhuǎn)化成位錯環(huán)，這是產(chǎn)生位錯的一個重要途徑。在高溫時空位濃度可達10¹⁸/cm³個以上，而室溫的平衡濃度很小。如果空位全部聚成半徑為10^-5cm圓片，它們崩塌后將形成10¹²/cm³個位錯環(huán)，相當于位錯密度6×10⁷cm/cm³。實際上不會全部空位都轉(zhuǎn)變成位錯環(huán)，因為表面、晶粒間界和已有的位錯也起著空位消亡的作用，空位的一部分不免要流入這些地方。
    結晶時若雜質(zhì)分凝或成分偏析顯著，最后凝固的晶體成分不同于先前凝固的晶體，從而點陣常數(shù)也要有所不同。作為點陣常數(shù)逐漸變化的結果，在過渡區(qū)可能形成一系列刃型位錯。同樣，從表面向晶中擴散的另一種元素時，也會因為與原子大小不同相關的內(nèi)應力形成位錯。晶體中的沉淀物或夾雜物若在周圍基體中產(chǎn)生較大的應力（例如相變應力或因膨脹系數(shù)不同在溫度變化時產(chǎn)生的熱應力），也會導致產(chǎn)生位錯。
    結晶過程中正在生長的兩部分晶體相遇，如果它們的位向有輕微差別，在結合處將形成位錯。如兩塊相對有傾轉(zhuǎn)角的晶體，在長大到相互接觸時，在它們中間形成一列刃型位錯。以這種方式產(chǎn)生位錯的典型例子是熔體中的樹枝狀結晶，如果因機械運動、溫度梯度或成分偏析引起的應力，使枝晶發(fā)生轉(zhuǎn)動或彎曲，便會通過上述機制在晶體中形成位錯和位錯網(wǎng)。類似的情況也發(fā)生于以外延法在襯底上沉積多晶薄膜的過程中，倘若最初的外延結晶核心在襯底上位置不正，它們長大相遇就會形成位錯。
    當晶體受到力的作用，局部地區(qū)會產(chǎn)生應力集中，如在裂縫尖端、夾雜物界面、表面損傷附近等，倘若應力集中程度達到理論切變強度水平，便有可能在這里直接產(chǎn)生位錯。
2. 位錯的增殖
    塑性變形最常見的方式是滑移，當一個位錯掃過滑移面，只有表面留下高度為b的滑移臺階，大量塑性變形時需要很多位錯掃過，所以隨塑性變形的進行，位錯數(shù)目應不斷減少，但這與事實不符。實驗證明，充分退火的金屬位錯密度為10⁶cm^-2左右，劇烈冷變形的金屬10¹¹~10¹²cm^-2，這表明位錯增殖了。增殖機制有很多中，最常見的是弗蘭克-瑞德源（Frank-Read Source），如圖5-25。
                         
    退火狀態(tài)位錯以三維網(wǎng)路狀存在于晶體中，有一兩端釘扎的刃型位錯線段AB，在外加切應力 作用下，位錯線AB受力 ，方向垂直于位錯線，使之克服位錯線張力，產(chǎn)生彎曲，如圖5-25 (a)(b)，由公式 可見外加切應力的大小和位錯線曲率成反比， 越小阻力越大，當位錯線彎曲成半圓時，曲率最小，切應力最大，如圖5-25 (b)。故位錯增殖的臨界切應力為 ， 為位錯線段AB的長度。由于位錯線上各點線速度相同，在位錯線兩個端點附近要保證相同的線速度，必須增加角速度，使位錯線形成卷曲狀，如圖5-25 (c)。當位錯線彎曲成圖5-25 (d)時，在兩枝相遇處為兩平行的異型螺型位錯因它們互相吸引對消，形成一閉合的位錯環(huán)和一段AB位錯線，如圖5-25(e)所示，在外應力和張應力的聯(lián)合作用力下（這時它們方向相同），位錯線變直。這樣的過程可以反復進行下去，源源不斷地產(chǎn)生新的位錯環(huán)。位錯增殖機制很多，如雙交滑移增殖機制，攀移機制等，這里就不再贅述。
（本節(jié)完）