第3节 位错(6)

    5.3.4 位错的来源和位错的增殖
    1. 位错的来源
    螺型位错会在晶体表面露头处造成一个永不消失的台阶，可以充当晶体的生长前沿，因此，结晶核心中如有位错，它的长大速度要比完整晶体快。
    根据理论上的计算，由于位错的能量很大，除非晶体受到的应力接近理论切应变强度，位错不是能靠热激活产生的。因此，位错不会在晶体中均匀形核，它只能在一些具备了条件的特殊地方产生。
    过饱和的空位可以凝聚成空位片，空位片崩塌时便转化成位错环，这是产生位错的一个重要途径。在高温时空位浓度可达10¹⁸/cm³个以上，而室温的平衡浓度很小。如果空位全部聚成半径为10^-5cm圆片，它们崩塌后将形成10¹²/cm³个位错环，相当于位错密度6×10⁷cm/cm³。实际上不会全部空位都转变成位错环，因为表面、晶粒间界和已有的位错也起着空位消亡的作用，空位的一部分不免要流入这些地方。
    结晶时若杂质分凝或成分偏析显著，最后凝固的晶体成分不同于先前凝固的晶体，从而点阵常数也要有所不同。作为点阵常数逐渐变化的结果，在过渡区可能形成一系列刃型位错。同样，从表面向晶中扩散的另一种元素时，也会因为与原子大小不同相关的内应力形成位错。晶体中的沉淀物或夹杂物若在周围基体中产生较大的应力（例如相变应力或因膨胀系数不同在温度变化时产生的热应力），也会导致产生位错。
    结晶过程中正在生长的两部分晶体相遇，如果它们的位向有轻微差别，在结合处将形成位错。如两块相对有倾转角的晶体，在长大到相互接触时，在它们中间形成一列刃型位错。以这种方式产生位错的典型例子是熔体中的树枝状结晶，如果因机械运动、温度梯度或成分偏析引起的应力，使枝晶发生转动或弯曲，便会通过上述机制在晶体中形成位错和位错网。类似的情况也发生于以外延法在衬底上沉积多晶薄膜的过程中，倘若最初的外延结晶核心在衬底上位置不正，它们长大相遇就会形成位错。
    当晶体受到力的作用，局部地区会产生应力集中，如在裂缝尖端、夹杂物界面、表面损伤附近等，倘若应力集中程度达到理论切变强度水平，便有可能在这里直接产生位错。
2. 位错的增殖
    塑性变形最常见的方式是滑移，当一个位错扫过滑移面，只有表面留下高度为b的滑移台阶，大量塑性变形时需要很多位错扫过，所以随塑性变形的进行，位错数目应不断减少，但这与事实不符。实验证明，充分退火的金属位错密度为10⁶cm^-2左右，剧烈冷变形的金属10¹¹~10¹²cm^-2，这表明位错增殖了。增殖机制有很多中，最常见的是弗兰克-瑞德源（Frank-Read Source），如图5-25。
                         
    退火状态位错以三维网路状存在于晶体中，有一两端钉扎的刃型位错线段AB，在外加切应力 作用下，位错线AB受力 ，方向垂直于位错线，使之克服位错线张力，产生弯曲，如图5-25 (a)(b)，由公式 可见外加切应力的大小和位错线曲率成反比， 越小阻力越大，当位错线弯曲成半圆时，曲率最小，切应力最大，如图5-25 (b)。故位错增殖的临界切应力为 ， 为位错线段AB的长度。由于位错线上各点线速度相同，在位错线两个端点附近要保证相同的线速度，必须增加角速度，使位错线形成卷曲状，如图5-25 (c)。当位错线弯曲成图5-25 (d)时，在两枝相遇处为两平行的异型螺型位错因它们互相吸引对消，形成一闭合的位错环和一段AB位错线，如图5-25(e)所示，在外应力和张应力的联合作用力下（这时它们方向相同），位错线变直。这样的过程可以反复进行下去，源源不断地产生新的位错环。位错增殖机制很多，如双交滑移增殖机制，攀移机制等，这里就不再赘述。
（本节完）