晶体中的位错增殖机制及其重要性

晶体中的位错密度定义为单位体积中所含的位错线的总长度。为简便起见，常常把位错线当作直线，并且假定位错从晶体的一端平行地延伸到另一端。这样，位错密度就等于穿过单位面积的位错线的数目，即

大多数晶体中的位错密度都很大，如退火金属中，位错密度在106～108 cm-2的范围内。经剧烈冷变形的金属，其中的位错密度为1010～1012 cm-2。晶体中的位错来源有：晶体在生长过程中产生的位错；自高温快速冷却时，大量空位聚集形成的位错；晶体内部界面处出现应力集中，发生滑移时产生的位错［2，3］；等等。

晶体在受力时，位错运动至晶体表面而使材料产生宏观变形，同时位错消失。如果仅仅是这样，位错数目会随着材料的变形而逐步减少，但实际情况并非如此。晶体在变形过程中，存在位错的增殖机制，说明如下：

位错密度一般为ρd=107～1012 cm-2，按式（2-7）计算的由位错移动引起的切应变是一个较小的量，且位错向表面移动，产生台阶后便消失。要产生较大的塑性变形，必须有新的位错参与，因此晶体内必然存在使位错增殖的机制。

考虑滑移面内D、D＇两端固定的位错段，长度为l，在f=τb作用下位错段弯曲（见图2-23（a）、（b）、（c））。根据位错段的平衡（见图2-17），有

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利用式（2-22），即T=kGb2，得到

随着τ的增加，位错线曲率半径ρ减小，位错线呈半圆状时，ρ达到最小值，即ρ=l/2，此时，τ达到最大值，有

之后，曲率半径的增大无须借助于τ的增加，因此，位错线持续张大，在图2-23（d）、（e）所示的状态下，位错有一部分汇合，形成一闭合曲线及一段新的位错线。以上过程重复进行，使得位错数目不断增加，这就是位错增殖的Frank-Read源机制。位错的增殖机制还有双交滑移增殖、攀移增殖等。螺型位错经双交滑移后可形成刃型割阶，割阶对原位错产生“钉扎”作用，并使原位错在滑移面上滑移时成为一个位错增殖源。

图2-23　位错增殖机制