螺旋差排(screw dislocation)
想像一座多層停車場,只有一條螺旋車道貫穿每一層。一圈一圈開下去,你就從一樓平順地爬到頂樓,一路上完全遇不到台階——樓層其實根本沒有分開,而是同一張連續的螺旋面。螺旋差排對晶體的原子面做的正是這件事:原本整齊、分離、平行的層,被剪切成繞著一條中心線轉一圈就恰好升高一層。本該是一疊鬆餅的東西,變成了一條單一的螺旋坡道。
確切的圖像:想像沿某個平面把晶體切進去一半,再把切口的兩片脣「平行於切口邊緣」彼此錯開一個原子間距,然後讓它們重新鍵結。原子不再躺在平坦的片層裡;它們像螺旋樓梯一樣繞著切口末端的那條線盤旋而上。那條線就是螺旋差排。它的決定性特徵是柏格斯向量 b——滑移的量與方向——「平行」於差排線,而不是像刃差排那樣垂直。這裡沒有多出來的半面;失配是一種扭轉,而非插入。
由於 b 沿著線的方向,螺旋差排有一項特殊自由:任何包含這條線的平面也都包含 b,所以螺旋差排可以在「很多」平面上滑移,還能從一個平面切換到另一個——這個動作叫作交叉滑移,讓螺旋差排能繞過刃差排躲不開的障礙。真實差排大多既非純刃也非純螺,而是兩者平順的混合,但純螺旋是構成一切差排的兩個乾淨端元之一。它的應力場是純剪切、沒有擠壓或拉伸,這也是為什麼螺旋差排(不像刃差排)無法攀移。
抓住一水平切口上方的原子塊,朝自己方向剪切一個晶格間距,但只剪切切口的前半。沿著剪切區終止線的那些原子現在繞著這條線盤旋:從頂面出發,繞線走一圈,你就抵達下一層面——螺距等於 b 的一條螺旋線。這裡 b 沿著線的方向,正是螺型的標誌。
螺旋差排是連接各層原子面的螺旋坡道;它的柏格斯向量平行於差排線,而且能交叉滑移。
螺旋差排裡沒有多出來的半面——那個心像只屬於刃差排。最常見的錯誤是把螺旋差排想成插入的原子面;它其實是一種剪切扭轉,柏格斯向量沿著線、而非橫越線。