缺陷與擴散
刃差排(edge dislocation)
刃差排是最容易想像的一種。拿一疊整齊的紙,每張都橫跨整個寬度——這就是完美晶體,每張紙是一層原子。現在從頂端插進一張多出來的半張紙,它只往下伸到一半就停住。這片多出的半原子面有一個埋在紙疊裡的底緣,而這條被埋住的邊緣就是差排線。它上方與周圍的東西被擠壓在一起以騰出空間;緊鄰它下方的則被略微拉開。
所以刃差排就是楔進晶體裡的一片多出半原子面的那條邊緣,教科書用一個倒 T 符號標示(豎劃代表半原子面,橫劃代表它將沿之滑動的滑移面)。它的定義特徵是幾何上的:柏格斯向量——它所攜帶的滑移量與方向——指向與差排線垂直的方向。當施加剪應力時,這條線會朝側向、與柏格斯向量相同的方向移動,作法是反覆地把那片多出的半原子面交棒給下一排原子。任何時刻只有一個鍵斷裂、一個鍵重組,這就是它為什麼能如此輕易滑動。
把機制走一遍:在剪力下,被埋住的邊緣藉由交換哪一片才是「多出來」的那片,往右移動一個原子間距,然後再一次、再一次,直到半原子面抵達表面,留下一個一原子高的台階——晶體便滑移了一個柏格斯向量。用成千上萬條差排重複這件事,就得到金屬肉眼可見、永久性的彎曲。就在差排線處晶格是扭曲的:滑移面上方受壓、下方受拉,而正是這股小小的應變場,讓溶質原子與其他障礙能抓住差排、強化金屬。
在穿透式電子顯微鏡下,刃差排呈現為一條暗線;多出的半原子面與其應變場明顯地彎折了原子列。當它最終離開晶體時,會在表面留下恰好一個柏格斯向量高的台階——這直接證明了滑移是一條差排接一條發生的。
楔進去的一片多出半原子面;它被埋住的邊緣就是那條會滑動的線。
刃差排也可以攀移(沿垂直於滑移面的方向移動),作法是吸收或放出空位,但這需要擴散、只有在高溫下才顯著——它是潛變的原子基礎,而非室溫滑移的基礎。
又称
另见