缺陷與擴散

螺旋差排(screw dislocation)

螺旋差排比較難看清,但值得下功夫,因為它真的既奇特又優雅。想像一座多層停車場,它不是一層層平坦樓板中間用樓梯連接,而是整個地板就是一條連續的螺旋坡道——你一圈圈繞著開,每繞一圈就上升一層,卻從不踏上任何一階。螺旋差排把晶體的原子面扭成的正是這種螺旋坡道:原本看似分離的平坦層,變成了繞著一條中心線盤旋的單一螺旋面。

它由把晶體部分剪切而形成。想像把一塊晶體切進去一半,然後讓切口的兩個面沿平行於切口邊緣的方向、互相滑過一個原子間距,再讓它們重新鍵結。切口末端、滑移用盡之處那條線,就是螺旋差排。它的定義特徵與刃差排恰好相反:柏格斯向量與差排線平行,而非垂直。這就是為什麼你沿著這條線繞著原子走,會像螺絲牙紋一樣盤旋而上——名稱由此而來。

螺旋差排也會滑動,在剪力下往側向移動以攜帶滑移,而且它擁有刃差排所沒有的一項自由:由於柏格斯向量與線平行,螺旋差排可以「交叉滑移」,切換到另一個共用其滑移方向的滑移面上,以繞過障礙。這份額外的機動性在真實變形以及金屬回復的過程中都很重要。螺旋差排在晶體成長中也很有名:螺旋與表面相接處那個永不消失的台階,為新原子提供了源源不絕的落腳邊緣,因此許多晶體正是沿著這條自我延續的螺旋坡道長大的。

交叉滑移是螺旋差排獨有的,這也是為什麼變形後的金屬在輕度加熱時能部分軟化(回復):螺旋段滑到新的滑移面上,遇到符號相反的差排而互相湮滅。這也是為什麼由氣相長成的單晶,常在螺旋差排的出口處顯現出一個標誌性的螺旋小丘。

柏格斯向量與線平行——各原子面盤旋成一條螺旋坡道。

大多數真實差排既非純刃差排也非純螺旋差排,而是混合型,沿著同一條彎曲的線改變其性質。純粹的兩種只是我們用來分析的兩個極限情況;大自然把它們調和在一起。

又称
螺型差排螺旋型差排