第三章 位错理论

(3).面状缺陷(Planar defects)
是指晶格内质点排列周期被破坏成一个面，也称为二维 缺陷。 如晶体表面、晶体颗粒边界、亚晶粒边界、双晶面、不同相 的界面。
A.晶体表面（grain surfaces)
晶体表面的几个原子层，其结构与性质与晶体内部不同， 它们受到质点间的作用力是不对称的，具有表面能。
Fig. 4. SEM secondary electron images of broken surfaces of dry Mont Mary quartzfeldspar mylonites.
(a) Thin K-feldspar band (with Kfs1 porphyroclasts embedded in tails of fine recrysallized Kfs2 grains) surrounded by larger elongate Qtz2,1 grains with mantles of fine polygonal Qtz2,2, XZ surface (mmS80).
理想晶体
含有位错晶体
• 刃型位错的布格矢量与位错线垂直.刃型位错分 可分为正、负刃型位错。布格矢量顺时针为正, 反之为负.
正刃性位错
负刃性位错
• 螺型位错的布格矢量与位错线方向平行, 可以分为左型和右型.
a-右螺型位错
b-左螺型位错
3.位错的一些基本性质
• （1）位错是一种线状缺陷,可以是直线,也可以是 曲线. • （2）一个位错只有一个唯一的柏格斯矢,且不会 为零. • （3）布格矢量是贯穿整个晶体的滑移矢量,所以 位错线不能终止于晶体内部,或出露晶体表面,或连 接于另一个位错线,也可以自行封闭形成位错环. • (4)当位错线交叉时，即数个位错线交汇于一点时， 则指向位错交叉点的布格斯矢量之和等于背向交 叉点的布格斯矢量之和 • （5）位错线附近原子能量大,不稳定,易于被杂质 原子所取代或侵蚀,这就是采用化学侵蚀法和氧化 缀饰法来观察位错的基础.
(f) Enlargement of the typical foam structure of mmS90, showing the equilibrium grain shapes and generally tight structure without pervasive porosity. The porosity distribution is, however, heterogeneous—although most grain boundaries are almost pore-free, local pockets exist where grain boundaries are covered in scattered fine pores, e.g. in the centre-right of the photograph (see also Fig. 6a and b), XY surface.
C. 替换原子 晶格结点上出 现了外来的原 子，替换原来 的原子。 (Substitutional impurities)
(2).线状缺陷（Linear defects）
是指晶格内质点排列周期性被破坏成一条线，也称为位 错，是晶体中最为常见的缺陷，位错及其运动在岩石和矿物 塑性流动过程中起着重要作用。
Schottky空位
Frank 空位，它与间隙原子数相同
• B.间隙原子 • 在晶格结构中非结 点位置出现的原子 和其它杂质，称为 间隙原子，有自间 隙原子（selfinterstitials）和间 隙杂质（interstitial impurities）两类。 • 自间隙原子与周围 原子一样，属于错 排原子。 • 间隙杂质其半径可 以比周围原子半径 大或小都使晶格发 生畸变。
• B 刃型位错攀移 • 刃型位错除了可以沿滑动面发生滑动外,还可以垂直于滑动面发
(g) Recrystallized quartz and finer-grained K feldspar, showing the marked difference in grain size but otherwise similar grain microstructure, XY surface (mmS90c).
(h) Enlargement of the K-feldspar domain in (g), showing the similar polygonal grain shape as for quartz and the generally tight, pore-free grain boundaries, with only local development of isolated pores on twograin boundaries, XY surface (mmS90c).
•第三章 矿物晶体缺陷和位错
Evidence of solid-state deformation, without much strain accumulation (such as elongation of grains or recrystallized aggregates) in granodiorite, Ardara pluton, NW Ireland. Quartz shows undulose extinction and marginal recrystallization, and K-feldspar shows microcline twinning and marginal replacement by myrmekite. Crossed polars; base of photo 4.4 mm.
•第三章 矿物晶体缺陷和位错(2)
4.位错运动与增殖
位错运动造成了岩石和矿物 塑性变形，而位错运动实质 是上就是原子运动，只涉及 位错周围原子，所以位错运 动所需要的临界值比理想的 晶体要小的多。与岩石和矿 物变形有关的位错运动主要 有以下主要几种类型：
刃性位错滑移：滑动方向与b平行
A 位错滑动 是指位错沿 滑移面的运动， 在没有干扰的 情况下，各类 位错均可最终 移出晶界，形 成台阶. 所有的位错线 的滑动方向均 与位错垂直。
源自文库
B.晶粒间界（grain boundaries)
光性方位不同的相邻晶粒或亚晶粒间的界面称为晶粒间界。 按相邻颗粒位向差的大小可将晶粒间界分为大角度晶界和小角 度晶界。大于12℃为大角度晶界，小于12 ℃为小角度晶界，也 称为亚晶界
大角度晶界
小角 度晶 界
a晶间质点为过度型电阵结构；b 双晶晶界；c密集位错构成的晶界。
(d) Transition from Qtz2,1 to Qtz2,2 new grains. Note again the general lack of porosity on the new grain boundaries, XZ surface (mmS88).
(e) Typical foam structure of recrystallized quartz grains developed in mmS90 (see Fig. 1e). Note the low overall porosity on most grain boundaries, XY surface.
一、晶体缺陷及其分类
• 1. 晶体缺陷 （imperfections in the structure of a crystal ） 理想晶体格架 内结点上的质点以一定规律周期性排列，如 果结点上质点的周期性遭到破坏，这就是晶 体缺陷。它们可以在晶体生长过程中 出现， 也可以在变形过程中出现。晶体缺陷按其在 晶体中的几何分类，可以分为点缺陷、线缺 陷、面缺陷和体缺陷。
螺型位错滑：移滑动方向与b垂直，由于位错线 与b平行，没有固定滑移面
混合型位错滑移：滑动方向与b成一斜交角度
（a）.位错运动可以导致位错消失
正、负刃性位错在同一滑移面上向遇，相互 抵消，导致位错消失
（b）.位错运动可以形成空位
正、负刃性位错在相隔滑移面上向遇，形成空位
• （c）.位错运动可以位错塞积 • 当位错滑动时遇到障碍时,如粒内晶界,气泡,杂质等,运 动受阻,产生位错塞积或位错缠结. • 符号相反的两个刃型位错在滑动过程中相遇时,会相互 抵消,导致位错消失.
• 金属物理学家、在研究金属变形时发现晶体 缺陷与金属的变形行为和力学性质有密切关 系，后来材料科学家发现这类缺陷不仅控制 材料的力学性质，而且对材料物理性质有直 接影响。人们发现一些晶体的实际强度要比 理论强度小的多，其原因是由晶体缺陷引起 的，为此Taylor(1934)提出位错理论，后来的 实验证明了位错理论。1964年Christie等首次 将位错理论引入矿物变形领域，地质学家开 始应用晶体缺陷理论来研究岩石和矿物的变 形特征、动力学机制和环境条件。晶体缺陷 影响晶体塑性变形。
• C.堆垛层错
• 是晶体中原子或离子的堆垛次序被破坏而形成的面缺 陷。
内存堆垛层错
外赋堆垛层错
(4).体缺陷
包括晶体中的气孔、各种包裹体和沉淀物
二、位错及其运动
• 1.位错的含义及类 型： • 位错是一种线状缺 陷。位错可以分为 四种：刃型位错、 螺型位错、混合型 位错和位错环。
• a.刃型位 错：位错 线垂直剪 切运动方 向。具有 附加半原 子平面
(1).点缺陷 晶格内某一结点上原子排列的 周期性的破坏或中断，叫点缺 陷（0-D known as point defects ）有： A 空位； B.间 隙原子；替换原子 A 空位，结点上原子缺失； 形成负压中心，晶格畸变。
空位扩大形成大约十几个原子 大小的非晶质区，称为松弛群
晶体在变形过程中形成的 两种不同类型的空位
(b)Irregular Qtz2,1 surrounded by fine, equigranular Qtz2,2, XZ surface (mmS80).
(c) Enlargement of the transition from Qtz2,1 to Qtz2,2 grains as seen in (b). Note the polygonal form, the fine grain size (2–3 mm), and the typical pore-free grain boundaries, XZ urface (mmS80).
b.螺型位 错:
位错线平 行于剪切 方向，但 是由垂直 于剪切方 向的位移 来实现的。 没有附加 半原子平 面。
c.混合型位错：兼有刃性位错和螺型位错的特点，称为混合位错
d. 位错环：闭合于晶体内部的环型位错，其任 何一部分都可以进一步分解为刃性位错、螺型 位错或混合型位错
2.布格矢量
• 位错的形成与晶格的滑动密切相关.滑动包括了 滑动方向和距离两个要素,滑动方向和距离统称 为滑动矢量,即 布格(Burgers)矢量,一般用b来表 示. • 布格矢量是由柏格斯回路引出来的,柏格斯回路 就是在含位错的晶体中,以完好晶区内取一原子 作为起点,绕位错线作一闭合的回路,每一步都 连接着相邻的等同原子.理想晶体与含位错晶体 结构上的闭合差即为布格矢量.
Strong kinking in biotite and quartz, indicating solid-state deformation, though much of the igneous microstructure remains, in the form of euhedral plagioclase laths. Hillgrove Adamellite, New England Batholith, New South Wales, Australia. Crossed polars; base of photo 1.75 mm.