材料科学基础B晶体缺陷之二A课件.ppt

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1、3.2位错一．位错的基本类型和特征从位错的几何结构来看，可将它们分为两种基本类型，即刃型位错和螺型位错。1．刃型位错A.刃型位错的产生晶体上下两部分沿某一晶面发生相对位移(滑移)过程中，若滑移在某处受阻，使上部分产生多余的原子面，多余原子面与滑移面的交线被称作刃型位错线。刃型位错示意图B.刃型位错的特点1).刃型位错有一个多余的半原子面。常把多余原子面在滑移面上边的称为正刃型位错，记为“┻”；而把多余原子面在下边的称为负刃型位错，记为“┳”。其实这种正、负之分只具相对意义而无本质的区别。2).刃型位错线可理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。它不一定

2、是直线，也可以是折线或曲线，但它必与滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。3).滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于在刃型位错中，位错线与滑移矢量互相垂直，因此，由它们所构成的平面只有一个。4).位错周围的点阵发生弹性畸变，滑移面上方点阵受到压应力，下方点阵受到拉应力：负刃型位错与此相反。5).在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原子具有较大的平均能量。但该区只有几个原子间距宽，畸变区是狭长的管道，所以刃型位错是线缺陷。2．螺型位错A.螺型位错的产生若晶体右侧在切应力的作用发生相对错动，则发生错动区与未发生错动区的交线被称为

3、螺型位错螺型位错示意图B.螺型位错的特点1).螺型位错无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。2).根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向不同，螺型位错可分为右旋和左旋螺型位错。3).螺型位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线，而且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。4).纯螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些原子密排面上进行。5).螺型位错线周围的点阵也发生了弹性畸变，但是，只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不会引起体积膨胀和收缩，且在垂直于位错线的平面投影上，看不到原子的位移，

4、看不出有缺陷。6).螺型位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧减少，故它也是包含几个原子宽度的线缺陷。3．混合位错除了上面介绍的两种基本型位错外，还有一种形式更为普遍的位错，其滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度，这种位错称为混合位错。混合型位错示意图4.位错的重要性质Ａ．一根位错线不能终止于晶体内部，而只能露头于晶体表面（包括晶界）。若它终止于晶体内部，则必与其他位错线相连接，或在晶体内部形成封闭线。形成封闭线的位错称为位错环。(此即位错的连续性)Ｂ．位错周围存在应力场Ｃ．位错存在应变能Ｄ．位错具有缩短位错线长度的趋势Ｅ．

5、位错会生成和增殖晶体中位错环示意图I晶体中位错环示意图II二．柏氏矢量柏氏矢量的引出为了便于描述晶体中的位错，以及更为确切地表征不同类型位错的特征，1939年柏格斯（J.M.Burgers）提出了采用柏氏回路来定义位错，借助一个规定的矢量即柏氏矢量可揭示位错的本质。B.柏氏矢量的特性：1).柏氏矢量是一个反映位错周围点阵畸变总累积的物理量。该矢量的方向表示位错的性质与位错的取向，即位错运动导致晶体滑移的方向；而该矢量的模

6、b

7、表示了畸变的程度，称为位错的强度。2).柏氏矢量与回路起点及其具体途径无关。这就是柏氏矢量的守恒性。3).一根不分岔的位错线，不

8、论其形状如何变化（直线、曲折线或闭合的环状），也不管位错线上各处的位错类型是否相同，其各部位的柏氏矢量都相同；而且当位错在晶体中运动或者改变方向时，其柏氏矢量不变，即一根位错线具有唯一的柏氏矢量(唯一性)。4).若一个柏氏矢量为b的位错可以分解为柏氏矢量分别为b1，b2….bn的n个位错，则分解后各位错柏氏矢量之和等于原位错的柏氏矢量，即b=此即柏氏矢量的加和性三．位错的运动位错的最重要性质之一是它可以在晶体中运动，而晶体宏观的塑性变形是通过位错运动来实现的。晶体的力学性能如强度、塑性和断裂等均与位错的运动有关。因此，了解位错的运动的有关规律，对于改善

9、和控制晶体力学性能是有益的。位错有两种最基本的运动形式，即滑移和攀移。1．位错的滑移位错的滑移是在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作少量的位移（小于一个原子间距）而逐步实现的。刃型位错的滑移:刃型位错的运动方向始终垂直位错线而平行柏氏矢量。刃型位错的滑移面就是由位错线与柏氏矢量所构成的平面，因此刃型位错的滑移限于单一的滑移面上。刃型位错的滑移过程和结果螺型位错的滑移:螺型位错运动时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂直。对于螺型位错，由于位错线与柏氏矢量平行，故它的滑移不限于单一的滑移面上。螺位错的

10、位移过程与结果交滑移------对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成为其滑移面，因此，