材料微观结构第四章晶体中的位错与层错1

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1、第四章　晶体中的位错与层错4.1引言完整晶体的理论切变强度＝G/2π（切变模量G=104~105N/mm2）»实际临界切应力1934年，Taylor提出“位错”(linedefects，dislocation)概念－原子可能偏离其正常平衡位置。在此后20多年的时间里，人们一直持怀疑态度1956年，博尔曼、赫尔什、门特实验观察到缺陷，证实Taylor的说法。位错理论借助4.2位错的基本概念4.2.1位错概念的提出和位错形成几何学实际晶体远不是完整的，必定存在某种缺陷，原子都并非位于理论阵点位置，某些原子

2、可能偏离其正常平衡位置。这些偏离正常原子位置的畸变中心若连成一条“线”，便是“位错线”。—严格说，位错线并非一条几何意义上的“线”，而是一列原子偏离平衡位置形成的“线状应变场”。位错的类型晶体在不同的应力状态下，其滑移方式不同。根据原子的滑移方向和位错线取向的几何特征不同，位错分为刃位错、螺位错和混合位错。位错线本身的方向设为u，可以把位错分为三类：刃位错：b┴u螺位错：b

3、

4、u混合位错：b与u成任意角度柏氏矢量b—定量描述线状应变场给正常晶体带来畸变大小的量1。刃位错形成及定义：晶体在大于屈服值的切应

5、力作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。EF是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错（或棱位错）。几何特征：位错线与原子滑移方向相垂直；滑移面上部位错线周围原子受压应力作用，原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受张应力作用，原子间距大于正常晶格间距。分类：正刃位错，“”；负刃位错，“┳”。符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。b┴u，滑移面就是位错线和b组成的平面。位错在晶体中连续运动，露出晶体表面，产生宏观可见的滑移线，滑移线聚集而成滑移带。位

6、错线实际是半原子面刃部一条直线，或者说位错线是由于插入半个原子面在晶体中引起的“管状畸变区”的中心线EF，这个狭长应变区，只有几个原子间距宽。图中所画的只是形成刃位错的一种方式，其他途径如间隙原子或空位的扩散也能聚集形成多余半原子面，因此也可以形成刃型位错.刃型位错结构的特点：1).刃型位错有一个额外的半原子面。一般把多出的半原子面在滑移面上边的称为正刃型位错，记为“┻”；而把多出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

7、与未滑移区的边界线。它不一定是直线，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.如纯刃型位错环。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).晶体中存在刃型位错之后，位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变。就正刃型位置而言，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

8、该处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螺位错形成及定义：晶体在外加切应力作用下，沿ABCD面滑移，图中EF线为已滑移区与未滑移区的分界处。由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。分类：有左、右旋之分，分别以符号“”和“”表示。其中小圆点代表与该点垂直的位错，旋转箭头表示螺旋的旋转方向。它们之间符合左手、右手螺旋定则。b║u，滑移面是位错线和b组成的平面，和刃位错不同，其滑

9、移面不是唯一的。螺型位错的运动方向垂直于位错线。螺型位错虽不引起体积膨胀和收缩，但也产生畸变，位错线附近也存在畸变应力场。螺型位错具有以下特征：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，而且位错线的移䊨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

10、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，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（更为普遍）在切应力τ作用下形成滑移区和未滑移区的边界EF是一根弯曲位错线。在端点E处，位错线与b平行，为纯螺位错；端点F处，位错线与b垂直，为纯刃位