第3章 晶体结构缺陷(5)-线缺陷

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1、中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚Chapter3Chapter3CrystalStructureDefectCrystalStructureDefect3.13.1晶体结构缺陷的类型3.2点缺陷（pointdefect）3.3固溶体（solidsolution）3.4非化学计量化合物（nonstoichiometriccompound）3.5线缺陷（linedefect）3.6面缺陷（facedefect）第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚3.53.5线缺陷（位错）（linedefectslinedefects，dislocationdisloc

2、ation）位错模型的提出背景1920年完整晶体塑性变形─滑移的模型→1926年金属晶体的理论强度─刚体模型─理论强度比实测强度高出几个数量级→1934年晶体缺陷的设想─线缺陷（位错）的模型→以位错滑移模型计算出的晶体强度，与实测值基本相符。应用成为研究晶体力学性质和塑性变形的理论基础，成功地解释了晶体的屈服强度、脆性、断裂和蠕变等晶体强度理论中的重要问题。第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚一、位错的类型二、位错的伯格斯矢量（Burgersvector）及位错的性质三、位错的运动四、位错的反应第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷中南大学资源加工与生物工

3、程学院宋晓岚一、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：刃位错螺位错混合位错第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚（一）刃位错形成及定义：晶体在大于屈服值的切应力τ作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。EF是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，水

4、平线——滑移面，垂直线——半个原子面。第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷刃位错示意图中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚刃型位错平面示意图第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚刃型位错立体示意图第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚（二）螺位错形成及定义：晶体在外加切应力τ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，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为螺旋状分类：左旋、右旋，其中小圆点代表与该点垂直的位错，旋转箭

5、头表示螺旋旋转方向,符合左手、右手螺旋定则。第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷螺位错形成示意图（a）与螺位错垂直的（b）螺位错滑移面两侧晶面晶面的形状上原子的滑移情况螺位错线周围原子配置中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚（三）混合位错在外力τ作用下，两部分之间发生相对滑移，在晶体内部已滑移和未滑移部分的交线既不垂直也不平行滑移方向（伯氏矢量b），称为混合位错。如图所示。位错线上任意一点，可经矢量分解为刃位错和螺位错分量。晶体中位错线可为任意形状，位错线上各点的伯氏矢量相同，只是各点刃型、螺型分量不同。第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷（a）混合位错的形成（b）混合位错分解为刃位错和螺

6、位错示意图（c）混合位错线附近原子滑移透视图混合位错中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚三、位错的伯格斯矢量（BurgersBurgersvectorvector）及位错的性质伯格斯矢量：晶体中有位错存在时，滑移面一侧质点相对于另一侧质点的相对位移或畸变。性质：大小表征了位错的单位滑移距离，方向与滑移方向一致。第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚（一）伯格斯矢量的确定确定伯格斯矢量的步骤（1）对于给定点的位错，人为规定位错线的方向，如图所示；（2）用右手螺旋定则确定伯格斯回路方向；（3）按照图所示的规律走回路，最后封闭回路的矢量即要求的伯氏矢量。第3章

7、晶体结构缺陷——3.5线缺陷中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚简单立方结构中，围绕刃位错的伯格斯回路第3章晶体结构缺陷——3.5线缺陷中南大学资源加工与生物工程学院宋晓岚（二）伯氏矢量的守恒性对一条位错线而言，其伯氏矢量固定不变。推论：1.一条位错线只有一个伯氏矢量；2.如果几条位错线在晶体内部相交（交点称为节点），则其中任一位错的伯氏矢量，等于其他各位错的伯氏矢量之和或指向节点的各位错的伯氏矢量之和，必然等于离开节点的各位错的伯氏矢量之和。