2.3晶体的位错

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1、晶体中的位错(一)主要研究内容位错的基本类型及特征位错的柏氏矢量位错的运动位错的应力场位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。意义：对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用；对材料的扩散、相变过程有较大影响。位错的提出：1926年，弗兰克尔发现理论晶体模型刚性切变强度与与实测临界切应力的巨大差异(2~4个数量级)。1934年，泰勒、波朗依、奥罗万几乎同时提出位错的概念。1939年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位错。1947年，柯垂耳提出溶质原子与位错的交互作用。1950年，弗兰克和瑞德同时提出位错增殖机制。之后，用TEM直接观察到了晶体中的位

2、错。位错模型的提出背景完整晶体塑性变形─滑移的模型→金属晶体的理论强度→理论强度比实测强度高出几个数量级→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。刃型位错螺型位错混合位错根据原子的滑移方向和位错线取向的几何特征不同，位错可分为：一、位错的基本类型及特征形成及定义（图1-1）：晶体在大于屈服值的切应力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）。模型：滑移面/半原子面/位错线（位错线┻晶体滑移方向，位错线┻位错运动方向，晶体滑移方向

3、//位错运动方向。）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。1、刃型位错(edgedislocation)图1-1刃型位错示意图正刃型位错位错线负刃型位错透射电镜下观察到的位错线刃型位错的特征：刃型位错是由一个多余半原子面所组成的线缺陷；位错滑移矢量(柏氏向量)垂直于位错线，而且滑移面是位错线和滑移矢量所构成的唯一平面；位错的滑移运动是通过滑移面上方的原子面相对于下方的原子面移动一个滑移矢量来实现的；刃型位错线的形状可以是直线、折线和曲线；晶体中产生刃型位错时，其周围的点阵发生弹性畸变，使晶体处于受力状态，既有正

4、应变，又有切应变。形成及定义（图1-2）：晶体在外加切应力作用下，沿ABCD面滑移，图中BC线为已滑移区与未滑移区的分界处。在BC与aa｀线之间上下两层原子发生了错排现象，连接紊乱区原子，会画出一螺旋路径，该路径所包围的管状原子畸变区就是螺型位错。模型：滑移面/位错线（位错线//晶体滑移方向，位错线┻位错运动方向，晶体滑移方向┻位错运动方向。）分类：有左、右旋之分，分别符合左手、右手螺旋定则。2、螺型位错(screwdislocation)图1-2螺型位错形成示意图a)晶体的局部滑移;b)螺型位错的原子组态a)b)b右螺位错左螺位错LL螺型位错的空间模型螺型

5、位错的特征：1)螺型位错是由原子错排呈轴线对称的一种线缺陷；2)螺型位错线与滑移矢量平行，因此，位错线只能是直线；3)螺型位错线的滑移方向与晶体滑移方向、应力矢量方向互相垂直；4)位错线与滑移矢量同方向的为右螺型位错；为此系与滑移矢量异向的为左螺型位错。形成及定义在外力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(柏氏矢量b)，这样的位错称为混合位错。如图1-3所示。位错线上任意一点，经矢量分解后，可分解为刃位错和螺位错分量。晶体中位错线的形状可以是任意的，但位错线上各点的柏氏矢量相同，只是各点的刃型、螺型分量不

6、同而已。3、混合型位错图1-3混合位错a)晶体的局部滑移;b)混合位错的原子组态混合位错的空间模型柏氏矢量：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。二、位错的柏氏矢量及位错的性质(1)柏氏矢量的确定方法先确定位错的方向（一般规定位错线垂直纸面时，由纸面向外为正），按右手法则做柏氏回路，右手大拇指指位错正方向，回路方向按右手螺旋方向确定。从实际晶体中任一原子M出发，避开位错附近的严重畸变区作一闭合回路MNOPQ，回路每一步连结相邻原子。按同样方法在完整晶体中做同样回路，步数，方

7、向与上述回路一致，这时终点Q和起点M不重合，由终点Q到起点M引一矢量QM即为柏氏矢量b。柏氏矢量与起点的选择无关，也与路径无关。1、柏氏矢量刃型位错柏氏矢量的确定(a)有位错的晶体(b)完整晶体MNOPQMNOPQ柏氏矢量(a)(b)刃型位错柏氏矢量的确定螺型位错柏氏矢量的确定(a)有位错的晶体(b)完整晶体柏氏矢量螺型位错柏氏矢量的确定柏氏矢量是描述位错实质的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总累计。通常将柏氏矢量称为位错强度，它也表示出晶体滑移时原子移动的大小和方向。柏氏矢量具有守恒性。推论：一根不可分叉的任何形状的位错只有一个柏氏矢

8、量。利用柏氏矢量b与位错线t的关系，