ch3.2 晶体缺陷--线缺陷(位错)(06级).ppt

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1、3.2位错位错（dislocation）是一种线缺陷,它是晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律错排现象；错排区是细长的管状畸变区,长度可达几百至几万个原子间距,宽仅几个原子间距。如右图是位错的一种。特点:在一维方向的尺寸较长，另外二维方向上尺寸很小，从宏观看缺陷是线状的。从微观角度看，位错是管状的。晶体的理论切应力与实验值的比较（单位：MPa）金属理论切应力实验值切变模量Al38300.78624400Ag39800.37225000Cu64800.49040700α-Fe110002.7568950Mg26300.39316400完整晶体滑移和实际晶体滑移：完整

2、晶体滑移的理论剪切强度要远高于实际晶体滑移的对应强度，实验上所测得的临界切应力远小于计算值。理论值大了约1000~10000倍。从而促进了位错理论的产生和发展。（下页表）Orowan把晶体的滑移过程比喻为蠕虫的运动。位错理论是上世纪材料科学最杰出成就之一3.2.1位错的基本类型和特征位错的类型：刃型位错（edgedislocation）螺型位错（screwdislocation）混合位错（mixeddislocation）可分解为刃型位错分量和螺型位错分量（1）刃型位错（edgedislocation）的产生完整晶体滑移的理论剪切强度要远高于实际晶体滑移的对应强度，

3、从而促进了位错理论的产生和发展。（2）刃型位错的定义和立体图示(如图3.4)刃型位错线：多余半原子面与滑移面的交线。(链接)1.刃型位错（3）刃型位错特征：①刃型位错有一个额外的（多余）半原子面。正刃型位错用“⊥”表示，负刃型位错用“┬”表示；其正负只是相对而言。判断用右手定则：食指指向位错线方向，中指指向柏氏矢量方向，拇指指向多余半原子面方向。②刃型位错是直线、折线或曲线。它与滑移方向、柏氏矢量垂直。③滑移面必须是同时包含有位错线和滑移矢量的平面。位错线与滑移矢量互相垂直,它们构成平面只有一个。④晶体中存在刃位错后,位错周围的点阵发生弹性畸变,既有正应变,也有负应

4、变。点阵畸变相对于多余半原子面是左右对称的，其程度随距位错线距离增大而减小。就正刃型位错而言,上方受压,下方受拉。⑤在位错线周围的畸变区每个原子具有较大的平均能量。畸变区是一个狭长的管道。晶体局部滑移造成的刃型位错2.螺型位错(1)螺型位错的形成:(2)螺型位错（screwdislocation）的图示晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）若平行于滑移方向，则在该处附近原子平面已扭曲为螺旋面，即位错线附近的原子是按螺旋形式排列的，这种晶体缺陷称为螺型位错（screwdislocation）。(3)螺型位错的特点：①螺型位错无额外的半原子面，原子错排成轴对称。②

5、根据螺旋前进方向可以人为定义右旋螺型位错和左旋螺型位错；左、右旋分别用左(右)法则来判断：拇指指向螺旋前进的方向，而其余四指代表旋转方向，凡符合右手法则的称为右螺旋型位错，凡符合左手法则的称为左螺旋位错。二者无本质区别，无论将晶体如何放置都不会改变其左、右的性质。③螺旋位错线与其滑移矢量平行，故纯螺位错只能是直线。且与位错线移动方向与晶体滑移方向垂直；④纯螺位错的滑移面不是唯一的，凡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。晶体局部滑移造成螺型位错⑤螺旋位错线位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变

6、，即不引起体积的膨胀和收缩；且在垂直于位错线的平面投影上，看不到原子的位移，看不出缺陷。螺位错周围只引起切应变而无体应变。错位线周围的应力场呈轴对称分布⑥位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线缺陷。如果有一条螺型位错线在晶体表面露头，在露头处的晶面上必然形成一个台阶，这个台阶不会因覆盖了一层原子而消失，它将永远存在。这样螺位错露头处就是晶体生长的择优点，使之能在过饱和度不高（1%，根据理论计算应高达50%）的晶体蒸气压或溶液中连续不断地生长。螺型位错和刃型位错的结构特征对比无额外的半原子面，原子错排呈轴对称，分右旋和左旋螺型位错；一定是直线，与滑移矢量平行，位错线

7、移动方向与晶体滑移方向垂直；滑移面不是唯一的，包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面；位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不引起体积的膨胀和收缩；位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线位错。刃形位错有一个额外半原子面;刃形位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道,其中既有正应变,又有切应变;位错线与晶体滑移的方向垂直,即位错线运动的方向垂直于位错线3.混合位错(1)混合位错（mixeddislocation）的图示晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）既不平行也不垂直于滑移方向，即滑移矢量与位错线成任意角度，这种晶体缺