材料科学基础一 Ch07晶体缺陷课件.ppt

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1、§7-2线缺陷——位错的基本概念线缺陷(lineardefects)又称为位错(dislocation)。也就是说，位错是一种线型的晶体缺陷，位错线周围附近的原子偏离自己的平衡位置，造成晶格畸变。位错有两种基本类型：刃型位错(edgedislocation)螺型位错(screwdislocation)混合位错(mixeddislocations)，实际晶体中的位错往往既不是单纯的螺位错，也不是单纯的刃位错，而是它们的混合形式，故称之为混合位错。一、刃型位错视频刃型位错的形成，可以描述为：晶体在切应力的作用下，一部分相对于另一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）

2、产生位移，从而形成多余半原子面，也就形成了刃型位错。在切应力的继续作用下，刃位错向前运动，位错经过的区域晶体发生了滑移。因此，也可以说位错是晶体已滑移区与未滑移区的分界线（其它类型的位错也是如此）。1、刃型位错的形成动画位错线垂直于晶体滑移方向。位错线垂直于位错运动方向。即，晶体滑移方向与位错运动方向一致。如左图所示，晶体中多余的半原子面好象一片刀刃切入晶体中，沿着半原子面的“刃边”，形成一条间隙较大的“管道”，该“管道”周围附近的原子偏离平衡位置，造成晶格畸变。刃型位错包括“管道”及其周围晶格发生畸变的范围，通常只有3到5个原子间距宽，而位错的长度却有几百至几万个原

3、子间距。刃位错用符号“⊥”表示。2、刃型位错的结构3、正、负刃型位错的规定正刃型位错：半原子面位于滑移面上方，表示符号“丄”负刃型位错：半原子面位于滑移面下方，表示符号“丅”正负刃型位错并无本质的差别，只是相对的区别。1、螺型位错的形成动画二、螺型位错螺型位错也是在切应力的作用下晶体发生滑移形成的。位错线平行于晶体滑移方向。位错线垂直于位错运动方向。即，晶体滑移方向与位错运动方向垂直。如右图所示，上半部分晶体的右边相对于它下面的晶体移动了一个原子间距。在晶体已滑移和未滑移之间存在一个过渡区，在这个过渡区内的上下二层的原子相互移动的距离小于一个原子间距，因此它们都处于非

4、平衡位置。这个过渡区就是螺型位错，也是晶体已滑移区和未滑移区的分界线。之所以称其为螺型位错，是因为如果把过渡区的原子依次连接起来可以形成“螺旋线”。螺位错用环形箭头或用s表示。2、螺型位错的结构3、左、右旋螺型位错的规定左旋螺型位错：符合左手定则(上图)右旋螺型位错：符合右手定则(下图)三、柏氏矢量(Burgersvector)1、柏氏矢量b的确定方法2、柏氏矢量b的物理意义柏氏矢量b是描述位错实质的重要物理量。它反映了柏氏回路包含位错所引起点阵畸变的总积累，通常将柏氏矢量称为位错强度。位错的许多性质，如位错的能量、应力场、位错反应等均与其有关。它也表示出晶体滑移的大

5、小和方向。3、柏氏矢量b的守恒性如果若干条位错线交于一点，此交汇点称为节点，那么“流入”节点的位错线的柏氏矢量之和等于“流出”节点的位错线的矢量之和。推论：一条位错线只能有一个柏氏矢量。四、混合型位错混合型位错是由刃型位错和螺型位错混合而成的。混合型位错用m表示。由于混合型位错是由刃型位错和螺型位错合成的，所以它的柏氏矢量也是由这二个柏氏矢量合成的。或者说，混合型位错的柏氏矢量可以分解成二个矢量：一个和位错线垂直，是刃型位错的柏氏矢量；一个和位错线平行，是螺型位错的柏氏矢量。五、位错密度晶体中位错的量（多少）通常用位错密度来表示：V——晶体的体积，cm3S——该晶体中

6、位错线的总长度，cm为了简便，把位错线当成直线，而且是平行地从晶体的一面到另一面，这样上式可变为：n——面积A中见到的位错数目，个、条l——每根位错线长度，近似为晶体厚度。位错密度可以用透射电镜、金相等方法测定。一般退火金属中位错密度：105~106/cm2,剧烈冷变形金属中位错密度：1010~1012/cm2。位错密度与晶体强度的关系：ρτc晶体强度τc与位错密度ρ的关系曲线的极小值对应于退火金属的情况。在位错密度较低时：ρ越低，τc越高。在位错密度较高时：ρ越高，τc越高。因此，在工程实际中可以采取两条相反的途径来获得高强度：1、尽量减小位错密度。例如，晶须；2、

7、尽量增大位错密度。例如，非晶态材料。晶须冷变形金属非晶态合金§7-3位错的运动位错最重要的性质之一是它可以在晶体中运动。视频一、刃型位错的运动刃型位错有两种运动形式：滑移和攀移。1、滑移位错的滑移就是它在滑移面上的运动。滑移面——位错线l与柏氏矢量b构成的平面(l×b)。动画滑移方向v、位错线l、柏氏矢量b之间的关系：滑移方向与柏氏矢量方向相同，与位错线垂直：v//b⊥l2、攀移只有刃型位错才能发生攀移运动，即位错在垂直于滑移面的方向上运动。其实质是构成刃型位错的多余半原子面的扩大或缩小，它是通过物质迁移即原子或空位的扩散来实现的。通常把半原子面向上