无机材料科学基础03-5.ppt

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1、Chapter3CrystalStructureDefect3.1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）3.5线缺陷（位错）（linedefects，dislocation）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

2、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。一、位错的类型二、位错的伯格斯矢量（Burgersvector）及位错的性质三、位错的应力场与应变能四、位错的运动五、位错的反应一、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（一）刃位错形成及定义：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

3、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，水平线——滑移面，垂直线——半个原子面。刃位错示意图（二）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，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

4、头表示螺旋旋转方向,符合左手、右手螺旋定则。螺位错形成示意图螺位错线周围原子配置（b）螺位错滑移面两侧晶面上原子的滑移情况（a）与螺位错垂直的晶面的形状在外力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（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。（三）混合位错混合位错（a）混合位错的形成（b）混合位错分解为刃位错和螺位错示意图（c）混合位错线附近原子滑移透视图三、位错的伯格斯矢

5、量（Burgersvector）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。（一）伯格斯矢量的确定及表示1.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3-5-5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。2.伯氏矢量的表示方法b=ka[uvw]简单立方结构中，围绕刃位错的伯格斯回路（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

6、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。（a）b1＝b2＋b3的位错交点（b）伯氏矢量为零的位错交点（三）位错线的连续性及位错密度1.位错线的连续性位错线不可能中断于晶体内部。在晶体内部，位错线或自成环状回路，或与其它位错相交于节点，或穿过晶体终止于晶界或晶体表面。2.位错密度：单位体积内位错线的总长度。式中L——晶体长度；n——位错线数目；S——晶体截面积。即：位错密度可用单位截面上位错线露头数目表示。晶体中位错密度的测定：可通过透射电镜、X射线

7、、金相显微镜或其他方法测量，如用光学显微镜观察晶体位错腐蚀坑数目，除以视场面积，可求出位错密度。一般单晶生产中，位错密度约在103~104/cm2以下，较差的达108~109/cm2；一般退火金属晶体中位错密度为104~108/cm2数量级；经剧烈冷加工的金属晶体中，位错密度为1012~1014/cm2。四、位错的应力场与应变能理论基础：连续弹性介质模型假设：1.完全服从虎克定律，即不存在塑性变形；2.各向同性；3.连续介质，不存在结构间隙。位错的应力场:刃位错上面的原子处于压应力状态，为压应力场，刃位错下面的原子处于张应力状态，为张应力场；围绕一个螺

8、位错的晶体圆柱体区域也有应力场存在。位错的应变能Wtot位错使其周围点阵畸变，点阵能量增加，点