3-03位错类型

晶体缺陷-位错的基本类型与特征

混合位错
总结词
混合位错是一种同时具有刃型和螺旋型特征的晶体缺陷，其特征是晶体中某处的原子既发生了平移又发生了螺旋式的位移。
VS
详细描述
混合位错是刃型位错和螺旋位错的组合体，其原子位移同时包含了平移和螺旋式的位移。混合位错通常出现在晶体的复杂区域，如晶界、相界等。由于混合位错同时具有刃型和螺旋型位错的特征，其对晶体的性能影响也较为复杂，需要进行深入研究。
滑移与攀移
在切应力作用下，位错能够沿滑移面整列移动，称为滑移；而垂直于滑移面方向的移动称为攀移。这两种运动方式是位错在塑性变形中的重要表现。
应变梯度与几何必须位错
当材料的局部区域发生不均匀变形时，会产生应变梯度，进而促使位错的形成和运动，以协调这种不均匀变形。
位错与材料疲劳断裂
01
疲劳裂纹的萌生与扩展
强化机制
加工硬化
在塑性变形过程中，位错的运动和交互作用导致材料逐渐变硬，即加工硬化。这是金属材料常用的强化手段。
通过引入位错，可以增加材料的内应力，从而提高其屈服强度。这种强化机制称为位错强化。
位错与材料塑性变形
塑性变形机制
位错在受力时能够运动，从而改变材料的形状。这种运动机制是金属等材料发生塑性变形的内在原因。
在循环载荷作用下，位错容易在材料的应力集中区域（如晶界、相界或
表面）聚集，形成位错塞积群，进而导致疲劳裂纹的萌生。裂纹的扩展
通常沿特定晶体学平面进行。
02
影响疲劳性能的因素
位错的运动和交互作用对疲劳裂纹的萌生和扩展具有重要影响，进而影
响材料的疲劳性能。例如，材料的抗疲劳性能可以通过引入阻碍位错运
动的合金元素来改善。
晶体缺陷的分类

位错的基本类型.

吉首大学物理与机电工程学院 JiShou University
晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
出现多余半原子面，表面形成台阶
2014年3月10日11时1分
刘志勇 14949732@
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晶体中的纯刃型位错环
从滑移这个角度来看，可以把位错定义为晶体中已滑移区域和未滑移区域的边界
晶体中的位错作为滑移区的边界，就不可能中断于晶体内部，它们或者中止于表面，或者中止于晶界和相界，或者与其它位错线相交，或者自行在晶体内形成一个封闭环
刃型位错不一定是直线，可以是折线或曲线
EFGH是位错环，是由于晶体中多了一片 EFGH的原子层所造成的
刃型位错特征
（1）是由一个多余半原子平面所形成的线缺陷，位错宽度2~5个原子间距，位错是一管道（2）位错滑移矢量b垂直于位错线，位错线和滑移矢量构成滑移的唯一平面即滑移面（3）位错线不一定是直线，形状可以是直线，折线和曲线，位错环
（4）晶体中产生刃型位错时，其周围点阵产生弹性畸变，既有正应变，又有切应变，使晶体处于受力状态，就正刃型位错而言，滑移面上方原子受到压应力，下方原子受到拉应力。负刃型位错则刚好相反
τ
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晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
原子完整排列
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实际晶体中的位错

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位错的基本概念
位错定义
位错是一种晶体中的缺陷位错由刃型位错和螺型位错组成位错的存在会导致晶体滑移的增加位错密度是衡量材料强度的重要参数
位错类型
刃型位错：晶体中常见的位错类型，由刃型位错线与滑移面组成。
螺型位错：晶体中常见的位错类型，由螺型位错线与滑移面组成。
原理：利用电子显微镜的高分辨率和高对比度特性，可以观察到晶体中位错区域的形貌、分布和密度等信息。
优点：电子显微镜检测法具有高分辨率和高灵敏度，可以观察到较小的位错区域，并且可以通过图像分析来获取位错的相关参数。
局限性：电子显微镜检测法需要专业的技术和经验，同时对于某些特殊材料或结构可能存在局限性。
实际晶体中的位错
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01 添加目录项标题 03 位错的产生与演化 05 位错的检测与表征 07 位错的最新研究进展
02 位错的基本概念 04 位错在晶体中的作用 06 位错的控制与利用
位错与其他晶体缺陷的相互作用：位错与点缺陷、面缺陷等其他晶体缺陷的相互作用也被广泛研究，有助于深入了解晶体中的缺陷行为和演化机制。
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晶体生长过程中引入的缺陷
热膨胀或收缩导致的应力
外部施加的机械应力
原子或分子的扩散和迁移
位错的演化过程
位错的产生：晶体在生长、变形过程中，由于原子排列的错乱而导致晶体中出现缺陷
位错的增殖：位错在晶体中不断扩展、交错，形成复杂的位错网络

位错的基本类型

5）位错线的移动方向与晶块滑移方向、应力矢量互相垂直
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2.2.3 混合位错
位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度位错线上任一点的滑移矢量相同
晶体右上角在外力F作用下发生切变滑移面ABC范围内原子发生了位移，其滑移矢量用 b表示弧线AC即是位错线，为已滑移区和未滑移区的边界，与滑移矢量成任意角度是晶体中较常见的一种位错混合位错的形成
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螺型位错分类
按照螺旋面前进的方向与螺旋面旋转方向的关系分
• 左螺型位错 • 右螺型位错
• 符合右手定则（右手拇指代表螺旋面前进方向，其它四指代表螺旋面旋转方向）的称为右螺型位错，符合左手定则的称为左螺型位错
正刃型位错：晶面上部原子拥挤，受压应力，晶面下部原子受拉应力 • 点阵畸变是对称的，位错中心受到畸变度最大，离开位错中心畸变程度减小 • 一般把点阵畸变程度大于正常原子间距1/4的区域宽度定义为位错宽度，约为2~5个原子间距
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螺型位错（Screw dislocation）

2.位错类型及柏氏矢量

位τ
τ
受切应力作用原子面移动
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位错类型，柏氏矢量
晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
受切应力作用原子面移动
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位错类型，柏氏矢量
晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
出现多余半原子面，表面形成台阶
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位错类型，柏氏矢量
Screw dislocation
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螺型位错分类
位错类型，柏氏矢量
按照螺旋面前进的方向与螺旋面旋转方向的关系分
• 左螺型位错
• 右螺型位错
• 符合右手定则（右手拇指代表螺旋面前进方向，其它四指代表螺旋面旋转方向）的称为右螺型位错，符合左手定则的称为左螺型位错
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位错类型，柏氏矢量
螺型位错（Screw dislocation）
• 右侧晶体上下两部分发生晶格扭动 • 从俯视角度看，在滑移区上下两层原子发生了错动，晶体点阵畸变最严
重的区域内的两层原子平面变成螺旋面 • 畸变区的尺寸与长度相比小得多，在畸变区范围内称为螺型位错 • 已滑移区和未滑移区的交线BC则称之为螺型位错线
螺位错可以有无穷个滑移面实际上滑移通常是在原子密排面上进行，故滑移面有限
4）螺位错周围的点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变，无正应变（在垂直于位错线的平面投影上，看不出缺陷）
5）位错线的移动方向与晶块滑移方向、应力矢量互相垂直
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位错的名词解释

位错的名词解释位错，是指晶体中原子排列发生偏移或者交换，形成错位的现象。

它是晶体结构中常见的缺陷之一，对材料的机械性能和导电性能等起到重要影响。

细致观察位错的性质及其影响，对于材料科学和工程领域具有重要意义。

一、位错的形成和分类1. 形成位错的原因位错的形成通常是由晶体生长过程中的应力、温度变化以及机械变形等因素所引起。

例如，在晶体生长过程中，由于生长速度的不均匀或晶体材料的不完美，就会出现位错。

同样地，在材料的机械变形过程中，如弯曲、拉伸或压缩等，也会导致晶体中位错的产生。

2. 位错的分类根据原子重新排列的方式和排列结构的不同，位错可以分为线性位错、平面位错和体位错。

线性位错是指位错线与晶体的某一晶面交线的直线排列，具有一维特征。

最常见的线性位错有位错线、螺旋位错和阶梯位错等。

平面位错是指位错线与晶体的某一晶面交线上有无限个交点，呈现出平面性的特点。

常见的平面位错有位错环、晶界以及孪晶等。

体位错是指位错线在晶体内没有终点，具有三维特征。

体位错通常有位错蠕变和位错多晶等。

二、位错的性质与作用1. 位错的性质位错对晶体的特性和行为有着重要影响。

它能够改变晶体的原子排列方式，导致晶体局部微结构的变化。

位错可以促进晶体的固溶体形成以及离子扩散等过程。

此外，位错还会影响晶体的力学性能，如硬度、韧性和弹性等。

因此，位错常常被用来研究晶体的性质和行为。

2. 位错的作用位错在材料科学和工程领域具有广泛的应用价值。

首先，位错可以增加晶体的强度和韧性，提高材料的抗变形能力。

这在制备金属材料和合金中起到重要作用。

此外，位错也可以影响材料的导电性能，例如半导体中的位错可以改变电子迁移的路径和速率，从而影响整个电子器件的性能。

除此之外，位错还可以用于晶体的生长和材料的表面改性等过程。

三、位错的观察和表征方法1. 传统观察方法传统的位错观察方法包括透射电镜、扫描电镜和X射线衍射等技术。

透射电镜可以通过对物质的薄片进行观察，获得高分辨率的位错图像。

第二节位错的基本结构

位错的许多性质都与柏氏矢量有关，如位错的能量、应力场、位错受力等。
3、柏氏矢量的特性
守恒性：柏氏矢量与回路起点的选择无关，也与回路的具体途径无关，只要是饶着位错一周，所得到的柏氏矢量是恒定不变的。
一条位错线具有唯一的柏氏矢量：即不管此位错线各处的形状和位错的类型如何，其各部分的柏氏矢量都相同。
配位数：12 致密度：0.74
2）在实际晶体中，作柏氏回路，回路中的每一步都连接相邻的原子。
3）在完整晶体中，按同样的方向和步数作一
个对比回路。从终点Q 到始点M连接起来的矢量b ，
即为柏氏矢量。
螺型位错柏氏矢量的确定
方法完全相同。
刃位错的特征：
柏氏矢量与位错线互相垂直。
刃型位错都有一多余半原子面，多余半原子面的周界（即刃型位错线）可以是折线，也可以是曲线，但都与柏氏矢量垂直，即垂直于于滑移方向。
n
uvw
nn
，矢量的模：
b
a n
u2 v2 。w2
n
三轴分量
简单立方，沿X轴，从原点→相邻结点，b a[100] ；a,0,0
面心立方，从原点→底心，b
a
110；
体心立方，从原点→体心，b
2
a 111
；
b
a
111
2，
2
b
a
12 12 12
3a
2
2
a , a ,0 22 a,a,a 222
右螺型位错；b 的方向与位错线负方向一致,左螺型位错.
(3) b 和位错线成任意角度0＜φ＜90°，混合位错。
混合位错可分解为刃型分量和螺型分量。
be b sin,bs b cos
三、位错密度

位错的基本类型和特征!

位错的基本类型和特征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、螺位错和混合位错。

1. 刃位错（1）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。

AD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）。

刃型位错形成的原因：晶体局部滑移造成的刃型位错（2）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拉应力作用，原子间距大于正常晶格间距。

刃型位错的分类：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。

（3）刃型位错的结构特征①有一额外的半原子面，分正和负刃型位错；②位错线可理解为是已滑移区与未滑移区的边界线，可是直线也可是折线和曲线，但它们必与滑移方向和滑移矢量垂直;③只能在同时包含有位错线和滑移矢量的滑移平面上滑移；④位错周围点阵发生弹性畸变，有切应变，也有正应变；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位错畸变区只有几个原子间距，是狭长的管道，故是线缺陷。

2. 螺位错（1）形成及定义：晶体在外加切应力τ作用下，沿ABCD面滑移，图中AD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，形成螺位错。

晶体局部滑移造成的螺型位错（2）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是螺旋状的。

螺型位错的分类：有左、右旋之分。

它们之间符合左手、右手螺旋定则。

（3）结构特征①螺型位错的结构特征无额外的半原子面，原子错排是轴对称的，分右旋和左旋螺型位错；②螺型位错线与滑移矢量平行，故一定是直线，位错线移动方向与晶体滑移方向垂直；③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；④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；⑤位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线位错。

位错理论

《位错与位错强化机制》杨德庄编著哈尔滨工业大学出版社1991年8月第一版1-2 位错的几何性质与运动特性一、刃型位错2．运动特性滑移面：由位错线与柏氏矢量构成的平面叫做滑移面。

刃型位错运动时，有固定的滑移面，只能平面滑移，不能能交叉滑移（交滑移）。

刃型位错有较大的滑移可动性。

这是由于刃型位错使点阵畸变有面对称性所致。

二、螺型位错1. 几何性质螺型位错的滑移面可以改变，有不唯一性。

螺型位错能够在通过位错线的任意平面上滑移，表现出易于交滑移的特性。

同刃型位错相比，螺型位错的易动性较小。

、位于螺型位错中心区的原子都排列在一个螺旋线上，而不是一个原子列，使点阵畸变具有轴对称性。

2．混合位错曲线混合位错的结构具有不均一性。

混合位错的运动特性取决于两种位错分量的共同作用结果。

一般而言，混合位错的可动性介于刃型位错和螺型位错之间。

随着刃型位错分量增加，使混合位错的可动性提高。

混合位错的滑移面应由刃型位错分量所决定，具有固定滑移面。

四、位错环一条位错的两端不能终止于晶体内部，只能终止于晶界、相界或晶体的自由表面，所以位于晶体内部的位错必然趋向于以位错环的形式存在。

一般位错环有以下两种主要形式：1. 混合型位错环在外力作用下，由混合型位错环扩展使晶体变形的效果与一对刃型位错运动所造成的效果相同。

2. 棱柱型位错环填充型的棱柱位错环空位型棱柱位错环棱柱位错环只能以柏氏矢量为轴的棱柱面上滑移，而不易在其所在的平面上向四周扩展。

因为后者涉及到原子的扩散，因而在一般条件下（如温度较低时）很难实现。

1-3 位错的弹性性质位错是晶体中的一种内应力源。

——这种内应力分布就构成了位错的应力场。

——位错的弹性理论的基本问题是对位错周围的弹性应力场的计算，进而还可以推算位错所具有的能量，位错的线张力，位错间的作用力，以及位错与其他晶体缺陷之间的相互作用等一些特性。

——一般采用位错的连续介质模型（不能应用于位错中心区），把晶体作为各向同性的弹性体来处理，直接采用胡克定律和连续函数进行理论计算。

位错规律总结

位错规律总结位错是晶体中原子或离子的位置偏离其理想的坐标位置，可以导致晶体的畸变和性质的变化。

位错规律是研究位错形成和运动的基本原理和关系的科学，对于理解晶体缺陷行为、晶体生长、相变及其它相关现象具有重要意义。

下文将详细介绍位错规律及其总结。

1.位错分类根据晶体中原子位移方向和位移面的不同，位错可以分为线位错、面位错和体位错。

线位错是晶体中一维的位错，描述了某一面或平行于某一方向面的原子位置发生偏移。

常见的线位错有边位错和螺旋位错。

面位错是晶体中二维的位错，描述了某一层面或平行于某一层面的原子位置发生偏移。

常见的面位错包括错配位错、平移位错和层错。

体位错是晶体中三维的位错，描述了晶体中原子整体发生平移的情况。

体位错可以看作是线位错或面位错的堆叠。

2.位错的形成和移动位错的形成通常由外界应力或温度变化引起。

当晶体中的原子或离子受到应力作用时，原子可能发生位移以消除或缓解应力。

这种位移会导致新的晶体结构缺陷形成，即位错的形成。

位错的移动可以通过原子的滑移或旋转来实现。

滑移是指位错沿晶体晶面发生平行位移，而旋转则是指位错沿某一方向发生转动。

位错的移动过程中，原子之间发生相互切变、滑动和扩散，从而引起位错的传播和畸变。

3.位错的影响位错对晶体的性质和行为具有重要影响。

首先，位错会引起晶体的畸变。

位错形成后，晶体中的原子排列发生变化，导致晶体形状和结构的变化。

这种畸变可以通过适当的外界条件下进行修正，如加热退火或应力释放。

其次，位错会影响晶体的力学性能。

位错会引起晶体中应力场的存在，导致力学性能如强度、韧性、硬度等发生变化。

一些金属的加工硬化、回复等性质变化都与位错的运动和积累有关。

此外，位错还会影响晶体的电学和输运性能。

位错附近的原子排列不规则，会导致晶体中电荷的扩散障碍、介质常数的变化和电导率的变化，从而影响晶体的电学性质和输运行为。

4.位错和晶体缺陷位错是晶体中最常见的缺陷之一。

晶体中的其他缺陷如点缺陷、面缺陷等也与位错有密切关系。

材料学基础-位错

位错线
正刃型位错
负刃型位错错设想在简单立方晶体右端施加一切应力, 设想在简单立方晶体右端施加一切应力,使右端 ABCD滑移面上下两部分晶体发生一个原子间距的相对切 ABCD滑移面上下两部分晶体发生一个原子间距的相对切在已滑移区与未滑移区的交界处,AB线两侧的上下变,在已滑移区与未滑移区的交界处,AB线两侧的上下两层原子发生了错排和不对齐现象,它们围绕着AB AB线连两层原子发生了错排和不对齐现象,它们围绕着AB线连成了一个螺旋线,而被AB线所贯穿的一组原来是平行的成了一个螺旋线,而被AB线所贯穿的一组原来是平行的 AB 晶面则变成了一个以AB线为轴的螺旋面. AB线为轴的螺旋面晶面则变成了一个以AB线为轴的螺旋面. 此种晶格缺陷被称为螺型位错螺旋位错分为左旋螺型位错. 此种晶格缺陷被称为螺型位错.螺旋位错分为左旋右旋. 和右旋. 以大拇指代表螺旋面前进方向, 以大拇指代表螺旋面前进方向,其他四指代表螺旋面的旋转方向,符合右手法则的称右旋螺旋位错右旋螺旋位错, 面的旋转方向,符合右手法则的称右旋螺旋位错,符合左旋螺旋位错. 左手法则的称左旋螺旋位错左手法则的称左旋螺旋位错.
练习1 练习1 如图,位错环的柏氏矢量正好处于滑移面上.(1 如图,位错环的柏氏矢量正好处于滑移面上.(1)判断 .( 各段位错线的性质.( .(2 在图中所示切应力的作用下, 各段位错线的性质.(2)在图中所示切应力的作用下, 位错线将如何移动.( .(3 该位错环运动出晶体后, 位错线将如何移动.(3)该位错环运动出晶体后,晶体的外形将发生怎样的改变. 的外形将发生怎样的改变.
5.位错密度 5.位错密度位错密度是指单位体积内位错线的总长度. 位错密度是指单位体积内位错线的总长度. 是指单位体积内位错线的总长度其表达式为 LV = L / V 式中: 是体位错密度; 式中:LV是体位错密度; 是位错线的总长度; L是位错线的总长度; 是晶体的体积. V是晶体的体积.

晶体结构缺陷 (二)位错的分类和伯格斯矢量

知识点055. 晶体的塑性变形变形前变形后滑移ττ单晶试棒在拉伸作用下的变化晶体结构不同，面心立方晶体的12个滑移系统滑移系统数量不同。

滑移面和滑移方向往往是中原子最密排的晶面和晶向，因为最密排面的间距最大，阻力最小，密排方向上平移距离也最小，因此最容易滑移。

晶面间的滑移是滑移面上所有原子整体协同移动的结果（刚性滑动模型）。

理论计算与实际结果相差三个数量级！纯铁的理论临界切应力约3000MPa，实际屈服强度1-10MPa位错模型孪生[112]1a[112] 0)知识点056. 位错及分类定义：分类：刃位错、螺位错混合位错有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）刃位错刃位错形成：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，称为位错线。

刃位错垂直刃位错螺位错螺位错形成：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，称为位错线。

螺位错平行螺位错混合位错混合位错随堂练习：答：知识点057. 伯格斯矢量定义：性质：确定伯格斯矢量的步骤有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）刃位错伯格斯矢量的确定螺位错伯格斯矢量的确定伯氏矢量的性质伯氏矢量的性质伯氏矢量的性质伯氏矢量的性质随堂练习：答：。

位错的基本类型和特征

位错的基本类型和特征位错的基本类型和特征什么是位错？位错（dislocation）是晶体中的一种结构缺陷，它代表了晶体中原子排列的变形和重组。

位错的存在对晶体的物理性质和机械性能具有重要影响。

位错的基本类型位错可以分为以下几个基本类型：1.直线位错：也称为边界位错（edge dislocation），可看作两个晶体之间的边界。

它是晶体中某个层面与其上方、下方的层面之间原子排列不一致所形成的。

2.螺旋位错：也称为线性位错（screw dislocation），是晶体中绕某一点形成螺旋状结构的位错。

它是由某一平面与其上方或下方的层面之间原子排列不一致所形成的。

3.混合位错：是直线位错和螺旋位错相互结合形成的位错。

位错的特征位错在晶体中具有以下特征：•位错存在与位错线（dislocation line）上，其形状可以是直线、螺旋状或弯曲的。

•位错的长度可以从纳米级到微米级，取决于材料的结晶度和应变状态。

•位错引入了局部应变场，使得晶体中原子间的距离发生变化。

•位错会导致局部应力场的形成，其中位错线附近有压应力和拉应力。

•位错可以移动和增殖，对物质的可塑性和断裂行为起重要作用。

位错的影响位错的存在对材料的性质和行为具有重要影响：•位错可以增加材料的塑性，使其具有更好的变形能力和可塑性。

•位错可以使材料的强度和硬度发生变化，影响其力学性能。

•位错还可以影响材料的电学、热学和光学性能，改变其导电性、热导率和光学吸收等特性。

•位错在材料的断裂行为中起重要作用，影响材料的断裂强度和断裂方式。

结论位错作为一种晶体中的结构缺陷，具有不可忽视的重要性。

通过研究位错的基本类型和特征，我们可以更好地理解材料的结构和性质，为材料的设计和应用提供更好的基础。

参考文献：1.Hirth, J. P., & Lothe, J. (1992). Theory of dislocations.Wiley.2.Hull, D., & Bacon, D. J. (2001). Introduction todislocations (Vol. 952). Butterworth-Heinemann.补充位错的性质和应用位错的形成原因位错的形成主要是由于晶体生长和形变过程中的原子排列不完美引起的。

位错缺陷

F－R位错源增殖－位错源增殖
五、关于位错的一些现象 1. 螺位错和晶体生长
如图a所示，如图所示，螺位错在所示晶体表面露头处形成一个台阶。台阶。这样一个台阶对于晶体生长可以起重要作用。晶体生长可以起重要作用。因为它们不仅受到下边原子的吸引还受到旁边台阶原子的吸引。原子的吸引。随着原子沿台阶的集合生长，台阶的集合生长，并不会消灭台阶，消灭台阶，而只是使台阶向前移动。图中a、、、向前移动。图中、b、c、 d表示时间先后顺序，台阶表示时间先后顺序，表示时间先后顺序移动的角速度愈靠近中心愈大，愈大，逐渐形成螺旋形的台阶。台阶。
位错线上的作用力：位错线上的作用力： F=τb 运动过程：运动过程： (a)→(b)→(c)→(d)→(e) 最后在τ作用下形成最后在作用下,形成作用下了一个闭合的位错环和位于环内与原位错AB完位于环内与原位错完全相同的位错。然后在τ 全相同的位错。然后在作用下又重复以前的运动过程,不断产生新的位动过程不断产生新的位错线使位错增殖。错线使位错增殖。
柏氏矢量特性
(1) 用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小。用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小。 (2) 柏氏矢量具有守恒性，符合守恒定律。柏氏矢量具有守恒性，符合守恒定律。 (3) 柏氏矢量的唯一性，即一根位错线具有唯一的柏氏矢量。柏氏矢量的唯一性，即一根位错线具有唯一的柏氏矢量。 (4) 可用柏氏矢量判断位错类型：若 b与位错线平行则为螺型位错；可用柏氏矢量判断位错类型：与位错线平行则为螺型位错；与位错线平行则为螺型位错与位错线垂直为刃型位错。若 b与位错线垂直为刃型位错。与位错线垂直为刃型位错 (5) 柏氏矢量表示晶体滑移方向和大小。位错运动导致晶体滑移时，柏氏矢量表示晶体滑移方向和大小。位错运动导致晶体滑移时，滑移量大小|b|，滑移方向为柏氏矢量的方向。滑移量大小|b|，滑移方向为柏氏矢量的方向。 (6) 刃型位错滑移面与柏氏矢量所构成的平面只有一个；螺型位错滑刃型位错滑移面与柏氏矢量所构成的平面只有一个；移面不定，有多个。移面不定，有多个。

位错基本理论

特别是，泰勒把位错和晶体塑性变形联系起来，开始建立并逐步发展了位错理论。
直到1950年后，电子显微镜实验技术的发展，才证实了位错的存在及其运动。
TEM下观察到不锈钢316L (00Cr17Ni14Mo2) 的位错线与位错缠结
26
位错类型：位错：实质上是原子的一种特殊组态，熟悉其结构特点是掌
左螺型位错。
螺型位错特点
36
1）无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。
2）螺位错线与滑移矢量平行，故一定是直线，且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。
3）纯螺位错滑移面不唯一的。凡包含螺型位错线的平面都可为其滑移面，故有无穷个，但滑移通常在原子密排面上，故也有限。
晶体是不完整的，而有缺陷的。滑移也不是刚性的，而是从晶体中局部薄弱地区(即缺陷处)
开始，而逐步进行的。
待变形晶体
弹性变形
出现位错
晶体的逐步滑移
位错迁移
晶体形状改变，但未断裂并仍保留原始晶体结
构
25
1934年，泰勒（G.I.Taylor）、波朗依（M.Polanyi）和奥罗万（E.Orowan）几乎同时从晶体学角度提出位错概念。
人们最早提出对位错的设想，是在对晶体强度作了一系列的理论计算，发现在众多实验中，晶体的实际强度远低于其理论强度，因而无法用理想晶体的模型来解释，在此基础上才提出来的。
21
塑性变形：是提高金属强度和制造金属制品的重要手段。早在位错被认识前，对晶体塑性变形的宏观规律已作了广泛
的研究。发现：塑性变形的主要方式是滑移，即在切应力作用下，晶体相邻部分彼此产生相对滑动。
结等过程都与空位的存在和运动有着密切的联系。（4）过饱和点缺陷（如淬火空位、辐照缺陷）还提高了金

位错介绍

• 刃型位错线不一定是直线，也可是折线或曲线。但必与滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量b。
• 刃型位错线EF与滑移矢量b垂直，滑移面是位错线EF和滑移矢量b 所构成唯一平面。位错在其他面上不能滑移。 • 多余半原子面：EFGH晶面。
b
位错的类型——刃型位错
• 正刃型位错和负刃型位错：通常称晶体上半部多出原子面的位错为正刃型位错，用符号“┴”表示，反之为负刃型位错，用“┬”表示。 • 此正、负之分只具相对意义而无本质区别。如将晶体旋转180°，同一位错的正负号发生改变。 • 正刃型位错：滑移面上方点阵受压应力，下方点阵受拉应力。负刃型位错则相反。
柏氏矢量
• 柏氏矢量与起点的选择无关，也于路径无关。
• 表征了位错周围点阵畸变总积累：位错周围原子，都不同程度偏离其平衡位置,离位错中心越远原子，偏离量越小。柏氏矢量b 表示其畸变总量的大小和方向。显然，柏氏矢量b 越大，位错周围的点阵畸变也越严重。
• 表征了位错强度：柏氏矢量的模｜b｜称为位错强度。同一晶体中b大的位错具有严重的点阵畸变，能量高且不稳定。
待变形晶体
弹性变形
出现位错
位错迁移
晶体形状改变，但未断裂并仍保留原始晶体结构
位错的提出
• 1934年，泰勒（G.I.Taylor）、波朗依（M.Polanyi）和奥罗万（E.Orowan）几乎同时从晶体学角度提出位错概念。 • 泰勒把位错和晶体塑性变形联系起来，开始建立并逐步发展了位错理论。 • 直到1950年后，电子显微镜实验技术的发展，才证实了位错的存在。
其中，G为材料的剪切弹性模量，一般金属:G≈104～105 MPa 。
滑移前
滑移后
位错的提出
• 算得：
τm≈103～104 Mpa

位错的基本类型

5）位错线的移动方向与晶块滑移方向、应力矢量互相垂直
2014年3月10日11时1分
刘志勇 14949732@
吉首大学物理与机电工程学院 JiShou University
2.2.3 混合位错
位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度位错线上任一点的滑移矢量相同
晶体右上角在外力F作用下发生切变滑移面ABC范围内原子发生了位移，其滑移矢量用 b表示弧线AC即是位错线，为已滑移区和未滑移区的边界，与滑移矢量成任意角度是晶体中较常见的一种位错混合位错的形成
正刃型位错：晶面上部原子拥挤，受压应力，晶面下部原子受拉应力 • 点阵畸变是对称的，位错中心受到畸变度最大，离开位错中心畸变程度减小 • 一般把点阵畸变程度大于正常原子间距1/4的区域宽度定义为位错宽度，约为2~5个原子间距
2014年3月10日11时1分
刘志勇 14949732@
吉首大学物理与机电工程学院 JiShou University
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从柏氏矢量和位错线取向关系确定位错类型
• (1) 刃型位错：柏氏矢量与位错线相垂直
• (2) 螺型位错：柏氏矢量与位错线相平行，柏氏矢量与位错线同向的则为右螺型位错，柏氏矢量与位错线反向的则为左螺型位错 • (3) 混合位错：柏氏矢量与位错线成任意角度
含有刃型位错的晶体结构示意图
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吉首大学物理与机电工程学院 JiShou University
刃型位错线周围的弹性畸变

第3章点缺陷、位错的基本类型和特征_材料科学基础

缺
陷
缺陷等
按几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等
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3
第
三缺陷的形成原因
章
晶 1. 热缺陷
体 ➢定义：热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏的
缺
原因所产生的空位或间隙质点（原子或离子）。
陷
➢类型：弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）和肖特
基缺陷（Schottky defect）
➢热缺陷浓度与温度的关系：温度升高时，热缺陷
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27
3.2
4. 位错的性质
位
① 由于位错线是已滑移区与未滑移区的边界线，因此，
错
位错具有一个重要的性质，即一根位错线不能终止
于晶体内部，而只能露头于晶体表面（包括晶界）。
若它终止于晶体内部，则必与其他位错线相连接，
或在晶体内部形成封闭线。形成封闭线的位错称为
位错环。
② 位错反应： b= b1＋b2
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错。
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方向与位错线平行；晶体滑移方向与位错运动方向垂直。
• 共同点：晶体两部分的相对移动量决定于柏氏
矢量的大小和方向，与位错线的移动方向无关。切应力方向与柏氏矢量一致；晶体滑移与柏氏矢量一致。
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33
3.2
位
错 ⑤ 位错环的滑移：
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第1章位错的结构

3. 螺型位错(Screw Dislocation)
螺）是晶体右侧受τ作用，使右侧上下两部分晶体沿滑移面ABCD发生了错动，这时已滑移区和未滑移区的边界线bb′平行于滑移方向。图（b）是俯视图，“·”表示ABCD下方的原子，“°”表示ABCD上方的原子。可看出，在aa′右边的晶体上下层原子相对错动了一个原子间距，而在bb′和aa′之间出现一个约有几个原子间距宽的、上下层原子位置不吻合的过渡区，原子的正常排列遭到破坏。如果以bb′为轴线，从a开始，按顺时针方向依次连接此过渡区的各原子，见图（c）。即位错线附近的原子是按螺旋形排列的，所以把这种位错称为螺型位错。
3. 柏氏矢量的守恒性(Conservation)
对于一定的位错其柏氏矢量是固定不变的，叫守恒性。
反映在三个方面：（1）一条位错线只有一个柏氏矢量。
证明：如图1.9所示，设有一条位错线AO，柏氏回路为B1，其柏氏矢量为b1，移动到结点O后，分为两个位错OB和 OC，其柏氏矢量分别为b2和 b3，b2和b3的柏氏回路为B2和 B3合成为B2+3，B1应与B2+3等价，所以b1 =b2 +b3。表明一条位错线分为两根时，其柏氏矢量只有一个。
（3）多个位错相遇指向同一个结点或都离开同一个结点，它们的b之和等于0。
证明：如图1.11所示，四根位错线均指向O点，则有b1+ b2+ b3+ b4=0，即∑bi=0。
（4）推论：晶体中的位错，或自由封闭，或终止在晶体表面或晶界处，不能在晶体中中断。
证明：如图1.12所示，设位错AB的柏氏矢量为b，中断于B点。根据位错的定义：设Ⅰ区为已滑移区，Ⅱ区为未滑移区，则Ⅲ区有两种情况：1）Ⅲ区为已滑移区，则Ⅱ-Ⅲ区的界线BC必是一段位错线；2）Ⅲ区为未滑移区，则Ⅰ-Ⅲ区的界线BC′必是一段位错线。所以无论是哪种情况，BC或BC′都是AB伸向晶体表面的延伸线，柏氏矢量也为b，这就证明了位错线不能中断在晶体内部。

晶体缺陷-位错的基本类型与特征

位错的基本类型.

实际晶体中的位错

位错的基本类型

2.位错类型及柏氏矢量

位错的名词解释

第二节位错的基本结构

位错的基本类型和特征!

位错理论

位错规律总结

材料学基础-位错

晶体结构缺陷 (二)位错的分类和伯格斯矢量

位错的基本类型和特征

位错缺陷

位错基本理论

位错介绍

位错的基本类型

第3章点缺陷、位错的基本类型和特征_材料科学基础

第1章 位错的结构

第1章位错的结构