第3章 晶体缺陷2

3.2 位错 内容回顾


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4）利用柏氏矢量b与位错线的关系，可判定位错类型。 刃型位错：柏氏矢量b ⊥ 位错线； 螺型位错：柏氏矢量b ∥ 位错线，其中同向为右螺，反向为 左螺。 混合型位错：柏氏矢量b 和位错线成任意角度。 5）柏氏矢量b 守恒性：柏氏矢量与回路起点选择、具体途径、 大小无关，或在柏氏回路任意扩大和移动，只要不与原位错或 其他位错相遇，畸变总累积不变，其柏氏矢量是唯一的（守恒 性）。 推论1：一根不分叉的任何形状的位错只有一个柏氏矢量。 推论2：相交于一点的各位错，同时指向结点或离开结点时， 各位错的柏氏矢量b 之和为零。 推论3：从柏氏矢量特性可知，位错线不能中断于晶体的内部， 而只能终止在晶体表面或晶界上，即位错线的连续性。
3.2 位错 内容回顾
螺型位错特点

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4）螺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。

5）螺位错周围点阵畸变，随离位错线距离的增加而急剧减 少，故它也是包含几个原子宽度的线缺陷。

6）螺位错形成后，所有原来与位错线相垂直的晶面，都将 由平面变成以位错线为中心轴的螺旋面，根据位错线附近呈
4）晶体的滑移方向与外力 及位错的伯氏矢量b 相一致， 但并不一定与位错的滑移方向相同。

螺位错滑移
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5）只有螺型位错才能够交滑移： 螺位错：因其位错线与柏氏矢量b 平行，故无确定滑移面， 通过位错线并包含b 的所有晶面都可能成为它的滑移面。
若螺位错在某一滑移面滑移后受阻，可转移到与之相交的另 一个滑移面上去，此过程叫交叉滑移，简称交滑移。

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位错线向左移动一个原子间距，则晶体因滑移而产生的台阶 亦扩大了一个原子间距。
螺型位错滑移导致晶体塑性变形的过程 （a）原始状态的晶体；（b）（c）位错滑移中间阶段；（d）位错移出晶体表面，形成一个台阶。

混合位错滑移：混合位错可分解为刃型和螺型两部分。 在切应力作用下，沿其各线段的法线方向滑移，并同样使 晶体产生与其柏氏矢量相等的滑移量。


不论位错如何移动，晶体滑移总是沿柏氏矢量相对滑移，故 晶体滑移方向就是位错的柏氏矢量 b 方向。
二、位错的攀移

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位错的攀移：指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑 移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖 或减少。 攀移的实质：是多余半原子面的伸长或缩短。 刃位错：除可在滑移面上滑移外，还可在垂直滑移面的方向 上进行攀移运动。 螺位错：没有多余半原子面，故无攀移运动。
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柏氏矢量b 的表示方法： 一定的柏氏矢量或滑移矢量可用符号b=ka［uvw］表示。 步骤：将某个滑移矢量在晶胞坐标XYZ轴上的分量，依次填 入［］号内，再提取公因数k作为系数，放在［］号前，使 ［］号内的数字为最小整数。 a a 0 ，则柏氏矢量 如：某滑移矢量在三轴上分量依次为 、 、 2 2 符号为： a a a b 、、 0＝ 110 2 2 2
带割阶的螺型位错的滑移过程 （a）短割阶； （b）长割阶；（c）中割阶
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3）割阶高度在上述两种之间，位错不能拖着割阶运动。 在外力作用下，割阶间位错线弯曲，位错前进就会在其身后 留下一对拉长了的异号刃位错线段（位错偶）（见图c）。
带割阶的螺型位错的滑移过程 （a）短割阶； （b）长割阶；（c）中割阶
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线缺陷：特征是在两个方向上的尺寸很小，在一个方向上的
尺寸较大，亦称为一维缺陷。如晶体中的各类位错。

根据原子滑移方向和位错线取向几何特征不同，位错：分为
刃位错、螺位错和混合位错。

刃位错：犹如一把刀 插入晶体中，有一个
刀刃状多余半原子面，
故称“刃位错”
3.2 位错 内容回顾
（a）
（ b）
（c）
（ d）
（a）原始状态的晶体（b）（c）位错滑移中间阶段（d）位错移出晶体表面， 形成一个台阶
螺位错滑移


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螺位错沿滑移面运动时，周围原子动作情况如图。 虚线－－为螺旋线原始位臵， 实线－－位错滑移一个原子间距后的状态。
在切应力τ作用下，当原 子做很小距离的移动时， 螺位错本身向左移动了一 个原子间距。 滑移台阶(阴影部分)亦向 左扩大了一个原子间距。


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带割阶位错的运动，按割阶高度不同，又可分为三种情况： 1）割阶高度只有1～2个原子间距，若外力足够大，螺位错 可把割阶拖着走，在割阶后留下一排点缺陷（见图a）；
带割阶的螺型位错的滑移过程 （a）短割阶； （b）长割阶；（c）中割阶
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2）割阶高度很大，约在20nm以上，此时割阶两端位错相隔 太远，相互间作用小，均可独立在各自滑移面上滑移，并以 割阶为轴，在滑移面上旋转（见图b）， 这实际也是在晶体中产生位错的一种方式；
4）刃位错存在晶体中，使其周围点阵发生弹性畸变，既有切 应变，又有正应变。 5）在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原子具有较大的平 均能量。但只有2～5个原子间距宽，呈狭长的管道。


3.2 位错 内容回顾
螺型位错特点

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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。
常把多余半原子面向上移动称正攀移，向下移动称负攀移。
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攀移与滑移不同： 1）攀移伴随物质的迁移，需要空位的扩散，需要热激活， 比滑移需更大能量。
2）低温攀移较困难，高温时易攀移。在许多高温过程如蠕 变、回复、单晶拉制中，攀移却起着重要作用。 3）攀移通常会引起体积的变化，故属非保守运动。 4）作用于攀移面的正应力有助于位错的攀移。 压应力将促进正攀移，拉应力可促进负攀移。 5）晶体中过饱和空位也有利于攀移。
模量：

b ka u v w
2 2
2
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第三章 晶体缺陷
3.1 3.2 3.3
点缺陷 位错 表面与界面
3.2.3 位错的运动

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晶体的宏观滑移变形，实际上是通过位错的运动实现的，位 错可在晶体中运动是其最重要的性质。
位错线在晶体中的移动－位错运动。 位错运动方式：滑移和攀移。 1）滑移：位错线沿着滑移面的移动。



典型的位错交割


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1、柏氏矢量相互平行的两刃位错的交割： 刃位错 AB（b1）与刃位错 CD（b2）（b1∥b2）相交割， 形成扭折线PP'、QQ'。
PP‘∥QQ’，且PP‘= b1、 QQ’= b2（对方的柏氏矢量）,初始 状态为螺位错，均在原位错滑移面上，在原位错向前运动中， 都因位错线拉直而消失，故均为扭折。
3.2 位错 内容回顾


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柏氏矢量特性：
1）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臵,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。 2)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。 3)位错的许多性质，如位错的能量，应力场，位错受力等，都 与b 有关。它也表示出晶体滑移的大小和方向。


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刃位错特点：
1）有一个额外半原子面，晶体上半部多出原子面的位错称正 刃型位错，用符号“⊥”表示，反之为负刃型位错，用“ㄒ” 表示。 2）刃位错线不一定是直线，也可是折线或曲线或环。但必与 滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量b。


3）刃型位错位错线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。
位错的滑移特点


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1）刃位错滑移方向：与外应力 及伯氏矢量b 平行，正、 负刃位错滑移方向相反。 2）螺型位错的移动方向：与外应力 及柏氏矢量b 垂直， 也与晶体滑移方向相垂直，左、右螺位错滑移方向相反。
刃位错
螺位错
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3）混合位错滑移方向与外力 及伯氏矢量b 成一定角度 （即沿位错线法线方向滑移）。


3）相邻晶粒发生碰撞、流动液体冲击、冷却时体积发生变 化的热应力等原因，使晶体表面产生台阶或受力变形导致位 错的萌生。 4）晶体裂纹尖端、沉淀物或夹杂物界面、表面损伤处等都 易产生应力集中，这些应力也促使位错的形成。

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5）过饱和空位的聚集成片也是位错的重要来源。

2）攀移：位错线垂直于滑移面的移动。
刃位错的运动：可有滑移和攀移两种方式。 螺位错的运动：只作滑移、而不存在攀移。 位错滑移机理：是通过位错线及附近原子逐个移动很小距离 完成的，故只需加很小切应力就可实现。
一、位错的滑移：刃位错滑移


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位错扫过整个滑移面，即位错运动移出晶体表面时，滑移面 两边晶体将产生一个柏氏矢量（b）的位移。 刃位错移动方向：与位错线垂直，即与其柏氏矢量b 一致。 刃位错滑移面：由位错线与其柏氏矢量所构成平面。


三、位错间的交割

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在滑移面上运动的某一位错，必与穿过此滑移面上的其它位 错（称为“位错林”）相交截，该过程即为“位错交割”。
位错相互切割后，将使位错产生弯折，生成位错折线，这种 折线有两种： 1）割阶：位错折线垂直（或不在）其所属滑移面上。 2）扭折：位错折线在其所属滑移面上。