材料科学基础课件第三章 晶体结构缺陷第一节第二节第三节第四节第五节第六节第七节
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
C`e=Aexp[-Ei/KT] Ei＞Ev，所以C`e＜Ce，点缺陷主要是空位。 （ △F）e=NkTln[N/（N+ne）] ＜0 所以点缺陷是热力学稳定的晶体缺陷。
点缺陷
三、点缺陷的运动和作用 1、运动 空位周围原子的热振动引起原空位的消失和新空
位的产生。 空位消失：遇到间隙原子发生复合，或运动到位
1010~1012cm-2
第三章 晶体结构缺陷
第三节 位错的运动
位错的运动
位错运动产生晶体的范性变形，运动的难 易程度关系到晶体的强度。 运动形式：滑移和攀移 一、作用在位错上的力 位错的运动方向总是垂直于位错线。 由虚功原理导出作用在位错的假想作用力。 W1=（τLds）b，W1=Fds 由上两式推出：F=τLb，Fd=τb=F/L
第三章 晶体结构缺陷
理想晶体:绝对规则排列 实际晶体:某些区域不规则排列——晶体缺陷 缺陷类型：
（1）点缺陷：1个或几个原子间距——零维缺 陷，空位、间隙原子、置换原子等。
（2）线缺陷：一维方向上尺寸较大——一维缺 陷，位错。
（3）面缺陷：两维方向性上尺寸较大——二维 缺陷，晶体表面、晶界、相界和堆垛层错等。
1939年，Burgers,J.M.提出
柏氏矢量：形成位错的滑移矢量，
既晶体一侧的质点相对另一侧质
点的位移，用 b表示。
位错强度： b
1、 b 的确定
Prof.J. M. Burgers 1895-1981
Dutch physicist
（1）规定位错的正方向,位错线伸出纸面的方向
（2）实际晶体中作闭合回路，方向与位错线的正方向成 右螺旋关系。
时形成的间隙外，还可 由外表面或内界面处的 原子迁移到晶体内部间隙位置形成。 自间隙原子：晶体本身固有的同类原子。 异类间隙原子：外来原子。 3、点缺陷形成能：由点缺陷形成所引起的内能 增加的那部分能量。空位形成能小于间隙形成能
点缺陷
二、点缺陷的平衡浓度 经过推导得出：晶体在一定温度下空位的平衡浓 度为：Ce=Aexp[-Ev/KT],A=（exp△Sf/k）,Ev 是空位形成能。空位形成能愈大空位平衡浓度愈 小，温度愈高，空位平衡浓度愈大。 同理可得出间隙的平衡浓度：
一个位错滑出表面，在表面沿切应力 方向形成一个宽度为b的台阶
位错的运动
滑移面由位错线和柏氏矢量决定，刃型位错
的滑移面是唯一的。滑移方向与位错线垂直，与
柏氏矢量、切应力方向和晶体的滑移方向平行。
（2）螺位错的滑移(只要很小外力就能运动)
同刃 型位 错， 形成 一个 台阶
位错的运动
位错的移动方向与柏氏矢量、切应力方向及 晶体的滑移方向垂直。
各向同性的。
位错的应力场
因该模型忽略了晶体结构，所以不能处理原
子严重错排的位错线中心区，应挖去0.5~1nm
中心区。
z
σzz
τzy
（2）应力、应变表示
τzx
τyz
①应力分量
τxz
σxx、σyy、σzz、
σxx
τxy τyx
σyy
y
τxy、τxz、τyx、
x
τyz、τzx、τzy
平衡状态时，为了保持受力物体的刚性，作
教学目的：
掌握位错形成，存在，运动中的力，能量及变化的 概念。
重点难点：
应力场计算，应变能计算，线张力计算。
位错的应力场
一、位错应力场 1、位错的连续介质模型 1907年，伏特拉（Voltera,V.）等提出。 （1）假设 ①连续弹性介质代替实际晶体，这样符合虎克定
律。 ②应力、应变、位移等是连续的 ③把晶体看成是各向同性的，所以弹性常数也是
（3）在完整晶体中作相应的参考回路。相同方向走相同 的步数。
位错的结构
（4）柏氏矢量确定：终点指向始点。 刃型位错在二维晶格中确定，螺型位错在
三维晶格中确定。 柏氏矢量与回路起点选择及回路大小无关。
位错的结构
2、柏氏矢量的表示方法
以晶格常数为单位的三维坐标表示：
刃型位错：b [0b0]
立方晶系： b ka[]
而位错线与柏氏矢量平行，所以没有确定的 滑移面，会发生交滑移和双交滑移。
只有平行于位错线和柏氏矢量的切应力才 可使螺型位错滑移。 （3）混合位错滑移
沿柏氏矢量方向施加切应力，位错环上各 点沿其法线方向，在滑移面上向外扩展，滑出晶
位错的运动
体时，表面处沿切应力方向形成一个宽为 b的台阶。若切应力方向相反，则位错环 缩小，甚至消失。
错、晶界及外表面等晶体缺陷处而消失。 点缺陷运动造成的原子迁移正是扩散现象
的基础。 2、作用：
点缺陷
点缺陷能使金属的电阻增加，体积膨胀， 密度减小．同时能加速与扩散有关的相变、化学 热处理及高温下的塑性变形和断裂等．另外，过 饱和点缺陷还可以提高金属的屈服强度． 四、过饱和点缺陷（不稳定） 常温下热力学平衡点缺陷浓度很小。 过饱和点缺陷形成的方法： （1）淬火法：加热到高温，快速冷却 （2）辐照法：形成数量相等的空位和间隙原子 （3）塑性变形：通过位错相互作用产生
与螺位错垂直的晶面的形状
右手规则： 拇指----位错线方向
四指转向-----螺旋面的旋转方向(柏 格斯回路转向)
3.混合位错
混合位错的形成
位错的结构
E处纯螺型位错，F处纯刃 型位错，EF间混合型
位错线
b
A
混合位错线附近原子滑 移透视图
B
C
b
刃型分量 螺型分量
位错线 b
顶视图
位错的结构
二、柏氏矢量
刃位错攀移示意图
（c）负攀移（半 原子面伸长）
位错的运动
例：如图，求（1）位错环的各边分别是什么位错？ （2）如何局部滑移才能得到
这个位错环？（3）在足够大的切 应力τ作用下，位错将如何运动？ 晶体如何变形？（4）在足 够大拉应力σ作用下， 位错环将如何运动？它 将变成什么形状？晶体 将如何变化？
（3）位错环将向外扩展，滑出晶体，表面处沿 切应力方向形成一个宽为b的台阶。
位错的运动
（4）
第三章 晶体结构缺陷
第四节 位错的应力场
教学内容：
位错的应力场（刃位错，螺位错的应力场）的表示 方法及应力，应变计算。
位错的弹性应变解，概念，又叫位错解，位错中心 区周围的弹性应变能计算，畸变能概念，位错的线张 力,张力的概念，位错的曲率半径，线张力的有关计 算。
由虎克定律得：
其他应力分量都为零。
位错的应力场
而应力
只与r 有关，与z和θ无关，说
明螺位错的应力场是轴对称的。
直角坐标：
3、刃型位错应力场
位错的应力场
滑移面：xoz，沿x轴移一个b距离 直角坐标
位错的应力场
圆柱坐标：
位错的应力场
应力场特点：
(1)各应力场与r成反比，不适用于位错线中心区
点缺陷
五、其他晶体的点缺陷 因点缺陷是热力学稳定的晶体缺陷，所以
只要不是绝对零度，离子晶体、共价晶体和聚合 物晶体中都存在点缺陷。 离子晶体点缺陷： 1、肖脱基点缺陷：等量正离子空位和负离子空
位 2、弗兰克尔点缺陷：负离子不易形成间隙原子，
所以是等量正离子空位和正离子间隙原子
第三章 晶体结构缺陷
用力只有6个是独立的，分别为σxx、σyy、σzz、
位错的应力场
Τxy、τxz、 τyz、而τxy= τyx，τxz=τzx， τyz=τzy。 同样柱坐标： ②应变分量： 直角坐标：
柱坐标：
2、螺位错的应力场
位错的应力场
滑移面：xoz，位错线在z轴，柏 氏矢量b。则圆柱上各点产生两种 切应变，
位错的运动
Fd—作用在单位位错线长度的假想力。方向为位 错线上各点的法线，既与位错线垂直，并指向未 滑移部分，是位错运动的驱动力，与切应力或柏 氏矢量无确定关 系。刃型位错与 切应力一致，螺 型位错与切应力 垂直，混合位错 是位错线上各点 的法线方向。
位错的运动
二、位错运动 滑移：沿滑移面运动。 攀移：沿垂直于滑移面的方向移动。 1、滑移 （1）刃型位错的滑移(只要很小外力就能运动)
位错强度：
b
ka( 2
2
2
)
1 2
柏氏矢量可进行矢量运算：
b 1 a[111] 1 a[112] 1 a[110]
3
6
2
位错的结构
3、柏氏矢量的意义 （1）确定位错类型： ①刃型位错：位错线与柏氏矢量垂直，可直线，
也可平面曲线，用右手法则确定正、负（食指 位错线方向，中指柏氏矢量方向，拇指半原子 面方向，拇指向上为正，向下为负。
位错的结构
位错——线缺陷
（1）在提出前，人们已认识了晶体塑性变形是由晶体滑移 产生的。
（2）为了理论上解释滑移现象，1926年弗兰克尔从刚体模 型推出理论切变强度，其值比实际的大了3~4个数量级， 说明晶体变形不是通过刚性滑移实现，而是通过局部滑 移逐步进行的，1934年Taylor, Orowan, Polanyi
第一节点缺陷
教学内容： 点缺陷，线缺陷，面缺陷的定义；点缺陷的
形成，分类，特征和性质；点缺陷平衡浓度的 概念与计算；点缺陷运动的实现，点缺陷浓度 与过饱和浓度，点缺陷与扩散的关系，其他晶 体的缺陷 教学目的：
初步建立材料微观缺陷的概念，系统了解 点缺陷的特性 重点难点：
点缺陷平衡浓度的计算
第一节点缺陷
第二节 位错的结构
教学内容：
线缺陷（位错）的概念，位错的类型－刃 位错，螺位错的概念，位错的表征方法－柏氏 矢量，位错强度的计算，柏氏矢量的意义，位 错畸变，晶体中位错的组态和位错密度。
来自百度文库教学目的：
通过了解刃位错，螺位错的概念，了解位错 的结构，理解柏氏矢量对学习位错的重要性。
重点难点：
螺型位错，柏氏矢量
位错的运动
（1）AB是右螺型位错，DC是左螺型位错，BC 是正刃型位错，AD是负刃型位错。
（2）设想在完整晶体中有一个正四棱柱贯穿晶 体的上、下表面，它和滑移面MNPQ交于 ABCDA。现在让ABCDA上部的柱体相对于下 部柱体滑移b，柱体以外的晶体均不滑移。这 样，ABCDA就是在滑移面上已滑移区(环内) 和未滑移区(环外)的边界，因而是一个位错环。
几乎同时分别提出了位错概念
和刃型位错模型， Taylor还用
位错运动解释了晶体在很小的
τ
切应力作用下能够发生滑移和
τ 塑性变形的原因。 （3）1950
年位错的模型得到了电子显微
镜的证实。
外力作用下晶体滑移示意图（微观）
位错的结构
一、类型 1、刃型位错 位错线：已滑移区和未 滑移区的交界。 位错线与滑移方向垂直。 在位错线处晶格畸变最大， 原子严重错排区域是3~4个原子间距，以位错线
空位、间隙原子、置换原子、空位对或空位片 一、形成
由于能量起伏和原子热振动引起原子的迁 移，产生空位或间隙原子。 1、空位； （1）肖脱基空位：离位原子迁移到外表面或内
界面（如晶界处） （2）弗兰克空位：离位原子迁移到晶体点阵的
间隙中（空位和间隙原子等量）。
Figure 5.3
点缺陷
2、间隙原子： 除形成弗兰克空位
位错的结构
三、晶体中位错组态和位错密度 1、组态复杂：位错网、小角度晶界、塞积群、
位错环、位错缠结等。 2、位错密度：Lv=L/V Lv—体位错密度，L—位错线总长度， V—晶体的体积。L难测，实际用穿过 单位面积的位错数目ρA来表示位错 密度： ρA =n/A，充分退火后金属 位错密度106~108cm-2,强烈塑性变形
螺位错的运动 混合位错的运动
位错的运动
2、刃型位错的攀移 导致多余半原子面扩大或缩小，分别称为
负攀移和正攀移。通过原子扩散实现，受温度、 外加应力、空位浓度等因素影响。攀移后体积会 变化属非守恒运 动；而滑移不会 引起体积变化属 守恒运动。螺型 位错不会攀移。
（a）正攀移（半 原子面缩短）
(b)未攀移
为中心的管道。 正刃型位错“┴”，负刃型位错“┬”。
位错：宏观看是线状，从微观看是管状 Figure 5.7
1） 棱位错(刃位错 Edge Dislocation) 位错线与滑移方向(柏格斯矢量)垂直
EF ⊥ BB’
压力、拉力
位错的结构
2、螺型位错 位错线与滑移方向平行，右螺旋位错（右手法
则），左螺旋位错（左手法则）
②螺型位错：位错线与柏氏矢量平行。只直线， 位错线与柏氏矢量同向右螺，反向左螺。
③混合型位错：位错线与柏氏矢量交角在0到 90°之间，可分解为刃型位错和螺型位错。
位错的结构
（2）柏氏矢量表示位错线 周围弹性变形量总和、总 畸变量的大小和方向。
位错的结构
（3）柏氏矢量具有守恒性 不因回路大小和形状而改变。 ①每条位错相应只有唯一 的柏氏矢量，在运动、形 态改变过程中柏氏矢量不变。 ②几根位错线交于一点，则 其中一个位错柏氏矢量等于其余位错柏氏矢量和 ③位错线不能在晶体内部中断。可自成闭合位错 环或和其他位错相连或穿过晶体终于晶界或表面
点缺陷
三、点缺陷的运动和作用 1、运动 空位周围原子的热振动引起原空位的消失和新空
位的产生。 空位消失：遇到间隙原子发生复合，或运动到位
1010~1012cm-2
第三章 晶体结构缺陷
第三节 位错的运动
位错的运动
位错运动产生晶体的范性变形，运动的难 易程度关系到晶体的强度。 运动形式：滑移和攀移 一、作用在位错上的力 位错的运动方向总是垂直于位错线。 由虚功原理导出作用在位错的假想作用力。 W1=（τLds）b，W1=Fds 由上两式推出：F=τLb，Fd=τb=F/L
第三章 晶体结构缺陷
理想晶体:绝对规则排列 实际晶体:某些区域不规则排列——晶体缺陷 缺陷类型：
（1）点缺陷：1个或几个原子间距——零维缺 陷，空位、间隙原子、置换原子等。
（2）线缺陷：一维方向上尺寸较大——一维缺 陷，位错。
（3）面缺陷：两维方向性上尺寸较大——二维 缺陷，晶体表面、晶界、相界和堆垛层错等。
1939年，Burgers,J.M.提出
柏氏矢量：形成位错的滑移矢量，
既晶体一侧的质点相对另一侧质
点的位移，用 b表示。
位错强度： b
1、 b 的确定
Prof.J. M. Burgers 1895-1981
Dutch physicist
（1）规定位错的正方向,位错线伸出纸面的方向
（2）实际晶体中作闭合回路，方向与位错线的正方向成 右螺旋关系。
时形成的间隙外，还可 由外表面或内界面处的 原子迁移到晶体内部间隙位置形成。 自间隙原子：晶体本身固有的同类原子。 异类间隙原子：外来原子。 3、点缺陷形成能：由点缺陷形成所引起的内能 增加的那部分能量。空位形成能小于间隙形成能
点缺陷
二、点缺陷的平衡浓度 经过推导得出：晶体在一定温度下空位的平衡浓 度为：Ce=Aexp[-Ev/KT],A=（exp△Sf/k）,Ev 是空位形成能。空位形成能愈大空位平衡浓度愈 小，温度愈高，空位平衡浓度愈大。 同理可得出间隙的平衡浓度：
一个位错滑出表面，在表面沿切应力 方向形成一个宽度为b的台阶
位错的运动
滑移面由位错线和柏氏矢量决定，刃型位错
的滑移面是唯一的。滑移方向与位错线垂直，与
柏氏矢量、切应力方向和晶体的滑移方向平行。
（2）螺位错的滑移(只要很小外力就能运动)
同刃 型位 错， 形成 一个 台阶
位错的运动
位错的移动方向与柏氏矢量、切应力方向及 晶体的滑移方向垂直。
各向同性的。
位错的应力场
因该模型忽略了晶体结构，所以不能处理原
子严重错排的位错线中心区，应挖去0.5~1nm
中心区。
z
σzz
τzy
（2）应力、应变表示
τzx
τyz
①应力分量
τxz
σxx、σyy、σzz、
σxx
τxy τyx
σyy
y
τxy、τxz、τyx、
x
τyz、τzx、τzy
平衡状态时，为了保持受力物体的刚性，作
教学目的：
掌握位错形成，存在，运动中的力，能量及变化的 概念。
重点难点：
应力场计算，应变能计算，线张力计算。
位错的应力场
一、位错应力场 1、位错的连续介质模型 1907年，伏特拉（Voltera,V.）等提出。 （1）假设 ①连续弹性介质代替实际晶体，这样符合虎克定
律。 ②应力、应变、位移等是连续的 ③把晶体看成是各向同性的，所以弹性常数也是
（3）在完整晶体中作相应的参考回路。相同方向走相同 的步数。
位错的结构
（4）柏氏矢量确定：终点指向始点。 刃型位错在二维晶格中确定，螺型位错在
三维晶格中确定。 柏氏矢量与回路起点选择及回路大小无关。
位错的结构
2、柏氏矢量的表示方法
以晶格常数为单位的三维坐标表示：
刃型位错：b [0b0]
立方晶系： b ka[]
而位错线与柏氏矢量平行，所以没有确定的 滑移面，会发生交滑移和双交滑移。
只有平行于位错线和柏氏矢量的切应力才 可使螺型位错滑移。 （3）混合位错滑移
沿柏氏矢量方向施加切应力，位错环上各 点沿其法线方向，在滑移面上向外扩展，滑出晶
位错的运动
体时，表面处沿切应力方向形成一个宽为 b的台阶。若切应力方向相反，则位错环 缩小，甚至消失。
错、晶界及外表面等晶体缺陷处而消失。 点缺陷运动造成的原子迁移正是扩散现象
的基础。 2、作用：
点缺陷
点缺陷能使金属的电阻增加，体积膨胀， 密度减小．同时能加速与扩散有关的相变、化学 热处理及高温下的塑性变形和断裂等．另外，过 饱和点缺陷还可以提高金属的屈服强度． 四、过饱和点缺陷（不稳定） 常温下热力学平衡点缺陷浓度很小。 过饱和点缺陷形成的方法： （1）淬火法：加热到高温，快速冷却 （2）辐照法：形成数量相等的空位和间隙原子 （3）塑性变形：通过位错相互作用产生
与螺位错垂直的晶面的形状
右手规则： 拇指----位错线方向
四指转向-----螺旋面的旋转方向(柏 格斯回路转向)
3.混合位错
混合位错的形成
位错的结构
E处纯螺型位错，F处纯刃 型位错，EF间混合型
位错线
b
A
混合位错线附近原子滑 移透视图
B
C
b
刃型分量 螺型分量
位错线 b
顶视图
位错的结构
二、柏氏矢量
刃位错攀移示意图
（c）负攀移（半 原子面伸长）
位错的运动
例：如图，求（1）位错环的各边分别是什么位错？ （2）如何局部滑移才能得到
这个位错环？（3）在足够大的切 应力τ作用下，位错将如何运动？ 晶体如何变形？（4）在足 够大拉应力σ作用下， 位错环将如何运动？它 将变成什么形状？晶体 将如何变化？
（3）位错环将向外扩展，滑出晶体，表面处沿 切应力方向形成一个宽为b的台阶。
位错的运动
（4）
第三章 晶体结构缺陷
第四节 位错的应力场
教学内容：
位错的应力场（刃位错，螺位错的应力场）的表示 方法及应力，应变计算。
位错的弹性应变解，概念，又叫位错解，位错中心 区周围的弹性应变能计算，畸变能概念，位错的线张 力,张力的概念，位错的曲率半径，线张力的有关计 算。
由虎克定律得：
其他应力分量都为零。
位错的应力场
而应力
只与r 有关，与z和θ无关，说
明螺位错的应力场是轴对称的。
直角坐标：
3、刃型位错应力场
位错的应力场
滑移面：xoz，沿x轴移一个b距离 直角坐标
位错的应力场
圆柱坐标：
位错的应力场
应力场特点：
(1)各应力场与r成反比，不适用于位错线中心区
点缺陷
五、其他晶体的点缺陷 因点缺陷是热力学稳定的晶体缺陷，所以
只要不是绝对零度，离子晶体、共价晶体和聚合 物晶体中都存在点缺陷。 离子晶体点缺陷： 1、肖脱基点缺陷：等量正离子空位和负离子空
位 2、弗兰克尔点缺陷：负离子不易形成间隙原子，
所以是等量正离子空位和正离子间隙原子
第三章 晶体结构缺陷
用力只有6个是独立的，分别为σxx、σyy、σzz、
位错的应力场
Τxy、τxz、 τyz、而τxy= τyx，τxz=τzx， τyz=τzy。 同样柱坐标： ②应变分量： 直角坐标：
柱坐标：
2、螺位错的应力场
位错的应力场
滑移面：xoz，位错线在z轴，柏 氏矢量b。则圆柱上各点产生两种 切应变，
位错的运动
Fd—作用在单位位错线长度的假想力。方向为位 错线上各点的法线，既与位错线垂直，并指向未 滑移部分，是位错运动的驱动力，与切应力或柏 氏矢量无确定关 系。刃型位错与 切应力一致，螺 型位错与切应力 垂直，混合位错 是位错线上各点 的法线方向。
位错的运动
二、位错运动 滑移：沿滑移面运动。 攀移：沿垂直于滑移面的方向移动。 1、滑移 （1）刃型位错的滑移(只要很小外力就能运动)
位错强度：
b
ka( 2
2
2
)
1 2
柏氏矢量可进行矢量运算：
b 1 a[111] 1 a[112] 1 a[110]
3
6
2
位错的结构
3、柏氏矢量的意义 （1）确定位错类型： ①刃型位错：位错线与柏氏矢量垂直，可直线，
也可平面曲线，用右手法则确定正、负（食指 位错线方向，中指柏氏矢量方向，拇指半原子 面方向，拇指向上为正，向下为负。
位错的结构
位错——线缺陷
（1）在提出前，人们已认识了晶体塑性变形是由晶体滑移 产生的。
（2）为了理论上解释滑移现象，1926年弗兰克尔从刚体模 型推出理论切变强度，其值比实际的大了3~4个数量级， 说明晶体变形不是通过刚性滑移实现，而是通过局部滑 移逐步进行的，1934年Taylor, Orowan, Polanyi
第一节点缺陷
教学内容： 点缺陷，线缺陷，面缺陷的定义；点缺陷的
形成，分类，特征和性质；点缺陷平衡浓度的 概念与计算；点缺陷运动的实现，点缺陷浓度 与过饱和浓度，点缺陷与扩散的关系，其他晶 体的缺陷 教学目的：
初步建立材料微观缺陷的概念，系统了解 点缺陷的特性 重点难点：
点缺陷平衡浓度的计算
第一节点缺陷
第二节 位错的结构
教学内容：
线缺陷（位错）的概念，位错的类型－刃 位错，螺位错的概念，位错的表征方法－柏氏 矢量，位错强度的计算，柏氏矢量的意义，位 错畸变，晶体中位错的组态和位错密度。
来自百度文库教学目的：
通过了解刃位错，螺位错的概念，了解位错 的结构，理解柏氏矢量对学习位错的重要性。
重点难点：
螺型位错，柏氏矢量
位错的运动
（1）AB是右螺型位错，DC是左螺型位错，BC 是正刃型位错，AD是负刃型位错。
（2）设想在完整晶体中有一个正四棱柱贯穿晶 体的上、下表面，它和滑移面MNPQ交于 ABCDA。现在让ABCDA上部的柱体相对于下 部柱体滑移b，柱体以外的晶体均不滑移。这 样，ABCDA就是在滑移面上已滑移区(环内) 和未滑移区(环外)的边界，因而是一个位错环。
几乎同时分别提出了位错概念
和刃型位错模型， Taylor还用
位错运动解释了晶体在很小的
τ
切应力作用下能够发生滑移和
τ 塑性变形的原因。 （3）1950
年位错的模型得到了电子显微
镜的证实。
外力作用下晶体滑移示意图（微观）
位错的结构
一、类型 1、刃型位错 位错线：已滑移区和未 滑移区的交界。 位错线与滑移方向垂直。 在位错线处晶格畸变最大， 原子严重错排区域是3~4个原子间距，以位错线
空位、间隙原子、置换原子、空位对或空位片 一、形成
由于能量起伏和原子热振动引起原子的迁 移，产生空位或间隙原子。 1、空位； （1）肖脱基空位：离位原子迁移到外表面或内
界面（如晶界处） （2）弗兰克空位：离位原子迁移到晶体点阵的
间隙中（空位和间隙原子等量）。
Figure 5.3
点缺陷
2、间隙原子： 除形成弗兰克空位
位错的结构
三、晶体中位错组态和位错密度 1、组态复杂：位错网、小角度晶界、塞积群、
位错环、位错缠结等。 2、位错密度：Lv=L/V Lv—体位错密度，L—位错线总长度， V—晶体的体积。L难测，实际用穿过 单位面积的位错数目ρA来表示位错 密度： ρA =n/A，充分退火后金属 位错密度106~108cm-2,强烈塑性变形
螺位错的运动 混合位错的运动
位错的运动
2、刃型位错的攀移 导致多余半原子面扩大或缩小，分别称为
负攀移和正攀移。通过原子扩散实现，受温度、 外加应力、空位浓度等因素影响。攀移后体积会 变化属非守恒运 动；而滑移不会 引起体积变化属 守恒运动。螺型 位错不会攀移。
（a）正攀移（半 原子面缩短）
(b)未攀移
为中心的管道。 正刃型位错“┴”，负刃型位错“┬”。
位错：宏观看是线状，从微观看是管状 Figure 5.7
1） 棱位错(刃位错 Edge Dislocation) 位错线与滑移方向(柏格斯矢量)垂直
EF ⊥ BB’
压力、拉力
位错的结构
2、螺型位错 位错线与滑移方向平行，右螺旋位错（右手法
则），左螺旋位错（左手法则）
②螺型位错：位错线与柏氏矢量平行。只直线， 位错线与柏氏矢量同向右螺，反向左螺。
③混合型位错：位错线与柏氏矢量交角在0到 90°之间，可分解为刃型位错和螺型位错。
位错的结构
（2）柏氏矢量表示位错线 周围弹性变形量总和、总 畸变量的大小和方向。
位错的结构
（3）柏氏矢量具有守恒性 不因回路大小和形状而改变。 ①每条位错相应只有唯一 的柏氏矢量，在运动、形 态改变过程中柏氏矢量不变。 ②几根位错线交于一点，则 其中一个位错柏氏矢量等于其余位错柏氏矢量和 ③位错线不能在晶体内部中断。可自成闭合位错 环或和其他位错相连或穿过晶体终于晶界或表面