位错的基本结构
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
位错的运动
3.5 柏氏矢量(Burgers Vector)
1939年柏格斯（J.M.Burgers）提出了螺型 1939年柏格斯（J.M.Burgers）提出了螺型 位错的概念和柏氏矢量，使位错的概念普遍化， 并发展了位错应力场的一般理论。柏氏矢量可以 并发展了位错应力场的一般理论。 通过柏氏回路来确定， 图(a)、(b)分别为含有一 个刃型位错的实际晶体和用作参考的不含位错的 完整晶体。
a正刃型位错的滑移
b负刃型位错的滑移
当一个刃型位错沿滑移面滑过整个晶体，就会在晶体 表面产生宽度为一个柏氏矢量b的台阶，即造成了晶体的 塑性变形。若有n个b相同的位错扫过滑移面，则晶体将产 生nb的宏观滑移量，表面上产生nb高的台阶，成为电子 显微镜下看到的滑移线。下图a为原始状态的晶体以及所 加切应力的方向；b、c则为正刃型位错滑移的中间阶段， 可以看见位错线AB沿滑移面逐渐向后移动；应当注意， 在滑移时，刃型位错的移动方向一定是与位错线相垂直， 即与其柏氏矢量相一致。因此，刃型位错的滑移面应是由 位错线与其柏氏矢量所构成的平面。
2.位错的基本类型(Basic 2.位错的基本类型(Basic Types 位错的基本类型 of Dislocation)
位错是晶体中原子排列的一种特殊组 态。已滑移区(Slip Zone)与未滑移区在 滑移面(Slip Plane)上的交界线，称为位 错线，一般简称为位错。 从位错的几何结构来看，可将它们 分为：刃型位错和螺型位错。
3.2.1 刃型位错的滑移
图（a）表示含有一个正刃型位错的晶体点阵。图中实线 表示位错（半原子面PQ）原来的位置，虚线表示位错移 动一个原子间距（如P′Q′）后的位置。可见，位错虽然移 动了一原子间距，但位错附近的原子只有很小的移动。故 这样的位错运动只需加一个很小的切应力就可以实现。图 （b）表明，对于晶体中的负刃型位错，在同样的切应力 作用下，尽管其移动方向与正刃型位错相反（在图中为向 右移动）。
位错
主要内容
位错：位错的基本类型、位错的运动、位错的弹 性性质、位错的来源和位错的增殖； 面缺陷：晶界与亚晶界。
重点内容
1.位错线、位错移动方向、滑移面、切应力方向、 柏氏矢量之间的关系。 2.柏氏矢量的确定。 3.位错的应变能。 4.位错的来源。
5.3 位错 Dislocation,位错是原子的一种特殊组态，是一种 具有特殊结构的晶格缺陷，也称为线缺陷。 位错概念的提出 用于解释晶体的塑性变形。
位错的运动有两种基本形式：滑移和攀移。
在一定的切应力的作用下，位错在滑移面上受到垂 至于位错线的作用力。当此力足够大，足以克服位错运 动时受到的阻力时，位错便可以沿着滑移面移动，这种 沿着滑移面移动的位错运动称为滑移。
刃型位错的位错线还可以沿着垂直于滑移面的方向 移动，刃型位错的这种运动称为攀移。
1. 位错的滑移 刃型位错：对含刃型位错的晶体加切应力，切应力方 向平行于柏氏矢量，位错周围原子只要移动很小距离， 就使位错由位臵(a)移动到位臵(b)。 当位错运动到晶体表面时，整个上半部晶体相对 下半部移动了一个柏氏矢量晶体表面产生了高度为b 的台阶。 刃型位错的柏氏矢量b与位错线t互相垂直，故滑 移面为b与t 决定的平面，它是唯一确定的。刃型位 错移动的方向与b方向一致，和位错线垂直。
晶界：约三个原子层厚
3.孪晶界 孪晶界是晶界中最简单的一种。 孪晶关系指相邻两晶粒或一个晶粒内部相邻两部分 沿一个公共晶面（孪晶界）构成镜面对称的位向关系。 孪晶界上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上， 为孪晶的两部分所共有，这种形式的界面称为共格界面。
铜合金中的孪晶
小
基本概念：
结
刃型位错、螺型位错、位错密度、滑移、攀移、 晶界、大角度晶界、小角度晶界、晶界能
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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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）
说明刃型位错的结构特点
说明刃型位错的结构特点
刃型位错是一种基本位错类型，指的是晶体中沿着刃形晶体面发生的
位错。
它是一种线状位错，具有以下结构特点：
1.一条直线：刃型位错沿着晶体的刃形晶面产生，呈现出一条直线的
形态，且直线方向与晶体的刃线平行。
2.相邻层错向相反：刃型位错是由两个相邻的基本位错组成的，这两
个基本位错的方向相反，形成一个锯齿状的线状位错。
3.弯曲现象：与直线位错不同，刃型位错有时会出现弯曲现象。
这是
因为刃面晶体表面的切应力引起的，导致位错在晶体内部产生弯曲。
4.可以产生排列错：由于刃型位错是由两个基本位错组成，若位错线
与样品表面平行，则产生排列错。
这种排列错可通过电子显微镜观察并计数。
综上所述，刃型位错是一种晶体中常见的位错类型，它具有线状位错
的特点，沿着刃形晶面发生。
刃型位错的结构特征是由两个基本位错组成，相邻的基本位错的方向相反，且随着切应力的作用，位错线可能会出现弯曲。
刃型位错对材料性能具有影响，因此研究刃型位错结构特点对于理解
材料的力学性质以及物理性质至关重要。
2.位错类型及柏氏矢量
柏振海 baizhai@
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础
位错类型，柏氏矢量
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
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材料科学与工程基础
位错类型，柏氏矢量
位错的基本类型及特征
工程材料理论切变强度与实际强度相差100～1000倍
晶体中位错的基本类型 1.刃型位错 2.螺型位错 3.混合位错
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材料科学与工程基础
位错类型，柏氏矢量
含有刃型位错的晶体结构示意图
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材料科学与工程基础
位错类型，柏氏矢量
刃型位错线周围的弹性畸变
• 位错线长度有数百个到数万个原子间距，与位错长度相比， 位错宽度非常小，所以把位错看作是线缺陷 刃位错周围原子不同程度地偏离平衡位臵，使周围点阵发生 弹性畸变
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材料科学与工程基础
位错类型，柏氏矢量
3．柏氏矢量特征
1）柏氏矢量与回路起点选择无关，也与柏氏回路的具体路径， 大小无关
一条位错线只有一个柏氏矢量 2）几根位错相遇于一点，其方 向朝着节点的各位错线的柏氏 矢量 b之和等于离开节点之和 如有几根位错线的方向均指 向或离开节点，这些位错 线的柏氏矢量之和值为零
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材料科学与工程基础
位错类型，柏氏矢量
刃型位错特征
材料科学基础位错理论
材料科学基础位错理论位错理论是材料科学领域中的重要概念之一、它是位错理论与晶体缺陷之间相互关联的核心。
本文将从位错的定义、分类和特征出发，进一步介绍位错理论的基本原理和应用。
首先，位错是固体晶体结构中的一种缺陷。
当晶体晶格中发生断裂、错位或移动时，就会形成位错。
位错可以被看作是晶体中原子排列的异常，它具有一定的形态、构型和特征。
根据位错发生的方向和类型，位错可分为直线位错、面位错和体位错。
直线位错是沿晶体其中一方向上的错排，常用符号表示为b。
直线位错一般由滑移面和滑移方向两个参数来表征。
滑移面是指位错的平移面，滑移方向是位错在晶体中的移动方向。
直线位错可以进一步分为边位错和螺位错。
边位错的滑移面为滑移方向的垂直面，螺位错则是在滑移面上存在沿位错线方向扭曲的位错。
面位错是晶体晶格上的一次干涉现象，即滑移面上的两部分之间发生错排。
面位错通常由面位错面和偏移量来描述。
面位错可以是平面GLIDE面位错、垂直GLIDE面位错或螺脚面位错。
体位错是沿体方向上的排列不规则导致的位错。
体位错通常是由滑移面间的晶体滑移产生的。
位错理论的基本原理是通过研究位错在晶体中的移动机制和相互作用，来理解材料的塑性变形和力学行为。
位错理论最早由奥斯勒(Oliver)于1905年提出，他认为材料的塑性变形是由于位错在晶体中游走和相互作用所引起的。
这一理论为后来的位错理论奠定了基础。
位错理论的应用非常广泛。
在材料加工和设计中，位错理论被广泛用于控制材料的力学性能和微观结构。
通过控制位错的生成、运动和相互作用，可以获得理想的材料性能。
同时，位错理论也被用于研究材料的磁性、电子输运和热传导性能等方面。
此外，位错理论也在材料的缺陷工程和腐蚀研究中发挥着重要作用。
通过控制位错的形态和分布，在材料中引入有利于抵抗腐蚀的位错类型，可以提高材料的抗腐蚀性能。
位错理论也可以用于解释材料的断裂行为和疲劳寿命等方面。
总结起来，位错理论是材料科学基础中的重要内容。
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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材料科学基础I 7-2 线缺陷——位错的基本概念
即，晶体滑移方向与位错运动方向一致。
2、刃型位错的结构
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 至几万个原子间距。刃位错用 符号“⊥”表示。
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。
biin
bout j
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。
§7-2 线缺陷——位错的基本概念
线缺陷(linear defects)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 (edge dislocation) 螺型位错 (screw dislocation) 混合位错 (mixed dislocations)，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。
3、左、右旋螺型位错的规定
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。
2.2 位错的基本概念
2.2 位错的基本概念晶体中的线缺陷是各种类型的位错。
其特点是原子发生错排的范围，在一个方向上尺寸较大，而另外两个方向上尺寸较小，是一个直径为3—5个原子间距，长几百到几万个原子间距的管状原子畸变区。
虽然位错种类很多，但最简单，最基本的类型有两种：一种是刃型位错，另一种是螺型位错。
位错是一种极为重要的晶体缺陷，对金属强度、塑变、扩散、相变等影响显著。
一位错学说的产生位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。
意义：（对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。
）人们很早就知道金属可以塑性变形，但对其机理不清楚。
在位错被提出之前，人们对晶体的塑性变形作了广泛的研究。
实验发现在塑性变形的晶体表面存在大量的台阶，因此，提出了塑性变形是通过晶体的滑移来实现的观点。
晶体的滑移过程如图1所示。
根据晶体塑性变形后台阶产生的方向，发现滑移总是沿着某些特定的晶面和晶体学方向进行的。
这些晶面被称为滑移面；晶体学方向被称为滑移方向。
一个滑移面和其面上的一个滑移方向组成一个滑移系。
当外界应力达到某一临界值时，滑移系才发生滑移，使晶体产生宏观的变形，将这个应力称之为临界切应力。
本世纪初到30年代，许多学者对晶体塑变做了不少实验工作。
1926年弗兰克尔利用理想晶体的模型，假定滑移时滑移面两侧晶体象刚体一样，所有原子τ＝G／2π(G为切变模量)，与实验结果相比相差3—4同步平移，并估算了理论切变强度mτ值也为G／30，仍与实测临个数量级，即使采用更完善一些的原子间作用力模型估算，m界切应力相差很大。
这一矛盾在很长一段时间难以解释。
1934年泰勒(G．I．Tayor)，波朗依(M.Polanyi)和奥罗万(E．Orowan)三人几乎同时提出晶体中位错的概念。
泰勒把位错与晶体塑变的滑移联系起来，认为位错在切应力作用下发生运动，依靠位错的逐步传递完成了滑移过程，如图2。
与刚性滑移不同，位错的移动只需邻近原子作很小距离的弹性偏移就能实现，而晶体其他区域的原子仍处在正常位置，因此滑移所需的临界切应力大为减小。
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。
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。
4-2位错的基本概念_2
a 一般表达式： b = uvw n a 2 2 模(即位错强度)： 2 b = u +v +w n
注：b矢量有大小，也有方向，它的方向与所 选定的位错线的方向有关，一旦位错线的方 向规定以后，b矢量的方向不能任意。可用右 手定则：
多余半原子面 大拇指 食指 位错线方向
中指
b正方向
四．位错的运动
二、攀移运动
刃型位错线在垂直于滑移面的方向上的运动称为攀移运动。 （1）攀移运动一定伴随着原子的扩散，从位错多余半原子 面扩散出去的原子，可能成为间隙原子，或跃入空位，因此 可以说正攀移将使晶体中的空位浓度降低，负攀移则会使空 位浓度增大。 （2）刃位错的攀移运动是比较难于进行的，只有在高温下， 原子扩散能力很强，或空位浓度很大的情况下，攀移运动才 是可能的。外加应力可以促进刃位错的攀移运动，压应力有 利于正攀移，拉应力有利于负攀移。 （3）刃位错运动的结果使位错线扫过区上下两半晶体产生 一其值为b的相对位移，位移的方向完全取决于外切应力， 位移方向与位错线方向平行，也与b方向平行，但不能单纯 由位错线的运动方向决定。
r= n
退火材料的 ρ=108/m2 ,冷加工金属 ρ=1012/m2 ,可见金属 材料大量塑变后，位错密度增加 。
晶体中的位错组态常是位错网络。除了位错 网络外，位错还可以单独的以位错环的形式 存在。在经强烈冷加工后，晶体中的位错组 态很复杂，经常出现象发团一样的位错“缠 结”。 位错密度与材料强度有什么关系？如 何解释？举例说明。 陶瓷晶体中的位错密度怎样？为什么？
A
位错的观察
早期对位错的观察的例子：
氟化锂表面浸蚀出的位 错露头的浸蚀坑
KCl中的位错 KCl晶体是透明的，用杂质 “辍饰”位错以便可以见到它 （白色）。位错形成网络）
位错基础
一般立方晶系中柏氏矢量可表示为 b=a/n<uvw>，其中n为正整数。
通常柏氏矢量的大小（即位错强度）还用下式
来表示。
| b |
a
u2 v2 w2
n
3. 柏氏矢量的守恒性(Conservation)
位错理论的发展历史较短，还存在一些不 完善之处。弗兰克和斯蒂兹(J.W.Steeds)在1975 年的一篇“晶体位错”的评论中指出：位错有 些理论是确切的，因为它们是纯几何的或纯形 貌的。有些部分显然是近似的，然而是可靠的。 但现在有意义的问题是不能确信那些已做的近 似的可靠性，因此必须依靠全部的理论方法以 及观察和推测来谋求进一步发展。除了这些 “近似”之外，在位错领域中迄今还没有完全 解决的主要问题是如何填补单个位错的性质和 位错集团的行为之间的鸿沟。因此，位错理论 尚有待今后进一步发展和完善。
混合型位错线是一条曲线，在A处位错线与滑移矢量 平行，因此是螺型位错；而在C处位错线与滑移矢量垂直， 因此是刃型位错。A与C之间，位错线既不垂直也不平行 于滑移矢量，每一小段位错线都可分解为刃型和螺型两个 部分，因此是混合型位错。
由于位错线是已滑移区与未滑移区的边界 线，因此一根位错线不能终止于晶体内部，而 只能露头于晶体表面或晶界。
1939年柏格斯（J.M.Burgers）提出了螺型位错的概
念和柏氏矢量，使位错的概念普遍化，并发展了位错应 力场的一般理论，接着位错理论得到多方面的发展。 1940年派尔斯（Peierls）提出半点阵模型，到1947年在 纳波罗（Nabarro）的帮助下，计算出使位错滑移所需 的临界切应力（P-N力）。 1949年柯垂尔(A.H.Cottrell) 提出位错与溶质原子的作用问题，用碳原子钉扎位错来 解释钢中屈服点的现象获得成功（Cottrell气团），弗兰 克尔的螺型位错促进晶体生长的理论预告获得了令人信 服的证实。而后许多人几乎同时独立地在显微镜下观察 到了位错的存在及其形状。
位错基本理论
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
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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
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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。
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
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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。
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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
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混合位错的分解
二、柏氏矢量
1939年，柏格斯（J.M.Burgers）提出。 柏氏矢量：用来揭示位错本质，描述位错行为的矢量。 1、柏氏矢量的确定 用柏氏回路确定。 1）人为规定位错线 的正方向。 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。
关系，确定位错的类型。 (1)
b ⊥位错线，刃型位错。将 b
顺时针旋转90°，若 b
的方
向与位错线正向一致，正刃位错；反错线，螺型位错。 b 的方向与位错线正方向一致， 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
左、右螺型位错
右螺旋位错：符合右手法则的螺型位错。 左螺旋位错：符合左手法则的螺型位错。 拇指：前进方向；其余四指：旋转方向。
左、右螺型位错有着本质区别，无论将晶体如 何放置，也不可能改变其原本的左、右性质。
3、混合型位错
混合位错：位错线与滑移方向成任意角度的位错。 混合位错线是一条曲线，在A处是螺位错，在C处是刃型 位错，在A与C之间的每一小段位错线都可以分解为刃型和螺 型两个分量。
2、螺型位错
位错模型：
产生：晶体局部滑移产生。 ABCD：滑移面； bb’：螺型位错线，也是已滑移区(AB bb’)与未滑移区 (bb’ CD)在滑移面上的边界线，但平行于滑移方向。
螺型位错线周围的原子
在位错线附近有一个约几个原子间距宽的， 上、下层原子不吻合的过渡区(bb’和aa’之间) 。 位错线附近的原子：按螺旋形排列。
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。 如果所作的柏氏回路包含有几个位错，则得出的柏 氏矢量是这几个位错柏氏矢量之总和。
位错线只能终止在晶体表面 或晶界上，而不能中断于晶 体内部。在晶内，它只能形 成封闭的环或与其它位错相 遇于节点，构成网络。
4、柏氏矢量的表示方法
用点阵矢量表示。 对立方晶系：用与柏氏矢量同向的晶向指数表示。
u v w 例：从原点到坐标值为 , , 的阵点 n n n
a 2 2 w2 b u v a 柏氏矢量：b uvw ，矢量的模： 。 n 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 a a a , ,0 面心立方，从原点→底心，b 110； 2 2 2 a a a a , , 体心立方，从原点→体心， b 111 ；
a a b1 11 1 , b2 112 3 6
，则：
a a a a a a b b1 b2 11 1 112 222 112 330 110 3 6 6 6 6 2
5、根据 b 与位错线的关系，确定位错的类型 b 总是平行于滑移方向，故可根据 b 与位错线的 可滑移位错，
2、柏氏矢量的物理意义
柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物 理量。 矢量的方向：表示位错的性质与位错线的取向；
矢量的模 b ：表示畸变的程度，称为位错强度。
同一晶体中， b 大，位错产生的点阵畸变大。
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
a b 111 2 ，
2 a 2 2 2 3 b 1 1 1 a 2 2
2 2 2
柏氏矢量的运算
用矢量加法进行运算： a a 若 b1 u1v1w1 , b2 u2v2w2 ，则： n n a b b1 b2 (u1 u2 )(v1 v2 )( w1 w2 ) n 如
刃型位错线周围的原子排列：
位错线周围：有 (2～5)个 原子间距的点阵畸变；点阵畸 变相对于多余半原子面左右对 称。 含有多余半原子面的部分 晶体受压，原子间距减小； 不含多余半原子面的部分 晶体受拉，原子间距增大；
正、负刃位错
正刃型位错：用“┻”表示。 负刃型位错：用“┳”表示。 正、负刃位错的划分是相对的，但有用。
由柏氏矢量的特性得出的推论
如有几个位错相遇于一点 （称为位错节点），朝向节 点的各位错的柏氏矢量之和， 等于离开节点的各位错线的 柏氏矢量之和。
b1 b2 b3
若所有位错线都指向（或离 开节点），则它们的柏氏矢 量之和为零。
b1 b2 b3 b4 0
第二节
位错的基本结构
位错：晶体中某处一列或若干列原子发生了 有规律的错排现象。 错排区的形状：细长的管状畸变区域。 几百～几万个原子间距×（2～5个) 原子间距。 概念提出：1934年。 试验观察：1956年。 设备：透射电子显微镜。
一、位错的基本类型
1、刃型位错：
模型：
产生：晶体局部滑移产生。 ABCD：滑移面； EFGH：局部滑移产生的多余半原子面； EF：多余半原子面的“刃边”，称作“刃型位错线”，是已 滑移区(ABEF)与未滑移区(EFCD)在滑移面上的边界线， 垂直于滑移方向。
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。
螺位错的特征：
柏氏矢量与位错线互相平行。 螺型位错无多余半原子面，原子错排呈 螺旋形；螺型位错线与柏氏矢量平行，故一 定是直线。