2010032第三章 晶体缺陷运动 (五)

混 合 型 位 错 的 滑 移 过 程
3.2.1.2
位错的攀移
位错的攀移 位错的 攀移 (climbing of disloction) :在垂直于滑移 攀移( 面方向上运动 攀移的实质: 构成刃型位错多余半原子面的扩大和缩小， 攀移的实质 : 构成刃型位错多余半原子面的扩大和缩小 ， 它是通过物质迁移即原子或空位的扩散来实现的。 它是通过物质迁移即原子或空位的扩散来实现的。 刃位错的攀移过程: 如果有空位迁移到半原子面的下端， 刃位错的攀移过程 : 如果有空位迁移到半原子面的下端 ， 或者半原子面下端的原子扩散到别处时，半原子面缩小， 或者半原子面下端的原子扩散到别处时，半原子面缩小， 即位错向上移动，称为正攀移 向下运动称为负攀移 正攀移； 负攀移。 即位错向上移动，称为正攀移；向下运动称为负攀移。 注意：只有刃型位错才能发生攀移， 注意：只有刃型位错才能发生攀移，即位错在垂直于滑 移面的方向上运动。滑移不涉及原子扩散， 移面的方向上运动。滑移不涉及原子扩散，而攀移必须 借助原子扩散，因此攀移运动称为“非守恒运动” 借助原子扩散，因此攀移运动称为“非守恒运动”。外 加应力对攀移起促进作用， 促进正（ 攀移； 加应力对攀移起促进作用，压（拉）促进正（负）攀移； 高温影响位错的攀移。 高温影响位错的攀移。
位错线不能终止于完整晶体之中。 位错线不能终止于完整晶体之中。
3.2.1.3 位错的交割
当一位错在某一滑移面上运动时， 当一位错在某一滑移面上运动时，会与穿过滑移面的 其他位错交割（cross） 位错交割时会发生相互作用， 其他位错交割 （ cross ） 。 位错交割时会发生相互作用 ， 这对材料的强化、点缺陷的产生有重要意义。 这对材料的强化、点缺陷的产生有重要意义。 位错的交割（cross） 位错的交割（cross）： 割阶与扭折（ kink） （1）割阶与扭折（jog and kink） 割阶： 割阶：曲折段垂直于位错的滑移面时 扭折： 扭折：曲折段在位错的滑移面上时 刃型位错的割阶仍为刃型位错,扭折为螺型位错。 注：① 刃型位错的割阶仍为刃型位错,扭折为螺型位错。 螺型位错的割阶和扭折均为刃型位错。 螺型位错的割阶和扭折均为刃型位错。 刃型位错的扭折是一可动螺位错, ② 刃型位错的扭折是一可动螺位错,割阶也是一可动 的刃位错。螺型位错的扭折是可动的刃型位错, 的刃位错。螺型位错的扭折是可动的刃型位错,割 阶是不可动Hale Waihona Puke Baidu刃型位错。 阶是不可动的刃型位错。
交滑移
对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶 对于螺型位错， 面都可以成为它的滑移面， 面都可以成为它的滑移面，因此当某一螺 型位错在原滑移面上运动受阻时， 型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能 从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面 上继续滑移，这一过程称为交滑移。 上继续滑移，这一过程称为交滑移。如果 交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的 双交滑移。 滑移面上继续运动，则称为双交滑移 滑移面上继续运动，则称为双交滑移。动 画演示的就是螺型位错双交滑移及其增殖 模型的情形。 模型的情形。
刃型位错的滑移过程
(a)
(b) 刃型位错的滑移
(c)
τ
滑移面
τ
滑移台阶
位错滑移的比喻
螺型位错的滑移过程
螺型位错： 螺型位错： 沿滑移面运动时，在切应力作用下， 沿滑移面运动时，在切应力作用下，螺型位错使 晶体右半部沿滑移面上下相对低移动了一个沿原子间 距。这种位移随着螺型位错向左移动而逐渐扩展到晶 体左半部分的原子列。 体左半部分的原子列。 螺型位错的滑移过程（教材图3.14）τ∥b、b ∥ 螺型位错的滑移过程（ ξ、滑移方向⊥ ξ、滑移方向⊥ b ，非单一滑移面。 可发生交滑移。 可发生交滑移。
3.2.3 位错的运动
晶体宏观的塑性变形是通过位错运动来实现， 晶体宏观的塑性变形是通过位错运动来实现， 并且晶体的力学性能如强度、 并且晶体的力学性能如强度、塑韧性和断裂等均与 位错的运动有关。位错运动的基本形式有两种： 位错的运动有关。位错运动的基本形式有两种：滑 slip）和攀移（climb） 移（slip）和攀移（climb）。 滑移（slip） 在一定的切应力的作用下， 滑移（slip）: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 上受到垂至于位错线的作用力。 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， 够大，足以克服位错运动时受到的阻力时，位错便 滑移面移动 可以沿着滑移面移动， 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。 保守运动。 运动称为滑移。*保守运动。
1. 位错的滑移 刃型位错：对含刃型位错的晶体加切应力， 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 方向平行于柏氏矢量， 距离，就使位错由位置(a)移动到位置 。 移动到位置(b) 距离，就使位错由位置(a)移动到位置(b)。 当位错运动到晶体表面时， 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 的台阶。 为b的台阶。 刃型位错的柏氏矢量b与位错线ξ互相垂直， 刃型位错的柏氏矢量b与位错线ξ互相垂直，故 滑移面为b 决定的平面，它是唯一确定 唯一确定的 滑移面为b与ξ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。 位错移动的方向与b方向一致，和位错线垂直。
3.2.3.1. 位错的滑移
位错的滑移( 位错的滑移(slipping of disloction): 任何类型的位错均可进行滑移. 任何类型的位错均可进行滑移. 刃位错的滑移过程（ 教材图3 13） (1) 刃位错的滑移过程 （ 教材图 3.13 ） τ∥b、b⊥ξ、滑移方向⊥ ξ、滑移方向∥b， 滑移方向⊥ 单一滑移面。 单一滑移面。
位错的攀移 刃型位错还可以在垂直滑移面的方向上运动 即发生攀移 攀移。 即发生攀移。攀移的实质是多余半原子面的伸长 或缩短。 或缩短。
(a)正攀移
刃型位错的攀移 (b)原始位置
(c)负攀移
小技巧： 小技巧：判断位错运动方向
判断位错运动后, 判断位错运动后,它扫过的两 侧的位移方向： 侧的位移方向：根据位错线的正 向和伯氏矢量以及位错运动方向 来确定位错扫过的两侧滑动的方 可用右手定则判断： 右手定则判断 向。可用右手定则判断：食指指 向位错线正方向， 向位错线正方向，中指指向位错 运动方向， 运动方向，拇指指向沿柏氏矢量 方向位移的那一侧的晶体。 方向位移的那一侧的晶体。
结论： 结论： 运动位错交割后, 都可以产生扭折或割阶, ① 运动位错交割后 , 都可以产生扭折或割阶 , 其大 小和方向取决与另一位错的柏氏矢量,其方向平行, 小和方向取决与另一位错的柏氏矢量,其方向平行,大小 为其模, 但具原位错的柏氏矢量。 为其模 , 但具原位错的柏氏矢量 。 如果另一位错的柏氏 矢量与该位错线平行,则交割后该位错线不出现曲折。 矢量与该位错线平行,则交割后该位错线不出现曲折。 所有割阶都是刃位错, 而扭折可以是刃位错, ② 所有割阶都是刃位错 , 而扭折可以是刃位错 , 也 可以是螺位错。 可以是螺位错。交割后曲折段的方向取决与位错相对滑 移过后引起晶体的相对位移情况。 移过后引起晶体的相对位移情况。相对位移可通过右手 定则来判断。 定则来判断。 扭折与原位错在同一滑面上, ③ 扭折与原位错在同一滑面上,可随主位错线一起 运动,几乎不产生阻力,且扭折在线张力作用下易与消失。 运动,几乎不产生阻力,且扭折在线张力作用下易与消失。 割阶与原位错线在同一滑移面上, 割阶与原位错线在同一滑移面上 , 除攀移外割阶一 般不能随主位错一起运动,成为位错运动的障碍。 般不能随主位错一起运动,成为位错运动的障碍。
⑤ 带割阶位错的运动
① 如果割阶的高度只有1～2个原子间距，在外力足够大的 如果割阶的高度只有1 个原子间距， 条件下，螺形位错可以把割阶拖着走， 条件下，螺形位错可以把割阶拖着走，在割阶后面将会留下一 排点缺陷。 排点缺陷。 如果割阶的高度很大，能在20nm以上， 20nm以上 ② 如果割阶的高度很大，能在20nm以上，此时割阶两端的 位错相隔太远，它们之间的相互作用较小， 位错相隔太远，它们之间的相互作用较小，那它们可以各自独 立地在各自的滑移面上滑移，并以割阶为轴，在滑移面上旋转， 立地在各自的滑移面上滑移，并以割阶为轴，在滑移面上旋转， 这实际也是在晶体中产生位错的一种方式。 这实际也是在晶体中产生位错的一种方式。 如果割阶的高度介于上述两种高度之间， ③ 如果割阶的高度介于上述两种高度之间，位错不可能拖着 割阶运动。在外力作用下，割阶之间的位错线弯曲， 割阶运动。在外力作用下，割阶之间的位错线弯曲，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， 就会在其身后留下一对拉长了的异号刃位错线段，也称为位错 为降低应变能， 偶。为降低应变能，这种位错偶常会断开而留下一个长的位错 而位错线仍恢复原来带割阶的状态， 环，而位错线仍恢复原来带割阶的状态，而长的位错环又常会 再进一步分裂成小的位错环，这也是形成位错环的机理之一。 再进一步分裂成小的位错环，这也是形成位错环的机理之一。
螺型位错的滑移
交滑移
螺型位错的移动方向与b垂直。 螺型位错的移动方向与b垂直。此外因螺型 位错b 平行，故通过位错线并包含b 位错b 与τ平行，故通过位错线并包含b的随 所有晶面都可能成为它的滑移面。 所有晶面都可能成为它的滑移面。当螺型 位错在原滑移面运动受阻时， 位错在原滑移面运动受阻时，可转移到与 之相交的另一个滑移面上去， 之相交的另一个滑移面上去，这样的过程 叫交叉滑移，简称交滑移。 叫交叉滑移，简称交滑移 交滑移。
（2）几种典型的位错交割
交割后要遵循伯氏矢量的一些特征。 交割后要遵循伯氏矢量的一些特征。 两伯氏矢量相互垂直的刃型位错交割（ 20a ① 两伯氏矢量相互垂直的刃型位错交割 （ 图 3.20a ） ： PP′ PP′大小和方向取决于b PP′为割阶, b2 ⊥ PP′, PP′大小和方向取决于b1，为刃型位 PP′为割阶, 错。 两伯氏矢量相互平行的刃型位错交割（ 20b ② 两伯氏矢量相互平行的刃型位错交割（图3.20b） ： PP′为扭折， b2 ⊥ PP′，QQ ′为扭折， b1 ⊥ QQ′， PP′ PP′为扭折， PP′ 为扭折， QQ′ PP′ 都是螺位错。 和QQ ′都是螺位错。 两伯氏矢量相互垂直的刃型位错和螺型位错交割（ ③ 两伯氏矢量相互垂直的刃型位错和螺型位错交割（图 MM′ MM′ 3.21）：MM′为割阶, b1 ⊥ MM′, MM′大小和方向取决于 21） MM′为割阶, b2，为刃型位错。NN′为扭折， b2 ⊥ NN′， NN′大小和方 为刃型位错。NN′为扭折， NN′ NN′ 向取决于b 为刃型位错。 向取决于b1，为刃型位错。 两伯氏矢量相互垂直的螺型位错交割（ 22） ④ 两伯氏矢量相互垂直的螺型位错交割 （ 图 3.22 ） ： MM′ NN′均为刃型割阶。 MM′和NN′均为刃型割阶。
3.2.3.1. 位错的滑移
位错的滑移( 位错的滑移(slipping of disloction): 位错的滑移是在外加切应力作用下， 位错的滑移是在外加切应力作用下，通 过位错中心附近的原子沿伯氏矢量方向在滑 过位错中心附近的原子沿伯氏矢量方向 在滑 移面上不断地作少量位移 上不断地作少量位移（ 移面 上不断地作少量位移 （ 小于一个原子间 而逐步实现的。 距）而逐步实现的。
3.2.3 位错的运动
攀移（climb）：刃型位错的位错线还可以沿着垂 ）：刃型位错 刃型位错的位错线还可以沿着垂 攀移（ 直于滑移面的方向移动， 直于滑移面的方向移动，刃型位错的这种运动称 攀移。 为攀移。 *非保守运动，并引起位错的半原子面扩大和缩小， 非保守运动， 非保守运动 并引起位错的半原子面扩大和缩小， 因此攀移总是伴随着点缺陷的输运 点缺陷的输运。 因此攀移总是伴随着点缺陷的输运。 除滑移和攀移还有交割（ 除滑移和攀移还有交割（cross/interaction）和 交割 扭折（ 扭折（kink）
（ 1） 可以通过柏氏矢量和位错线的关系来判断 位错特征。 时为刃型位错， 为螺型位错， 位错特征。b⊥t时为刃型位错，b∥t为螺型位错， 对于混合型位错， 的角度在0 90° 对于混合型位错，b和t的角度在0°和90°。 （ 2） （ 3） 变的。 变的。 （ 4） 位错的滑移面包含柏氏矢量和位错线。 位错的滑移面包含柏氏矢量和位错线。 对于一根位错线而言，柏氏矢量是固定不 对于一根位错线而言，
讨 论 和 练 习
位错的滑移特征
位错 类型 刃型 位错 螺型 位错 混合 位错 柏氏 矢量 ⊥位错线 ∥位错线 成角度 位错线 运动方向 晶体滑移 切应力 滑移面 方向 方向 数目 与b一致 唯一 确定 与b一致 多个 与b一致 ⊥位错线本身 与b一致 ⊥位错线本身 与b一致 ⊥位错线本身 与b一致