位错总结
位错规律总结
位错规律总结
位错是晶体中原子位置的偏移或错位，是晶体中的结构缺陷之一。
位错可以分为边界位错和螺旋位错两种类型。
位错是晶体材料中塑性变形的主要机制之一，并且具有重要的影响。
针对位错的规律总结如下：
1. 弗兰克-瓦尔斯位错规律：当晶体中存在一组边界位错时，
位错的总长度必须守恒。
具体来说，当两个滑移面之间发生位错滑移时，位错长度之和保持不变。
2. 彼勒斯位错规律：在材料的塑性变形过程中，位错沿着最密堆积晶面方向滑动，位错的伸长方向与滑动面垂直。
3. 剪切位错规律：在晶体中，剪切位错能够沿着特定的面和方向滑动，从而引起晶体的塑性变形。
剪切位错滑移的方向与剪切应力的方向相同。
4. 螺旋位错规律：螺旋位错是一种沿晶体的螺旋线形成的位错，它具有一个以单位长度平行于位错线方向的错向矢量。
螺旋位错滑移的过程中，晶体发生类似螺旋的变形。
5. 位错相互作用规律：位错之间的相互作用和排斥是晶体塑性变形的重要因素。
当两个位错靠近时，它们可能相互吸引或排斥，从而影响晶体的位错滑移和塑性形变。
总之，位错的规律总结了位错在晶体中的行为和相互作用，对于理解晶体的塑性变形和材料性能的研究具有重要意义。
位错基本知识
Fc
f b2
； f 是空位的形成能。
产生攀移的力：①外加正应力； ②过饱和空位产生的力——渗透力(化学力)Ｆ0。
如攀移力靠外加正应力 提供，则，Fc
b
f b2
；
=
f b3
已知 f
1 5
b3,
代入上式:
=
f b3
1 。可知,刃型位错要整体向上攀移, 5
第一节 直线位错的应力场
直线位错的应力场
⑴螺型位错
柱面坐标表示：
z
z
G z
Gb
2r
rr r rz 0
直角坐标表示：
式中，G为切变模量，b为柏氏矢量，r为距位错中心的距离
螺型位错应力场的特点： (1)只有切应力分量，正应力分量全为零，这表明螺型位错不引起晶体的膨胀和收缩。 (2)螺型位错所产生的切应力分量只与r有关（成反比），且螺型位错的应力场是轴对称
②位错的应变能与b2成正比。因此，从能量的观点来看，晶体中具有最小b的 位错应该是最稳定的，而b大的位错有可能分解为b小的位错，以降低系统的能量。 由此也可理解为滑移方向总是沿着原子的密排方向的。
③螺位错的弹性应变能约为刃位错的2/3。 ④位错的能量是以单位长度的能量来定义的，故位错的能量还与位错线的形 状有关。由于两点间以直线为最短，所以直线位错的应变能小于弯曲位错的，即 更稳定，因此，位错线有尽量变直和缩短其长度的趋势。 ⑤位错的存在均会使体系的内能升高，虽然位错的存在也会引起晶体中熵值 的增加，但相对来说，熵值增加有限。可以忽略不计。因此，位错的存在使晶体 处于高能的不稳定状态，可见位错是热力学上不稳定的晶体缺陷。
的，并随着与位错距离的增大，应力值减小。
(3)这里当r→0时，τθz→∞，显然与实际情况不符，这说明上述结果不适用位错中心的
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。
位错总结
位错总结一. 位错概念1.晶体的滑移与位错2. 位错模型● 刃型位错： 正负刃型位错， ※位错是已滑移区与未滑移区的边界※位错线必须是连续的－位错线不能中止在晶体内部。
∴ 起止与晶体表面（或晶界）或在晶体内形成封闭回路或三维网络● 螺型位错： 左螺旋位错，右螺旋位错 ● 混合位错3.位错密度 单位元体积位错线总长度，3/m m或单位面积位位错露头数，2m4. 位错的柏氏矢量 （Burgers Vector ）● 确定方法： 柏氏回路 ●意义：1) 柏氏矢量代表晶体滑移方向(平行或反平行)和大小 2) 位错引起的晶格畸变的大小 3）决定位错的性质（类型）刃型位错 b ┴位错线 螺型位错 b//位错线混合位错 位错线与b斜交s e b b b+→,sin θb b e= θcos b b s=4）柏氏矢量的表示]110[2a b = 或 ]110[21=b●柏氏矢量的性质1）柏氏矢量的守恒性－流入节点的柏氏矢量之和等于流出节点的柏氏矢量之和2）一条为错只有一个柏氏矢量二．位错的运动1．位错的运动方式●刃型位错滑移―――滑移面：b l⨯，唯一确定的滑移面滑移方向：l v b v⊥,//滑移应力： 滑移面上的切应力－沿b 或b-攀移――攀移面： 附加半原子面攀移方向：)(b l v⨯⊥攀移应力：攀移面上的正应力； 拉应力－负攀移 压应力－正攀移 攀移伴随原子扩散，是非守恒运动，在高温下才能发生 ● 螺型位错滑移―――滑移面：包含位错线的任何平面滑移方向：l v b v⊥⊥,滑移应力 滑移面上的切应力－沿b 或b-交滑移―――同上●混合位错滑移（守恒运动）――同刃型位错非守恒运动 ――在非滑移面上运动－刃型分量的攀移和螺型分量的滑移的合成运动2．位错运动与晶体变形的关系1）滑移面两边晶体运动方向 V右手定则――以位错运动面为界， )(b l⨯所指的那部分晶体向b方向运动位错运动相关量：V v b l j i,,,,σb l⇔ ： 确定位错的性质V j i⇒σ： 确定晶体相对运动V v l⇔⇔b ⇒确定位错运动方向或晶体运动方向上述规则对位错的任何运动方式均使用2）位错运动与晶体变形的定量关系v b ρε=， v b ρε= 3） 位错增殖Frank-Read 源 LGbL Gb ≈=ατ2 L 型增殖 双交滑移4）位错的交割刃－刃交割――21//b b 21b b ⊥刃－螺交割 螺－螺交割三．实际晶体的位错 （FCC ） 1．全位错的分解2. 堆垛层错内禀层错―――滑移型， 抽出型 A B C A B C A B C A B C↓↓↓↓↓↓ B C A B C A A B C A B C ∣B C A B C A外禀层错―――插入型C A B C A C B C A B C A3．分位错――完整晶体和层错的边界● Shockley 分位错 ：特点： 1） ><=11261b 滑移型层错的边界2） 只能滑移，刃型不能攀移，螺型不能交滑移● Frank 分位错特点： 1） ><=11131b插入型或抽出型层错与完整晶体的边界2）只能攀移不能滑移4．扩展位错特点： 扩展宽度 πγπγ2422210Ga b b G d =⋅=只能滑移，不能交滑移；但束集后可交滑移5．位错反应● 位错反应的条件1） 几何条件： ∑∑='iib b2）能量条件：∑∑≤'22)()(iib b● Thompson 记号 ●形成扩展位错的反应 ●形成压杆位错的反应。
实际晶体结构中的位错
表4.1 典型晶体结构中单位位错的柏氏矢量
4.3 位错反应(Dislocation Reaction)
位错反应就是位错的合并(Merging)与分 解(Dissociation)，即晶体中不同柏氏矢量的 位错线合并为一条位错线或一条位错线分解成 两条或多条柏氏矢量不同的位错线。 位错使晶体点阵发生畸变，柏氏矢量是反 映位错周围点阵畸变总和的参数。因此，位错 的合并实际上是晶体中同一区域两个或多个畸 变的叠加，位错的分解是晶体内某一区域具有 一个较集中的畸变，松弛为两个或多个畸变。
4.4.2 不全位错(Partial Dislocation)
若堆垛层错不是发生在晶体的整个原子 面上而只是部分区域存在，那么，在层错与 完整晶体的交界处就存在柏氏矢量不等于点 阵矢量的不全位错。在面心立方晶体中有两 种重要的不全位错：肖克莱（Shockley）不 全位错和弗兰克（Frank）不全位错。 图4.4为肖克莱不全位错的刃型结构。
4.2 实际晶体中位错的柏氏矢量
实际晶体结构中，位错的柏氏矢量不能是任 意的，它要符合晶体的结构条件和能量条件。晶 体的结构条件是指柏氏矢量必须连接一个原子平 衡位置到另一平衡位置。从能量条件看，由于位 错能量正比于b2，b越小越稳定，即单位位错是 最稳定的位错。 柏氏矢量b的大小和方向用b=C[uvw]表示， 其中：C为常数，[uvw]为柏氏矢量的方向，柏氏 矢量的大小为： C u 2 v 2 w2 。表4.1给出典型晶 体结构中，单位位错的柏氏矢量及其大小和方向。
下半图是把上半图中A层
与C层在（111）面上作投 影。分层使用了不同的符 号，□代表A层，原子呈 密排，▲代表紧接A层之 下的C层，也是密排的。 让A层的右半部滑移至B层 原子的位置，其上部的各 层也跟着移动，但滑移只 限于一部分原子，即右半 部原子。于是右半部的滑 移面上发生了层错，左半 部则没有移动，所以也没 有层错，在两者的交界处 发生了原子的严重错排， 图中滑移后的原子位置用 虚线连接。
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。
hcp单位位错柏氏矢量
hcp单位位错柏氏矢量位错（Dislocation）是晶体中的一种缺陷，它是由晶体中原子或离子的位移引起的。
它可以被视为晶格错配的方式，因此会影响晶体的力学性能和变形行为。
位错对于晶体的变形起着关键的作用。
而柏氏矢量（Burgers vector）则是描述位错的重要参数之一。
本文将详细介绍位错的概念、柏氏矢量的定义，以及位错类型和位错模型等内容，旨在对读者对位错有一个全面的认识。
位错的概念位错是晶体中原子或离子的位移导致的晶体结构缺陷。
其概念最早由G. I. Taylor 在1934年引入。
当晶体中出现位错时，晶体结构就发生了错配，使得晶格的一部分位移相对于其他晶格部分。
由于位错所引起的晶格错配，晶格的形变能量也相应增加。
位错是晶体中原子运动的一种结果，它不仅影响晶体的力学行为，也影响晶体的物理、热学和电学性质等。
柏氏矢量的定义柏氏矢量是位错线的一种描述，它用来描述位错线所引起的晶格错配。
柏氏矢量通常用符号b表示，它是一个矢量，其方向平行于位错线的方向，其大小等于晶格间距乘以位错线密度。
柏氏矢量的大小与位错的类型有关，不同类型的位错具有不同的柏氏矢量。
位错类型根据位错线的性质，位错可以分为螺旋位错、边界位错和混合位错等几种类型。
1. 螺旋位错（Screw Dislocation）：螺旋位错是一种具有线状结构的位错，其柏氏矢量沿位错线的方向，并且沿位错线方向是周期性的。
螺旋位错可以视为沿位错线旋转晶体结构一周所引起的错配。
2. 边界位错（Edge Dislocation）：边界位错是一种具有线状结构的位错，其柏氏矢量垂直于位错线的方向，并且沿位错线方向是周期性的。
边界位错可以视为晶体结构的一部分被插入到另一部分中，导致晶体结构错位。
3. 混合位错（Mixed Dislocation）：混合位错即同时具有边界位错和螺旋位错性质的位错。
混合位错的柏氏矢量既具有垂直于位错线方向的边界位错性质，也具有沿位错线方向的螺旋位错性质。
位错移动方法 -回复
位错移动方法-回复位错移动方法是一种在晶体结构中进行位错移动的方法，它包括位错的生成、移动和消灭三个基本过程。
位错是晶体结构中的一个缺陷，它由晶体格点的错位组成。
位错的移动是晶体中塑性变形的基本机制之一，对于材料的强度、韧性等力学性能具有重要影响。
本文将一步一步回答有关位错移动方法的问题，以帮助读者更好地理解这一过程。
第一步：位错的生成位错的生成是晶体结构发生变化的过程，一般有以下几种常见的方式：1. 界面滑移：当两个晶界相遇时，晶体结构发生错位，生成位错。
2. 经过失序区：晶体中的一个原子离开格点后重新插入，导致晶格重新排列，生成位错。
3. 晶体生长：晶体在生长过程中，由于脆性断裂、热应力等原因，晶界在晶体中生成位错。
第二步：位错的移动位错的移动是指位错在线性方向上沿晶体结构中其他错位平面或原子排列面移动的过程。
常见的位错移动方式有以下几种：1. 裂纹扩展：位错在晶体中移动时，会导致裂纹的扩展，从而引发材料的断裂。
2. 塑性变形：位错的移动是晶体进行塑性变形的基础，通过位错的滑移和排列，实现材料的塑性变形。
3. 混晶过程：位错在晶体中移动时，会与其他位错发生相互作用，从而导致晶体的混晶过程。
第三步：位错的消灭位错的消灭是指位错在晶体中由于一些原因而消失的过程。
位错消失的方式主要有以下几种：1. 位错爬升：位错在某些温度和应力条件下会发生爬升现象，即晶体内部的原子重新排列，从而位错逐渐消失。
2. 正应力消失：通过施加一定的正应力，位错所引起的应力分布得以改善，进而消除位错。
3. 温度升高：当温度升高时，位错的运动速度加快，相互作用减弱，有利于位错的消失。
总结：位错移动方法是晶体中进行位错移动的一种基本过程，它包括位错的生成、移动和消灭三个步骤。
位错的生成可以通过界面滑移、失序区域以及晶体生长等方式实现。
位错的移动是晶体进行塑性变形的基础，常见的移动方式包括裂纹扩展、塑性变形以及混晶过程等。
位错的消失可以通过位错爬升、施加正应力以及升高温度等方式实现。
位错移动方法 -回复
位错移动方法-回复位错移动方法（Dislocation movement）是晶体的一种形变方式，主要发生在金属与合金等具有结晶性质材料中。
位错是晶体中的一种缺陷，是晶格排列中的一个错位点。
在晶体中，位错以一定形式存在并沿着特定方向移动，从而引起材料的塑性变形。
位错移动方法包括滑移移动、螺旋移动和扩散移动，本文将一一介绍这三种位错移动方法。
滑移移动是位错移动的最常见方式。
当晶格中的位错沿着晶体内部某个晶面和晶向的平面滑移方向发生移动时，就是滑移运动。
滑移移动是在局部区域内相邻的原子发生位置错位而形成的一种位错。
在滑移移动中，位错以一定的步进方式沿晶面和晶方向滑移，晶格受到位错移动的作用而出现局部形变。
滑移移动可以通过很多位错来实现，一般材料中存在多种滑移系统。
滑移移动的主要特点是位错发生移动后仍保持原有的滑移面和滑移方向。
螺旋移动是另一种常见的位错移动方式。
螺旋移动是指位错围绕着螺旋线进行运动，位错线上的原子在晶面方向和晶向方向发生位移。
螺旋移动通常发生在具有空间限制的区域，例如晶界和亚晶界等特殊结构。
螺旋移动与滑移移动相比，位错移动路径更加复杂，位错沿着螺旋线进行扭转运动，形成一种扭转位错的结构。
螺旋移动也是一种塑性变形的重要方式，在材料的变形过程中起到重要的作用。
扩散移动是位错移动的一种特殊形式。
它是指原子由位错到位错之间的跳跃移动。
位错通过扩散原子的方式移动，是一种比较缓慢的变形方式。
扩散移动主要发生在高温条件下，随着温度的升高，原子的热运动增强，扩散移动的速率也会增加。
扩散移动对材料的塑性变形影响较小，但在晶体的回复和再结晶过程中起到重要作用。
总结来说，位错移动是材料塑性变形的重要方式。
滑移移动是位错最常见的移动方式，通过沿晶面和晶向的平面滑移实现；螺旋移动发生在特殊的结构位置，位错形成螺旋线进行扭转移动；扩散移动是原子通过位错之间的跳跃移动。
了解位错移动方法对于研究材料的塑性变形机制和材料性能具有重要意义，并对金属、合金的性能及应用提供了理论基础和技术支撑。
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。
第3节 原子的不规则排列-位错1
ρ
22
三、位错的观察
1.浸蚀法——利用显微镜观察位错露头处的腐蚀坑 位错露头处的腐蚀坑形 位错露头处的腐蚀坑 貌（如三角形、正方形等规则的几何外形，且呈有规 律分布）。 适合于位错密度很低的高纯度晶体或者化合物晶体 的位错观察。 2.透射电镜——位错线的实际形貌
23
3
位错理论发展的历史
• 1907年有人在弹性力学中提出了位错的概念，并讨论了位错的应 力场； • 1934年，Taylor、Polanyi和Orowan几乎同时从晶体学角度提出位 错概念，把位错和晶体塑性变形联系起来，开始建立并逐步发展 了位错理论模型； • 1947年，Cotterll在英国国际强度会议上报告了用溶质原子与位错 的相互作用来解释碳钢的屈服点效应，得到了满意的结果。这使 得从假设出发的位错理论在解决金属力学性质的具体问题上获得 成功； • 1950年以后，由于透射电子显微镜 透射电子显微镜技术的发展，证实了位错的存 透射电子显微镜 证实了位错的存 在及其运动，位错理论从假设⇒实验证实⇒理论发展。 在及其运动
6
从这个角度看，晶体中的位错作为滑移区与未滑移区的 晶体中的位错作为滑移区与未滑移区的 边界，就不可能终断于晶体内部， 边界，就不可能终断于晶体内部，它们或者在表面露头， 或者终止于晶界和相界，或者与其它位错线交叉，或者 自行在晶体内部形成一个封闭环，这是位错的一个重要 位错的一个重要 特征。 特征。
z O’ b
b1 = a[110]
a b2 = [110] 2
O a x
y
右图中的矢量Ob，其晶向指数也为[110]，柏氏 矢量b2=1/2a+1/2b+1/2c，可简写为：
16
立方晶系柏氏矢量的一般表达式：
5-位错运动
1 b
化学交互作用对强度的贡献比弹性交互作用小，但弹性交互作 用随温度上升而减小，而铃木效应不大随温度变化，故在高温时 它显得比较重要。
位错攀移 攀移是由扩散过程所控制的。位错线放在x3轴，x1-x2面是滑移面， 在存在外力场11和不平衡空位浓度时，位错在攀移方向（x2轴方 向）的受力为
铃木气团对位错产生拖曳作用
当把具有铃木气团的扩展位错拉出脱离气团时,引起的吉布斯自 由能变化G为
ΔG h
d 0 [(G f G h ) c0 (G f G h ) c1 ]
这能量变化必须由外力作功来补偿。若使位错滑移的外切应力为 ，单位长度位错的滑移力为b，扩展位错移动d0后就摆脱气团， 故外力作功为bd0，这功应和自由能变化相等：
b
h
[(G f G h ) c0 (G f G h ) c1 ]
按理想溶液计算c0和c1浓度下的自由能，代入上式，得
hH c0 (c0 1)[1 exp( H / kT )] b 1 c0 c0 exp( H / kT )
这就是铃木气团对扩展位错运动附加的切应力。如果试样是从高 温快冷下来，溶质原子来不及从新分布，则在层错中的溶质原子 浓度应为高温时的平衡浓度，这样，上式的温度应采用高温的温 度而不是形变温度。 事实上，从右图可看出，能量的变 化是没有溶质原子偏聚时浓度为x0的层 错能2和有溶质原子偏聚时浓度为x1的 层错能1之差，即又可表达为
c
17 x0 b
与前面的粗略计算比较，前者是相同后者也是同一数量级。低速 度下的滑动，位错滑动要求的分切应力c与各参数的关系也大体 相同。 Snoek气团的拖曳作用 用上面粗略的方法来估计。定义Snoek气团的有效半径re=/kT，设 气团内每个溶质原子对位错的平均作用力等于处在re/2处的溶质原 子的作用力，即
材料科学基础重点总结 2 空位与位错
第2章晶体缺陷晶体缺陷实际晶体中某些局部区域，原子排列是紊乱、不规则的，这些原子排列规则性受到严重破坏的区域统称为“晶体缺陷”。
晶体缺陷分类：1)点缺陷：如空位、间隙原子和置换原子等。
2)线缺陷：主要是位错。
3)面缺陷：如晶界、相界、层错和表面等。
2.1 点缺陷空位——晶体中某结点上的原子空缺了，则称为空位。
点缺陷的形成：肖特基空位：脱位原子迁移到晶体表面或者内表面的正常结点位置，从而使晶体内部留下空位，这样的空位称为肖特基(Schottky)空位。
（内部原子迁移到表面）肖特基(Schottky)空位弗仑克耳(Frenkel)空位弗仑克耳空位：脱位原子挤入点阵空隙，从而在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子，称为弗仑克耳(Frenkel)空位。
（由正常位置迁移到间隙）外来原子：外来原子也可视为晶体的点缺陷，导致周围晶格的畸变。
外来原子挤入晶格间隙（间隙原子），或置换晶格中的某些结点（置换原子）。
空位的热力学分析：空位是由原子的热运动产生的，晶体中的原子以其平衡位置为中心不停地振动。
对于某单个原子而言，其振动能量也是瞬息万变的，在某瞬间原子的能量高到足以克服周围原子的束缚，离开其平衡位置从而形成空位。
空位是热力学稳定的缺陷点缺陷的平衡浓度系统自由能F=U- TS (U为内能，S为总熵值，T为绝对温度)平衡机理：实际上为两个矛盾因素的平衡a 点缺陷导致弹性畸变使晶体内能U增加，使自由能增加，降低热力学稳定性b 使晶体中原子排列混乱度增加，熵S增加，使自由能降低，增加降低热力学稳定性熵的变化包括两部分：①空位改变它周围原子的振动引起振动熵，Sf。
②空位在晶体点阵中的存在使体系的排列方式大大增加，出现许多不同的几何组态，使组态熵Sc增加。
空位浓度，是指晶体中空位总数和结点总数(原子总数)的比值。
随晶体中空位数目n的增多，自由能先逐渐降低，然后又逐渐增高，这样体系中在一定温度下存在一个平衡空位浓度，在平衡浓度下，体系的自由能最低。
裂纹形成机制 位错
裂纹形成机制位错摘要：1.引言2.位错概述3.裂纹形成机制4.位错与裂纹的关系5.总结正文：【引言】在材料科学和工程领域，裂纹的形成机制以及位错的作用一直是研究的重点。
对于许多材料而言，裂纹的出现往往意味着强度降低、寿命缩短，甚至可能导致灾难性的破坏。
因此，深入了解裂纹形成的机制以及位错在其中的作用，对于提高材料的性能和保障工程安全具有重要意义。
本文将对裂纹形成机制与位错的相关知识进行探讨。
【位错概述】位错是晶体材料中的一种内部缺陷，主要是由于晶体在生长过程中出现的排列错误或由于外力作用导致晶体结构的塑性形变产生的。
位错通常表现为一维或二维的晶格不规则性，其在材料中的分布和数量直接影响着材料的力学性能、磁性能等。
【裂纹形成机制】裂纹是材料在受到外力作用下，出现的一种断裂现象。
裂纹形成的主要原因是材料的强度不足以承受外力，导致材料内部发生断裂。
影响裂纹形成的因素有很多，包括材料的成分、组织结构、应力状态等。
在材料受到外力作用时，如果位错在裂纹尖端堆积，会形成一种应力集中现象，导致裂纹的扩展。
另一方面，位错也可以阻止裂纹的扩展，从而提高材料的断裂韧性。
因此，位错在裂纹形成过程中起着重要的作用。
【位错与裂纹的关系】位错和裂纹之间的关系可以从以下几个方面进行理解：1.位错是裂纹形成的一种内部因素。
位错的存在和分布会影响材料的强度和韧性，从而导致裂纹的形成和扩展。
2.裂纹扩展过程中，位错的运动和堆积会影响裂纹的尖端应力分布，进而影响裂纹的扩展速率。
3.通过控制和调节材料的位错分布和数量，可以有效地改善材料的力学性能，提高其抗裂性能。
【总结】总之，位错作为晶体材料中的一种内部缺陷，对裂纹的形成和扩展具有重要影响。
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。
材料科学基础3-3位错的能量
编织物中的错位
位错可以类比为编织物中的纱 线错位。
晶体中的位错
晶体中的位错指原子错位或原 子排列的错误。
结构缺陷
位错是晶体结构中的缺陷，会 影响材料的性质和行为。
位错的分类
1 滑移位错
通过原子的滑移形成的位错。
3 混合位错
包含滑移和螺型位错特征的位错。
2 螺型位错
通过原子的转动形成的位错。
位错的能量
增殖的影响
位错的增殖会导致材料的塑性变形和力学强度变化。
位错的应用
微电子学
位错对半导体的电学和光学性 能具有重要影响。
金属变形
位错对金属的塑性变形和强度 有重要影响。
晶体生长
位错在晶体生长过程中起到关 键的作用。
总结
位错是晶体中原子排列发生错误的缺陷，与材料的力学、电学和热学性质密 切相关。它们的能量和移动方式对材料的性能和应用有重要影响。
1
能量来源
位错的能量主要来自于原子结构的不
能量计算
2
稳定性和原子之间的键合能。
位错能量可以通过计算位错周围晶体
结构的变化来估算。
3
能量影响
位错的能量会影响位错的移动和增殖， 进而影响材料的性质和行为。
位错的移动和增殖
滑移和滑移系统
位错通过滑移系统在晶体中移动。
位错增殖
位错可以通过吸收或释放原子来增殖。
材料科学基础3-3位错的能量
在材料科学基础的学习中，位错是一个重要的概念。本节将介绍位错和位错 的能量，以及位错在材料中的应用。
键合力与位错的关系
1 键合力
键合力定义了晶体的结 构和性质。
2 位错
位错是晶体中原子结构 的缺陷。3 关系位错的存在会影响材料 的力学、电学和热学性 质。
位错反应和扩展位错
位错反应和扩展位错位错是晶体中的一种晶格缺陷，是晶体中原子排列的畸变现象。
位错反应和扩展位错是位错在晶体中的运动和扩散过程。
位错反应是位错在晶体中的运动过程。
晶体中的位错运动是基于斯托克斯位错理论提出的。
斯托克斯位错理论认为，位错运动是由弹性力和阻力共同作用导致的。
位错运动分为两种类型：刃位错和缓和位错。
刃位错是由螺旋位错和面位错组成的，螺旋位错绕面位错旋转。
位错运动的驱动力是应变能的减小，当位错移动时，其相邻的晶格原子会经历应变，形成应变能。
刃位错运动主要通过面位错与空位、线缺陷相互作用来进行，而缓和位错运动主要通过面位错与扩展位错、原子位错相互作用来进行。
扩展位错是由位错的运动和伸展沿晶体中的一条线形缺陷而形成。
扩展位错与位错反应不同，它是未发生位错运动时发生的。
扩展位错的形成主要是由于晶体中的晶面不完整，导致晶体表面的原子排列断裂。
扩展位错主要分为两种类型：沿基柏格矢量和沿晶向（非基柏格矢量）。
沿基柏格矢量的扩展位错是由于晶体中的原子在沿着基柏格矢量方向上遭遇到了阻碍，导致附近原子的排列发生了畸变。
沿晶向的扩展位错主要是由于晶体中的原子在垂直于基柏格矢量方向上排列不完整，导致晶体表面的原子排列断裂。
位错反应和扩展位错在实际材料的制备和改性过程中起到了重要作用。
位错反应可以改变材料的晶体结构和性能，进一步提高材料的硬度、强度和韧性。
扩展位错的形成和运动也可以改变材料的晶体结构和性能，影响材料的塑性和导电性能。
总结起来，位错反应和扩展位错是晶体中位错的运动和扩散过程。
它们在材料的制备和改性中具有重要作用，可以改变材料的晶体结构和性能，提高材料的硬度、强度和韧性。
了解和控制位错反应和扩展位错对于材料的设计和制备具有重要意义。
材料科学基础第四章7-2运动的位错
转到I´面上，F－R源
沿I´面滑移
5
障碍物
x
滑移
vb
面
y
x '' vb y ''
交滑移 面
滑移面
极轴
位错
x' x
b
y' y
6
二、障碍物切开（cut-through）
当沉淀物强度较低时，运动的位错可能使障碍物切开
7
三、绕过障碍物（go-round / make-detour）
运动的位错遇到障碍物时，相当于两个L型位错源的 作用会绕过障碍物，留下一个位错环。
PP’的 滑移面
16
总结:
1. $ on ⊥ (⊥-⊥ ( b1// b2) ) —— 弯折
(对位错形状没有影响
对进一步滑移没有影响)
2. ⊥ on ⊥ (⊥-⊥ (b1⊥b2) 或 ⊥-$ ) —— 割阶
(能够跟其他位错段继续往前滑移)
3. ⊥ on $ (⊥-$ 或 $-$ ) —— 割阶或弯折 （割阶妨碍该位错继续滑移）
21
22
23
作业： 4－17 4－18 4－21
24
18
1）短割阶（short jog）：
螺型位错运动在滑移时有可能曳着短割阶一道 运动，而在点阵中留下若干空位。
19
2）长割阶（long jog）：
形成两个同极轴的L型位错源，在不同的滑移面 上扫动。
20
3）中割阶（medium jog）：
形成位错偶极子 (dislocation dipole) 残屑（小位错环）debris
A
①
b v
v
I
B
v
v
位错理论总结
(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： 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。 螺型位错的移动方向与b垂直。此外因螺型位错b 与 t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。当螺型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，这样的过程叫交叉 滑移，简称交滑移。
5.位错密度
位错密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：LV是体位错密度； L是位错线的总长度； V是晶体的体积。
经常用穿过单位面积的位错数目来表示位错密度。
A n / A
式中：是穿过截面的位错数；是截面面积。 位错密度的单位是cm-2。
5.3.2 位错的运动
O
N
O
N
Q
Q
M
P
PMΒιβλιοθήκη 刃型位错柏氏矢量的确定 (a) 有位错的晶体 (b) 完整晶体
柏氏矢量
柏氏矢量
螺型位错柏氏矢量的确定 (a) 有位错的晶体 (b) 完整晶体
（2）柏氏矢量的物理意义及特征
柏氏矢量是描述位错实质的重要物理量。反映出柏 氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总累计。通常将柏 氏矢量称为位错强度，它也表示出晶体滑移时原子移动 的大小和方向。 柏氏矢量具有守恒性。 推论：一根不可分叉的任何形状的位错只有一个柏 氏矢量。 利用柏氏矢量b与位错线t的关系，可判定位错类型。 若 b∥t 则为螺型位错。 若 b⊥t 为刃型位错。
5.3.4 位错的来源和位错的增殖 1. 位错的来源 （1）过饱和的空位凝聚，崩塌产生位错环。 （2）晶体结晶过程中形成。 （3）当晶体受到力的作用，局部地区会产生应力集中形 成位错。
位错反应与层错理论
力求把两个不全位错的间距缩小，
则相当于给予两个不全位错一个吸
力，数值等于层错的表面张力γ（即
单位面积层错能）。
❖ 两个不全位错间的斥力则力图增加
宽度，当斥力与吸力相平衡时，不
全位错之间的距离一定，这个平衡
距离便是扩展位错的宽度 d。
面心立方晶体中的扩展位错
（1）扩展位错的宽度
两个平行不全位错之间的斥力
故 b 和 b 为肖克莱不全位错。也就是说，
1
2
b分解为两个肖克莱不全位错
一个全位错
b2 和 b1，全位错的运动由两个不全位错的运
动来完成，即
b b1 b2
这个位错反应从几何条件和能量条件判断均是可行的，因为
a
a
a
110 12 1 211
bs
❖ 纯螺位错在 ( 1 11) 面上分解
_
a
a
a
[110] [211] [121]
2
6
6
❖ 运动过程中，若前方受阻，
两个偏位错束集成全位错。
当杂质原子或其它因素使层
错面上某些地区的能量提高
时，该地区的扩展位错就会
变窄，甚至收缩成一个结点，
又变成原来的全位错，这个
现象称为位错的束集。 束集
可以看作位错扩展的反过程。
a
[211]
6
a
[110]
2
_
a
[12 1]
6
( 1 11)
a
[211]
6
_
a
[12 1]
6
( 1 11)
a
[211]
- 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)。
位错总结
一. 位错概念
1.晶体的滑移与位错
2. 位错模型
● 刃型位错： 正负刃型位错， ※位错是已滑移区与未滑移区的边界
※位错线必须是连续的－位错线不能中止在晶体内部。
∴ 起止与晶体表面（或晶界）或在晶体内形成封闭回路或三维网络
● 螺型位错： 左螺旋位错，右螺旋位错 ● 混合位错
3.位错密度 单位元体积位错线总长度，3/m m
或单位面积位位错露头数，2
m
4. 位错的柏氏矢量 （Burgers Vector ）
● 确定方法： 柏氏回路 ●意义：
1) 柏氏矢量代表晶体滑移方向(平行或反平行)和大小 2) 位错引起的晶格畸变的大小 3）决定位错的性质（类型）
刃型位错 b ┴位错线 螺型位错 b
//位错线
混合位错 位错线与b
斜交
s e b b b
+→
,sin θb b e
= θcos b b s
=
4）柏氏矢量的表示
]110[2
a b = 或 ]110[21
=b
●
柏氏矢量的性质
1）柏氏矢量的守恒性－流入节点的柏氏矢量之和等于流出节点的
柏氏矢量之和
2）一条为错只有一个柏氏矢量
二．位错的运动
1．位错的运动方式
●刃型位错
滑移―――滑移面：
b l
⨯，唯一确定的滑移面
滑移方向：l v b v
⊥,
//
滑移应力： 滑移面上的切应力－沿b 或b
-
攀移――攀移面： 附加半原子面
攀移方向：)(b l v
⨯⊥
攀移应力：攀移面上的正应力； 拉应力－负攀移 压应力－正攀移 攀移伴随原子扩散，是非守恒运动，在高温下才能发生 ● 螺型位错
滑移―――滑移面：包含位错线的任何平面
滑移方向：l v b v
⊥⊥,
滑移应力 滑移面上的切应力－沿b 或b
-
交滑移―――同上
●混合位错
滑移（守恒运动）――同刃型位错
非守恒运动 ――在非滑移面上运动－
刃型分量的攀移和螺型分量的滑移的合成运动
2．位错运动与晶体变形的关系
1）滑移面两边晶体运动方向 V
右手定则――以位错运动面为界， )(b l
⨯所指的那部分
晶体向b
方向运动
位错运动相关量：
V v b l j i
,,
,,σ
b l
⇔ ： 确定位错的性质
V j i
⇒σ： 确定晶体相对运动
V v l
⇔⇔b ⇒确定位错运动方向或晶体运动方向
上述规则对位错的任何运动方式均使用
2）位错运动与晶体变形的定量关系
v b ρε=， v b ρε
= 3） 位错增殖
Frank-Read 源 L
Gb
L Gb ≈=ατ2 L 型增殖 双交滑移
4）位错的交割
刃－刃交割――21//b b 21b b ⊥
刃－螺交割 螺－螺交割
三．实际晶体的位错 （FCC ） 1．全位错的分解
2. 堆垛层错
内禀层错―――滑移型， 抽出型 A B C A B C A B C A B C
↓↓↓↓↓↓ B C A B C A A B C A B C ∣B C A B C A
外禀层错―――插入型
C A B C A C B C A B C A
3．分位错――完整晶体和层错的边界
● Shockley 分位错 ：
特点： 1） ><=1126
1
b 滑移型层错的边界
2） 只能滑移，刃型不能攀移，螺型不能交滑移
● Frank 分位错
特点： 1） ><=1113
1
b
插入型或抽出型层错与完整晶体的边界
2）只能攀移不能滑移
4．扩展位错
特点： 扩展宽度 πγπγ2422
210Ga b b G d =⋅=
只能滑移，不能交滑移；但束集后可交滑移
5．位错反应
● 位错反应的条件
1） 几何条件： ∑∑='i
i
b b
2）
能量条件：∑∑≤'2
2)
()(i
i
b b
● Thompson 记号 ●形成扩展位错的反应 ●形成压杆位错的反应。