2.位错类型及柏氏矢量
位错的定义及柏氏矢量ppt课件
如果以回路L为界作一曲面S,它把把位错终点P包含在曲面S内侧,
根据Stokes定理,对L的线积分可换成对S的面积分
b i
L
u xk idxkS
klm xl2 u x im dsk'0
这就产生了原来假设的矛盾,这说明假设的前提是错误的。
b i L
u xk idxkS
klm xl2 u x im dsk'0
线缺陷是晶体(有序介质)中原子(或分子)出现的严重错排 仅集中在线附近的小区域内,远离这条线只有弹性畸变,并且这 些畸变随着离开这条线的距离而急剧减小。可以把严重错排区域 用类似一个“管道”来描述,这个管道的直径通常仅有几个原子 间距,并贯穿于有序介质之中。在管道内,原子间的坐标与在完 整有序介质中很不同,而在管道之外的原子的坐标接近于完整有 序介质。这里的所谓管道“内部”和管道“外部”之间并无明确 界线,它们之间是逐渐过渡的,并且管道的截面也不一定是圆形。 管道“内部”这个定义不很精确的区域是线缺陷的核心
理论强度(G/30)GPa 实验强度/MPa
2.64
0.37
2.37
0.78
4.10
0.49
6.70
3.2~7.35
7.10
27.5
11.33
71.6
3.48
33.3
2.07
0.57
1.47
3Байду номын сангаас.2
3.54
13.7
10.32
1.37
10.32
52
理论强度 /实验强度
~7103 ~3103 ~8103 ~2103 ~3102 ~2102 ~1102 ~4103 ~410 ~3102 ~8103 ~2102
位错的基本结构
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。
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
实际晶体中的位错
Frank分位错的特点: (a) 位于{111}晶面上,可以是直线、曲线和封闭环,但是无论
是什么形状,它总是刃型的。因为b=1/3<111>和{111}晶面 垂直。 (b) 由于b不是FCC的滑移方向,所以Frank分位错不能滑移, 只能攀移(只能通过扩散扩大或缩小)。不再是已滑移区和 未滑移区的边界,而且是有层错区和无层错区的边界。 注意与Shockley分位错的特点进行比较。
n
m
1、几何条件: ∑b' j = ∑bi
j =1
i =1
即,新位错的柏氏矢量 之和应等于反应前位错 的柏氏矢量之和。
∑ ∑ 2、能量条件:
n
m
b'2j < bi2
j =1
i =1
即,新位错的总能量应 小于反应前位错的总能 量。
前面讲过位错的弹性能Eel=αGb2
例如,FCC的全位错分解为Shockley分位错:b→b1+b2
αβ = αA + Aβ = 1 [1 1 1] + 1 [1 12] = 1 [1 1 0] = 1 BA
3
6
6
3
同理可得:
αγ
=
1 [0 1 1] =
1 CA
6
3
αδ = 1 [101] = 1 DA
6
3
希-希向量就是FCC中 压杆位错的柏氏矢量。
βγ = 1 [1 01] = 1 CB
6
3
FCC中的位错反应,即 位错的合成与分解也可
⎤2 ⎥⎦
=
1 2
∑n
反应后:
j =1
b'2j
=
b12
+
b22
晶体缺陷和柏氏矢量及位错运动
电镜下的螺型位错
螺型位错的定义:位错线平行于滑移方向,位错线附近的原子
按螺旋形式排列,这种晶体缺陷称为螺型位错 。
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材料科学基础
16:47:42
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材料科学基础
螺型位错的结构特征: 1)螺型位错无额外半原子面。 2)螺型位错线与滑移矢量平行,位错线是直线,位错线移动方向与晶体滑移方向垂直。 3)纯螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺形位错线的平面都可作为滑移面。 4)螺型位错线是具有一定宽度的细长的晶格畸变管道,其中只有切应变,而无正应变, 即不会引起体积膨胀和收缩。
刃型位错和螺型位错的异同点
刃型位错 与柏氏矢量的关系 位错分类 形成应力场 位错类型
16:47:42
螺型位错 柏氏矢量与螺型位错线平行 螺形位错分为左旋和右旋 引起晶体畸变、形成应力场,且 离位错线越远,晶格畸变越小 只有几个原子间距的线缺陷
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柏氏矢量与刃性位错线垂直 刃性位错有正负之分 离位错线越远,晶格畸变越小 只有几个原子间距的线缺陷
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材料科学基础
3.柏氏矢量的表示方法
柏氏矢量的大小可以用它在各个晶轴上的单位矢量(即用点阵矢量a、b、c)表示。
立方晶系中柏氏矢量的表示方法为b=a/n[u v w],其中,n为正整数。 a 2 2 2 b a b c 表示位错的强度,称为柏氏矢量的大小或者模。 n 同一晶体中,柏氏矢量越大,点阵畸变越严重,能量越高。能量高的位错倾向于分 解为两个或者多个能量较低的位错,使系统的自由能下降。
材料科学基础
位错缺陷
位错运动方向
螺型位错的滑移
2. 位错的攀移
攀移定义: 攀移定义:位错在垂直于滑移面方向上运动 攀移实质:刃位错多余半原子面的扩大和缩小, 攀移实质:刃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。 即原子或空位的扩散来实现的。 攀移过程:正攀移 向上运动 负攀移, 向上运动; 攀移过程:正攀移,向上运动;负攀移 向下运动
三、位错的运动
位错的运动有两种基本形式:滑移和攀移。 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 在一定的切应力的作用下, 错线的作用力。当此力足够大, 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, 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 滑移。 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 攀移。 刃型位错的这种运动称为攀移。
1、位错的滑移 、
刃型位错滑移:对纯刃型位错而言, 刃型位错滑移:对纯刃型位错而言,位错的滑移沿位错 线的法线方向进行。滑移面同时包含柏矢量b和位错线 和位错线。 线的法线方向进行。滑移面同时包含柏矢量 和位错线。 刃位错滑移特点为: 刃位错滑移特点为: 滑移方向⊥ ⊥ 、 τ∥b、b⊥位错线、滑移方向⊥位错线、滑移方向∥b、 具有单一滑移面。 具有单一滑移面。
螺型位错示意图
3. 混合位错
如果局部滑移从晶体的一角开始,然后逐渐扩大滑移范围, 如果局部滑移从晶体的一角开始,然后逐渐扩大滑移范围, 滑移区和未滑移区的交界为曲线AB。 滑移区和未滑移区的交界为曲线 。在A处,位错线和滑移方向 处 平行,是纯螺型位错; 平行,是纯螺型位错;在B处,位错线和滑方向垂直,是纯刃型 处 位错线和滑方向垂直, 位错。其他AB上的各点 曲线和滑移方向既不垂直又不平行, 上的各点, 位错。其他 上的各点,曲线和滑移方向既不垂直又不平行, 原子排列介于螺型和刃型位错之间,所以称为混合型位错 混合型位错。 原子排列介于螺型和刃型位错之间,所以称为混合型位错。
两种经典位错位错线与柏氏矢量的关系
两种经典位错位错线与柏氏矢量的关系
位错线与柏氏矢量在不同的位错类型中有不同的关系。
刃型位错中,位错线与柏氏矢量是垂直的。
在晶体中,位错是发生滑动的部分,柏氏矢量用于描述晶体中原子排列的一组向量,它表示原子或原子集团在滑移前后位置的变化。
因为刃型位错的滑移矢量垂直于滑移面,所以其位错线与柏氏矢量也是垂直的。
而在螺型位错中,位错线与柏氏矢量是平行的。
此外,还有一种混合位错,其柏氏矢量与位错线的角度是任意的,既不平行也不垂直。
以上内容仅供参考,建议查阅关于位错的书籍或者咨询材料研究专家以获取更准确的信息。
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。
位错环的柏氏矢量
位错环的柏氏矢量
【实用版】
目录
1.位错环的概述
2.柏氏矢量的概念
3.位错环与柏氏矢量的关系
4.位错环柏氏矢量的应用
正文
1.位错环的概述
位错环是一种存在于晶体结构中的缺陷,主要是由于晶体在生长过程中出现的排列错误导致的。
位错环通常会在材料遭受外力或者在制备过程中产生,它们对材料的性能有着重要的影响。
因此,研究位错环的性质和行为对于了解材料的强度、韧性等性能至关重要。
2.柏氏矢量的概念
柏氏矢量是一种描述位错环的矢量,它可以用来衡量位错环的大小和方向。
柏氏矢量的大小等于位错环的线密度,方向则与位错环的轴线方向相同。
柏氏矢量在材料科学中具有重要的意义,它可以用来描述位错环的运动和演化,进而预测材料的性能。
3.位错环与柏氏矢量的关系
位错环与柏氏矢量之间存在着密切的关系。
位错环是由一系列原子排列错误构成的,而柏氏矢量则是用来描述这些排列错误的大小和方向。
因此,位错环的大小和方向可以通过柏氏矢量来描述。
另外,位错环的运动也会导致柏氏矢量的变化,因此,研究位错环的运动规律也可以通过研究柏氏矢量的变化来实现。
4.位错环柏氏矢量的应用
位错环柏氏矢量在材料科学中有着广泛的应用。
首先,它可以用来研究材料的强度和韧性。
通过研究位错环的大小和分布,可以了解材料的强度和韧性,从而为材料的设计和制备提供理论依据。
其次,位错环柏氏矢量还可以用来研究材料的疲劳寿命。
《位错及柏氏矢量》课件
位错的引入
y x
逐步滑移是通过晶体内位错一步一步移动来实现的,位错移动一个 原子间距,需要克服的位垒比理想晶体作整体滑移时原子克服的位垒 要小的多。
Edge dislocation
Screw dislocation
An mixed dislocation in a simple cubic crystal
● Screw dislocation: Burger’s vector parallel to dislocation line ● Mixed dislocation: Orientation of Burger’s vector with respect to
dislocation changes with position
螺型位错 螺型位错的柏氏矢量与位错线平行,且规定b与位错线正 向平行为右螺型位错,b与位错线反向平行为左螺型位错。
2.柏氏矢量的表示法
● 柏氏矢量的大小和方向可以用它在晶轴(Crystallographic Axis)上的分量,即用点阵矢 量a、b和c来表示。
● 立方晶系晶体,由于a=b=c,故可用与柏氏矢量b同向的晶向指数(Orientation Index)来 表示。 例:柏氏矢量等于从体心立方的原点到体心的矢量,则b=a/2+b/2+c/2,可写成 b = a / 2 [ 111 ] 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。 柏氏矢量的大小: |b| =a/n√(u2+v2+w2)来表示,即位错强度。同一晶体中,柏氏矢量越大, 表明该位错导致点阵畸变越严重,它所处的能量也越高。
证明:设AB的柏氏矢量为b,中断与B点。
CⅡb Aຫໍສະໝຸດ Ⅲ BⅠC'
密排六方的单位位错的柏氏矢量
密排六方的单位位错的柏氏矢量密排六方晶体是一种常见的晶体结构,具有高度有序和紧密堆积的特点。
在密排六方晶体中,单位位错(Dislocation,也可称为晶体缺陷)是晶体结构中常见的一种现象。
单位位错是指晶体晶面或晶胞中原子排列发生错位的缺陷,它对晶体的物理性质和力学性能有着重要影响。
相比其他类型的位错,密排六方晶体中的单位位错具有一些独特的特点。
单位位错的柏氏矢量是描述位错类型和位错移动方向的重要参数。
在密排六方晶体中,柏氏矢量的定义因其特殊的晶体结构而有所不同。
柏氏矢量是从位错线上一个固定的点指向另一个点的矢量,并由其晶向和单位位错线的方向以及长度共同决定。
在具体计算柏氏矢量时,我们需要考虑密排六方晶体晶面的Miller指数和单位位错线的方向指数,以及晶体的晶格常数等因素。
通过精确的计算,我们可以准确定位和描述不同类型的单位位错,并进一步研究其对晶体材料性能的影响。
密排六方晶体中常见的单位位错包括螺旋位错、边界位错和错配位错等。
螺旋位错是一种沿位错线螺旋状排列的位错,其柏氏矢量沿着晶体的轴向。
边界位错是指晶体中两个晶粒的交界处发生位错,其柏氏矢量通常与位错线垂直。
错配位错是指位错线周围附近晶体晶格的畸变,其柏氏矢量通常与位错线相同。
不同类型的单位位错对晶体的物理性质和力学性能有着不同的影响。
例如,螺旋位错会导致晶体发生弯曲,边界位错则会引起晶体的弹性畸变。
通过精确地计算和控制单位位错的柏氏矢量,我们可以更好地理解晶体缺陷的形成机制,并为控制和改善晶体的性能提供指导。
在实际应用中,我们可以通过掺杂、合金化和热处理等方法来控制单位位错的柏氏矢量。
这些控制手段可以改变晶格的结构和原子的排列方式,从而优化晶体的性能和功能。
因此,深入了解单位位错的柏氏矢量对于材料科学和工程技术具有重要的指导意义。
总之,密排六方晶体中的单位位错及其柏氏矢量是晶体缺陷研究中的重要内容。
准确计算和描述单位位错的柏氏矢量可以帮助我们深入理解晶体的结构和性能,为材料科学和工程技术的发展提供有效的指导。
柏氏矢量的应用
柏氏矢量的应用
1、用柏氏矢量可以判断位错的性质。
比如位错线和柏氏矢量垂直就是刃型位错,位错线和柏氏矢量平行就是螺型位错。
2、用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小。
位错周围的所有原子,都不同程度地偏离其平衡位置,位错中心的原子偏移量最大,离位错中心越远的原子,偏离平衡位置的量越小,通过柏氏回路将这些畸变叠加起来,畸变总量的大小即可由柏氏矢量表示出来。
显然,柏氏矢量越大,位错周围的晶格畸变越严重,因此,柏氏矢量是一个反映位错引起的晶格畸变大小的物理量。
3、用柏氏矢量可以表示晶体滑移的方向和大小。
已知位错线是晶体在滑移面上已滑移区和未滑移区的边界线,位错线运动时扫过滑移面,晶体即发生滑移,其滑移量的大小即柏氏矢量b,滑移的方向即柏氏矢量的方向。
4、一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的,它与柏氏回路的大小和回路在位错线上的位置无关,回路沿位错线任意移动或任意扩大,都不会影响柏氏矢量。
5、对于一个位错来说,同时包含位错线和柏氏矢量的晶面是潜在的滑移面。
刃型位错线和与之垂直的柏氏矢量所构成的平面就是该刃型位错唯一的滑移面,它只能在这个面移动。
由于螺型位错线与柏氏矢量平行,任一包含位错线的晶面都是潜在的滑移面,螺型位错可以从一个滑移面滑移到另一个滑移面。
晶体结构缺陷 (二)位错的分类和伯格斯矢量
知识点055. 晶体的塑性变形变形前变形后滑移ττ单晶试棒在拉伸作用下的变化晶体结构不同,面心立方晶体的12个滑移系统滑移系统数量不同。
滑移面和滑移方向往往是中原子最密排的晶面和晶向,因为最密排面的间距最大,阻力最小,密排方向上平移距离也最小,因此最容易滑移。
晶面间的滑移是滑移面上所有原子整体协同移动的结果(刚性滑动模型)。
理论计算与实际结果相差三个数量级!纯铁的理论临界切应力约3000MPa,实际屈服强度1-10MPa位错模型孪生[112]1a[112] 0)知识点056. 位错及分类定义:分类:刃位错、螺位错混合位错有缘学习更多+谓ygd3076考证资料或关注桃报:奉献教育(店铺)刃位错刃位错形成:晶体在大于屈服值的切应力 作用下,以ABCD面为滑移面发生滑移。
EF 是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线,称为位错线。
刃位错垂直刃位错螺位错螺位错形成:晶体在大于屈服值的切应力 作用下,以ABCD面为滑移面发生滑移。
EF 是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线,称为位错线。
螺位错平行螺位错混合位错混合位错随堂练习:答:知识点057. 伯格斯矢量定义:性质:确定伯格斯矢量的步骤有缘学习更多+谓ygd3076考证资料或关注桃报:奉献教育(店铺)刃位错伯格斯矢量的确定螺位错伯格斯矢量的确定伯氏矢量的性质伯氏矢量的性质伯氏矢量的性质伯氏矢量的性质随堂练习:答:。
位错反应
2. 不全位错 当柏氏矢量不等于最短平移矢量的整数倍的位错
叫不全位错,其中小于最短的平移矢量的位错称为
部分位错。
若柏氏矢量不是晶体的平移矢量,当这种位错 扫过后,位错扫过的面两侧必出现错误的堆垛,称 堆垛层错。层错区与正常堆垛区的交界便形成了不 全位错
面心立方金属存在两种不全位错: 肖克莱不全位错,弗兰克不全位错
当该两个位错相遇时, 有可能生成单位位错
17
4. 扩展位错 A B B
C
b1= a/2[110] B
B
C 面心立方金属的堆垛顺序 ABC 。 B 原子水平移动单 位位错的距离,需要克服 A 原子的“高峰”,选择 先滑移到C位置再到B位置,将更节省能量。因此B 原子的单位位错的柏氏矢量 BB 就可以分解为 BC 加 CB(两个肖克莱位错)
20
5. 位错增殖 实验表明退火后的金属位错密度ρ=106 cm-2 左右, 而经剧烈塑性变形过后,位错密度ρ=1011 ~ 1012cm-2 , 说明位错发生了增殖。
τ
位错线AB在 外力τ作用下受到 的力为τb
随外力的继续 增大,位错线发 生弯曲,并产生 线张力T=Gb/2r
当位错线弯成 半圆时,曲率半 径 r最小(LAB/2 ), 而T最大,为Gb/L。 此时的线张力为 位错增殖的临界 切应力
晶体中位错将发生运动,且位错移动的方向总是与 位错线方向垂直。设想位错线上作用了一个与其垂直 的力,使其发生移动,利用虚功原理来求该力的大小。
Fd 与外加切应力τ 和柏氏矢量的模|b|成正比, 方向处处垂直于位错线,并指向未滑移区
3
4. 位错线张力 由于位错线具有应变能,所以位错线有缩短的趋势
来减小应变能,这便产生了线张力T。线张力数值上等
材料科学基础位错部分知识点
材料科学基础位错部分知识点第三章晶体结构缺陷(位错部分)1.刃型位错及螺型位错的特征刃型位错特征:1)刃型位错是由一个多余半原子面所组成的线缺陷;2)位错滑移矢量(柏氏向量)垂直于位错线,而且滑移面是位错线和滑移矢量所构成唯一平面;3)位错的滑移运动是通过滑移面上方的原子面相对于下方原子面移动一个滑移矢量来实现的;4)刃型位错线的形状可以是直线、折线和曲线;5)晶体中产生刃型位错时,其周围的点阵发生弹性畸变,使晶体处于受力状态,既有正应变,又有切应变。
螺型位错特征:1)螺型位错是由原子错排呈轴线对称的一种线缺陷;2)螺型位错线与滑移矢量平行,因此,位错线只能是直线;3)螺型位错线的滑移方向与晶体滑移方向、应力矢量方向互相垂直;4)位错线与滑移矢量同方向的为右螺型位错;为此系与滑移矢量异向的为左螺型位错。
刃型位错螺型位错位错线和柏氏矢量关系(判断位错类型)⊥∥滑移方向∥b∥b位错线运动方向和柏氏矢量关系∥⊥相关概念(ppt上的,大概看一看):A.位错运动与晶体滑移:通过位错运动可以在较小的外加载荷下晶体产生滑移,宏观显现为产生塑性变形。
B.位错线:位错产生点阵畸变区空间呈线状分布。
对于纯刃型位错,其可以描述为刃型位错多余半原子面的下端沿线。
为了与其它类型位错统一,位错线可表述为已滑移区与未滑移区的交界线。
C.混合型位错:在外力作用下,两部分之间发生相对滑移,在晶体内部已滑移和未滑移部分的交线既不垂直也不平行滑移方向(柏氏矢量b),这样的位错称为混合位错。
(位错线上任意一点,经矢量分解后,可分解为刃位错和螺位错分量。
晶体中位错线的形状可以是任意的。
)=l/V;单位面积内位错条数来表示位错密度:D.错位密度:单位体积内位错线的长度:ρv=n/S。
(金属中位错密度通常在106~8—1010~121/c㎡之间。
)ρs2.柏氏矢量:1)刃型位错和螺型位错的柏氏矢量表示:2)柏氏矢量的含义:柏氏矢量反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总累计。
位错交互作用系数、剪切模量、柏氏矢量
位错交互作用系数、剪切模量、柏氏矢量,这三个概念在材料力学中扮演着重要的角色。
它们之间的关系既复杂又微妙,深入理解它们可以帮助我们更好地理解材料的性能和行为。
在本文中,我将从简单到复杂,由浅入深地探讨这些概念,希望能给你带来一些新的启发和思考。
1. 位错交互作用系数位错是材料中的缺陷,它们对材料的性能和行为有着深远的影响。
位错交互作用系数描述了位错之间相互作用的程度,它可以影响材料的塑性变形和强度等机械性能。
位错交互作用系数通常用符号τ表示,它是一个描述位错相互作用强度的参数,可以帮助我们预测材料的力学性能。
2. 剪切模量剪切模量是描述材料在受到剪切应力作用时的抵抗能力的物理量。
对于单晶材料来说,剪切模量通常用G表示。
剪切模量与材料的位错结构和密度有着密切的关系,而且它还与位错交互作用系数有着复杂的耦合关系。
深入理解剪切模量对于了解材料的强度、韧性和塑性行为至关重要。
3. 柏氏矢量柏氏矢量描述了晶格中的位错线方向和位错面的平面方向,它对于位错的运动和排列有着重要的影响。
柏氏矢量的方向和大小可以影响位错的相互吸引和排斥,进而影响材料的塑性变形。
在材料科学中,通过精确地控制柏氏矢量,可以实现对材料性能的调控和优化。
总结回顾通过对位错交互作用系数、剪切模量和柏氏矢量的深入探讨,我们可以看到这三者之间关系的复杂性和微妙性。
它们相互影响、相互耦合,共同决定了材料的力学性能和行为。
深入理解这些概念,可以帮助我们更好地设计新材料、改善现有材料的性能,从而推动材料科学和工程的发展。
个人观点和理解在我看来,位错交互作用系数、剪切模量和柏氏矢量代表着材料科学中的一些基本而又重要的概念。
它们的深入研究不仅有助于我们对材料性能的理解,也为我们提供了一些新的思路和方法,可以帮助我们开发出更加先进和优质的材料。
我相信随着材料科学研究的不断深入,这些概念的重要性会越来越凸显,它们也将为材料科学的发展提供更多的可能性和机遇。
在这篇文章中,我们深入探讨了位错交互作用系数、剪切模量和柏氏矢量这三个概念,也共享了一些个人观点和理解。
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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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2.2.3 混合位错
• 中断处的边沿犹如在晶体中插入一把刀刃,故称之为“刃型位错”, 在刃口处的原子列定义为“刃型位错线”
正刃型:位错半原子面位于某晶面的上半部位置的称为,记号“⊥”表 示负刃型:位错半原子面位于某晶面下半部的称为,以“T”表示
含有刃型位错的晶体结构示意图
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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置,使周围点阵发生 弹性畸变
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
位错类型,柏氏矢量
晶体局部滑移形成刃型位错
力作用在晶体右上角,使右上角的上半部晶体沿滑
移面向左作局部移动,使原子列移动了一个原子间 τ 距,从而形成一个刃型位错
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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
原子完整排列
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螺型位错与刃型位错的主要区别
•螺型位错线与滑移矢量平行 •螺型位错受力时只存在平行位错线的切应力,而无正应力 •螺型位错线移动方向与滑动方向相垂直
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位错类型,柏氏矢量
螺型位错特征:
1)螺型位错无额外半原子面,原子错排呈轴对称 2)螺型位错与滑移矢量平行,故一定是直线 3)包含螺位错的面必然包含滑移矢量
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位错类型,柏氏矢量
2.2.2 螺型位错
假定在一块简单立方晶体中
• 沿某一晶面切一刀缝,贯穿于晶 体右侧至BC处
• 在晶体的右侧上部施加一切应力τ, 使右端上下两部分晶体相对滑移 一个原子间距
• BC线左边晶体未发生滑移,出现 已滑移区与未滑移区的边界BC
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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位错形成
位错类型,柏氏矢量
• 可能是在晶体形成过程(凝固或冷却)中产生的
• 晶体在塑性变形时也会产生大量的刃型位错
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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
这种位错环多由于空位集团崩塌而形成
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位错类型,柏氏矢量
几种不规则的刃型位错
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位错类型,柏氏矢量
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
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位错类型,柏氏矢量
Screw dislocation
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位错类型,柏氏矢量
Screw dislocation
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位错类型,柏氏矢量
Screw dislocation
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位错类型,柏氏矢量
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
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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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刃型位错
位错类型,柏氏矢量
• 可以想像为晶体内有一原子平面中断于晶体内部,这个原子平面中断 处的边沿及其周围区域是一个刃型位错