关于晶体缺陷线缺陷课件
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混合位错的位错 线与滑移方向既 不垂直也不平行！
三、位错的柏氏矢量
用来反映位错点阵畸变特征的物理参量。
（1）柏氏矢量 b表示可以很容
易地表征出位错产生的畸变的 方向和大小。
（2）引入柏氏矢量后，可以 使对位错的描述大大简化。
（3）柏氏矢量可通过在位错线周围和理想 晶体中以相同的方法和路径作柏氏回路而求 得。
③ 温度升高，则晶体中原子的热运动加剧，点缺陷浓度增大。
二、 点缺陷的产生
2、过饱和点缺陷
（1）指晶体中点缺陷 的数目明显超过其平 衡值、处于过饱和状 态。
（2）过饱和点缺陷 可通过高温淬火、 辐照、冷加工等产 生。
3、点缺陷与材料的行为
（1）点缺陷的存在及其运动是 晶体中扩散得以实现的根本原因；
关于晶体缺陷线缺 陷
复习：点 缺 陷
一、点缺陷的类型 --- 空位和间隙原子
空位
晶体结构中原来应该有原子的某些结点上因某种 原因出现了原子空缺而形成。
①肖特基空位 脱位原子进入其它空位或逐渐迁移至 晶面或界面。肖特基空位仅形成空位。
②弗兰克空位
脱位原子挤入节点的间隙，同时形成 间隙原子从而产生间隙原子-空位对。
位错是晶体中存在的原子面的错排，即晶体中存在的不完全的 原子面，是一种线缺陷。
（Ni，Fe）Al金属间化合物中 亚晶界处位错的TEM
赫希（Hirsch）等应用相衬法在TEM中直接观察到了晶体中的位错。
一、位错概念的引入 3、实际晶体中的位错滑移模型
晶体的滑移借助于 晶体中存在的一半 原子面而产生的位 错的运动来完成。 晶体滑移的任一瞬 间仅需破坏一个原 子键。计算所需切 应力与实际值相符， 晶体中存在位错的 假设成立！
二、位错的基本类型 — 刃型位错
刃型位错的原子模型
晶体中原子面的错排---半原子 面的出现而形成，有正、负位 错之分。
半原子面的存在在晶体中产生 畸变，畸变区为以半原子面的 边缘线EF为中心的线型区域。
称半原子面的边缘线EF为位错 线。
晶体的局部滑移形成刃型位错示意图
刃型位错的位错线垂直于滑移 方向！
对于任意位错，不管其形状如何，只要知道了它的柏氏矢量，就可 得知晶体滑移的大小和方向。
任何一根位错，位错线上各点的柏氏矢量都相同。即对一条位错线而 言，其柏氏矢量是固定不变的，此即位错的柏氏矢量的守恒性。
（2）点缺陷导致材料物理和力 学性能的改变。 材料在使用过程 中点缺陷的浓度的变化可使材料 的性能发生相应改变，从而对其 使用产生影响。
第二节 位错的基本概念
一、位错概念的引入
1、理想晶体的刚性滑移模型
人们最初认为晶体是通过刚性滑移 而产生塑性变形的。
晶体的这种滑动方式需同时破坏滑 移面上所有原子键。
肖 特 基 空 位
离子晶体中的肖特基和弗兰克空位
一、点缺陷的类型 --- 外来原子
异类原子进入到晶体中而形成。根据其与基体原子尺寸 的差异，既可进入间隙位置，又可置换晶格的某些结点。
异类原子在晶体中的存在情况
二、 点缺陷的产生
1、平衡点缺陷及其浓度
点缺陷的产生一方面使晶体的内能升高，另一方面却使体系 的混乱度增加，使熵值增加。
设N为晶体的原子总数，n 为晶体中的点缺陷数，μ 为该类型缺陷的形成能。 则点缺陷数形成后其自由 能的变化为：
ΔA =ΔU–TΔS = nμ–TΔS
由此不难得出其ΔA-n关系曲线。
wk.baidu.com
二、 点缺陷的产生 1、平衡点缺陷及其浓度
Ce = ne/N = A exp(-μ/kT)
其中：
Ce --某类型点缺陷的平衡浓度； N—晶体的原子总数；
螺型位错的位错线与滑 移方向平行！
螺型位错有左右之分！
位错线是未滑移区与已滑移区的边界！位错线不能终止于晶体内部，只能在晶体表面 露头、终止于晶界或相界、与其它位错线相交、自行形成封闭的环！
二、位错的基本类型 — 混合位错
位错线
混合位错可看出 是刃型为位错和 螺型位错的组合 或叠加！可分解 成刃型位错和螺 型位错两部分！
间隙原子 晶体结构中间隙处因某种原因存在的同种原子。
一、点缺陷的类型 --- 空位和间隙原子
一般晶体（如金属晶体）中，肖特基空位比弗兰克空位多得多。
肖
弗兰克
脱
空位
基
空
位
间隙原子
一般晶体中的肖脱基和弗兰克空位
一、点缺陷的类型 --- 空位和间隙原子
弗兰克 空位
对于离子晶体，当正负离子 尺寸差异较大、结构配位数 较低时，小离子易于移入相 邻的间隙而产生弗兰克空位； 而若离子尺寸相差较小、配 位数较高、排列较密集时， 则易于形成肖特基空位。
位错线是未滑移区与已滑移区 的边界！
位错线不能终止于晶体内部，只能在晶体表面露头、终止于晶界或 相界、与其它位错线相交、自行形成封闭的环！
P26几种形状的位错线1-35
二、位错的基本类型 — 螺型位错
BC左边晶体上下完全 吻合，而aa右边晶体 在τ作用下上下正好滑 移一个晶格常数，过渡 区晶体滑移小于一个晶 格常数而产生畸变。 BC为位错线！
位错的能量，应力场，位错受力等，都与b有关。
柏氏矢量的确定方法
刃型位错柏氏矢量的确定方法
螺位错的确定方法p29图1-40
柏氏矢量的意义
位错的柏氏矢量描述了位错线上原子的畸变特征，畸变发生的方向和 大小（位错的畸变能与柏氏矢量的平方成正比）。
柏氏矢量给出了位错滑移后晶体上、下部产生相对位移的方向和大 小 ------ 滑移矢量。
A--材料常数，其值常取1；
T--体系所处的热力学温度；
k--玻尔兹满常数，k值为8.62×10-5ev/K。
μ--该类型缺陷的形成能。
二、 点缺陷的产生
1、平衡点缺陷及其浓度
①点缺陷在晶体中必然会存在。在一定的温度条件下，晶 体中存在一定浓度的点缺陷以使其处于最低的能量状态， 使结构最稳定。
② 在一定温度下并非所有的原子都能离开平衡位置形成缺陷， 只有比原子的平均能量高出缺陷形成能μ的那部分原子才能形 成点缺陷。
理论计算所需临界切应力:
τm = G / 30
一、位错概念的引入
2、实际晶体中存在位错的假设
实际上使晶体产生滑移所需的临界切应力只为理论值的百分 之一到万分之一。
实际晶体的内部一定存在着某中缺陷 ---- 位错，晶体的滑移 正是借助于其内部位错的运动来实现，从而使材料在远低于其 理论屈服强度时就产生滑移。
三、位错的柏氏矢量
用来反映位错点阵畸变特征的物理参量。
（1）柏氏矢量 b表示可以很容
易地表征出位错产生的畸变的 方向和大小。
（2）引入柏氏矢量后，可以 使对位错的描述大大简化。
（3）柏氏矢量可通过在位错线周围和理想 晶体中以相同的方法和路径作柏氏回路而求 得。
③ 温度升高，则晶体中原子的热运动加剧，点缺陷浓度增大。
二、 点缺陷的产生
2、过饱和点缺陷
（1）指晶体中点缺陷 的数目明显超过其平 衡值、处于过饱和状 态。
（2）过饱和点缺陷 可通过高温淬火、 辐照、冷加工等产 生。
3、点缺陷与材料的行为
（1）点缺陷的存在及其运动是 晶体中扩散得以实现的根本原因；
关于晶体缺陷线缺 陷
复习：点 缺 陷
一、点缺陷的类型 --- 空位和间隙原子
空位
晶体结构中原来应该有原子的某些结点上因某种 原因出现了原子空缺而形成。
①肖特基空位 脱位原子进入其它空位或逐渐迁移至 晶面或界面。肖特基空位仅形成空位。
②弗兰克空位
脱位原子挤入节点的间隙，同时形成 间隙原子从而产生间隙原子-空位对。
位错是晶体中存在的原子面的错排，即晶体中存在的不完全的 原子面，是一种线缺陷。
（Ni，Fe）Al金属间化合物中 亚晶界处位错的TEM
赫希（Hirsch）等应用相衬法在TEM中直接观察到了晶体中的位错。
一、位错概念的引入 3、实际晶体中的位错滑移模型
晶体的滑移借助于 晶体中存在的一半 原子面而产生的位 错的运动来完成。 晶体滑移的任一瞬 间仅需破坏一个原 子键。计算所需切 应力与实际值相符， 晶体中存在位错的 假设成立！
二、位错的基本类型 — 刃型位错
刃型位错的原子模型
晶体中原子面的错排---半原子 面的出现而形成，有正、负位 错之分。
半原子面的存在在晶体中产生 畸变，畸变区为以半原子面的 边缘线EF为中心的线型区域。
称半原子面的边缘线EF为位错 线。
晶体的局部滑移形成刃型位错示意图
刃型位错的位错线垂直于滑移 方向！
对于任意位错，不管其形状如何，只要知道了它的柏氏矢量，就可 得知晶体滑移的大小和方向。
任何一根位错，位错线上各点的柏氏矢量都相同。即对一条位错线而 言，其柏氏矢量是固定不变的，此即位错的柏氏矢量的守恒性。
（2）点缺陷导致材料物理和力 学性能的改变。 材料在使用过程 中点缺陷的浓度的变化可使材料 的性能发生相应改变，从而对其 使用产生影响。
第二节 位错的基本概念
一、位错概念的引入
1、理想晶体的刚性滑移模型
人们最初认为晶体是通过刚性滑移 而产生塑性变形的。
晶体的这种滑动方式需同时破坏滑 移面上所有原子键。
肖 特 基 空 位
离子晶体中的肖特基和弗兰克空位
一、点缺陷的类型 --- 外来原子
异类原子进入到晶体中而形成。根据其与基体原子尺寸 的差异，既可进入间隙位置，又可置换晶格的某些结点。
异类原子在晶体中的存在情况
二、 点缺陷的产生
1、平衡点缺陷及其浓度
点缺陷的产生一方面使晶体的内能升高，另一方面却使体系 的混乱度增加，使熵值增加。
设N为晶体的原子总数，n 为晶体中的点缺陷数，μ 为该类型缺陷的形成能。 则点缺陷数形成后其自由 能的变化为：
ΔA =ΔU–TΔS = nμ–TΔS
由此不难得出其ΔA-n关系曲线。
wk.baidu.com
二、 点缺陷的产生 1、平衡点缺陷及其浓度
Ce = ne/N = A exp(-μ/kT)
其中：
Ce --某类型点缺陷的平衡浓度； N—晶体的原子总数；
螺型位错的位错线与滑 移方向平行！
螺型位错有左右之分！
位错线是未滑移区与已滑移区的边界！位错线不能终止于晶体内部，只能在晶体表面 露头、终止于晶界或相界、与其它位错线相交、自行形成封闭的环！
二、位错的基本类型 — 混合位错
位错线
混合位错可看出 是刃型为位错和 螺型位错的组合 或叠加！可分解 成刃型位错和螺 型位错两部分！
间隙原子 晶体结构中间隙处因某种原因存在的同种原子。
一、点缺陷的类型 --- 空位和间隙原子
一般晶体（如金属晶体）中，肖特基空位比弗兰克空位多得多。
肖
弗兰克
脱
空位
基
空
位
间隙原子
一般晶体中的肖脱基和弗兰克空位
一、点缺陷的类型 --- 空位和间隙原子
弗兰克 空位
对于离子晶体，当正负离子 尺寸差异较大、结构配位数 较低时，小离子易于移入相 邻的间隙而产生弗兰克空位； 而若离子尺寸相差较小、配 位数较高、排列较密集时， 则易于形成肖特基空位。
位错线是未滑移区与已滑移区 的边界！
位错线不能终止于晶体内部，只能在晶体表面露头、终止于晶界或 相界、与其它位错线相交、自行形成封闭的环！
P26几种形状的位错线1-35
二、位错的基本类型 — 螺型位错
BC左边晶体上下完全 吻合，而aa右边晶体 在τ作用下上下正好滑 移一个晶格常数，过渡 区晶体滑移小于一个晶 格常数而产生畸变。 BC为位错线！
位错的能量，应力场，位错受力等，都与b有关。
柏氏矢量的确定方法
刃型位错柏氏矢量的确定方法
螺位错的确定方法p29图1-40
柏氏矢量的意义
位错的柏氏矢量描述了位错线上原子的畸变特征，畸变发生的方向和 大小（位错的畸变能与柏氏矢量的平方成正比）。
柏氏矢量给出了位错滑移后晶体上、下部产生相对位移的方向和大 小 ------ 滑移矢量。
A--材料常数，其值常取1；
T--体系所处的热力学温度；
k--玻尔兹满常数，k值为8.62×10-5ev/K。
μ--该类型缺陷的形成能。
二、 点缺陷的产生
1、平衡点缺陷及其浓度
①点缺陷在晶体中必然会存在。在一定的温度条件下，晶 体中存在一定浓度的点缺陷以使其处于最低的能量状态， 使结构最稳定。
② 在一定温度下并非所有的原子都能离开平衡位置形成缺陷， 只有比原子的平均能量高出缺陷形成能μ的那部分原子才能形 成点缺陷。
理论计算所需临界切应力:
τm = G / 30
一、位错概念的引入
2、实际晶体中存在位错的假设
实际上使晶体产生滑移所需的临界切应力只为理论值的百分 之一到万分之一。
实际晶体的内部一定存在着某中缺陷 ---- 位错，晶体的滑移 正是借助于其内部位错的运动来实现，从而使材料在远低于其 理论屈服强度时就产生滑移。