晶体缺陷位错运动
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
晶体材料位错缺陷的形成原因
晶体材料位错缺陷的形成原因
晶体材料是由原子或分子组成的有序排列的固体材料，而位错缺陷是晶体材料中常见的缺陷形式之一。
位错缺陷的形成原因可以有多种，包括外力作用、晶体生长过程中的不均匀性以及热力学和动力学因素等。
外力作用是引起晶体材料位错缺陷形成的重要原因之一。
当晶体受到外力作用时，晶体内部的原子或分子会发生位移，导致晶体结构的变形和变化。
例如，在金属材料中，当外力作用超过材料的屈服强度时，晶体内部会出现塑性变形，即晶体中原子或分子的位移和滑动，从而形成位错缺陷。
晶体生长过程中的不均匀性也是晶体材料位错缺陷形成的原因之一。
晶体的生长过程是一个动态的过程，其中包括原子或分子的扩散和结晶等过程。
然而，在晶体生长过程中，由于温度、浓度、压力等条件的变化，晶体内部的生长速率可能会有差异，导致晶体内部出现结构不均匀性。
这种结构不均匀性会导致晶体内部的位错形成，从而形成位错缺陷。
热力学和动力学因素也是晶体材料位错缺陷形成的重要原因。
在晶体材料中，原子或分子之间存在着各种相互作用力，包括范德华力、离子键、共价键等。
当晶体材料受到外界条件的改变时，这些相互作用力可能发生变化，导致晶体结构的不稳定性。
在这种情况下，
晶体内部的原子或分子会重新排列，从而形成位错缺陷。
晶体材料位错缺陷的形成原因是多方面的，包括外力作用、晶体生长过程中的不均匀性以及热力学和动力学因素等。
这些原因相互作用，共同影响着晶体材料的结构和性能。
因此，在研究晶体材料位错缺陷时，我们需要综合考虑这些因素，以便更好地理解晶体材料的性质和行为。
晶体缺陷-位错运动
contents
目录
• 位错概念 • 位错运动 • 位错与材料性能 • 位错研究的意义与展望
01
位错概念
位错的定义
位错是晶体中原子排列的一种“缺 陷”，表现为一个或多个原子在晶体 中的位置发生了偏差。
位错的存在会导致晶体局部的原子排 列出现异常，破坏了晶体原有的周期 性结构。
塑性变形
位错是晶体中塑性变形的主要机 制，当外力作用在晶体上时，位 错会沿滑移面移动，导致晶体发 生塑性变形。
强度与硬度
位错的存在会阻碍裂纹的扩展， 从而提高材料的强度和硬度。
位错对扩散的影响
扩散路径
位错可以作为扩散的快速通道，影响原子沿位错线的扩散速 度。
扩散激活能
某些情况下，位错的存在可能会降低扩散所需的激活能。
位错的类型
01
02
03
刃型位错
由晶体中一个原子层上的 原子位移形成，表现为一 个多余的半原子面。
螺旋型位错
由多个原子层上的原子连 续位移形成，表现为螺旋 状的原子排列。
混合型位错
同时包含刃型和螺旋型位 错的特点，通常为一个刃 型位错与一个螺旋型位错 的组合。
位错的形成与存在
位错的形成
位错的运动
在晶体生长、加工或受到外力作用时， 原子排列可能会发生偏差，从而形成 位错。
性和耐腐蚀性。
半导体材料
在半导体材料中，位错对电子传 输和器件性能有重要影响，研究 位错有助于提高半导体器件的稳
定性和可靠性。
功能材料
在功能材料中，位错的运动和相 互作用对材料的物理性能（如热 学、电学和磁学性能）有重要影 响，通过位错研究可以优化功能
材料的性能和应用。
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去应力退火过程中位错运动
去应力退火过程中位错运动去应力退火是一种常用的金属材料处理方法，它通过加热和冷却过程中的位错运动来改善材料的力学性能和内部结构。
位错是金属材料中存在的一种晶体缺陷，它是由于晶体中原子排列不完美造成的。
位错的运动对材料的机械性能有着重要影响，而应力退火可以通过控制位错运动来改善材料的性能。
位错运动是指位错在晶格中的移动和变形过程。
在晶体中，位错可以沿着晶体的滑移面移动，从而改变晶体的形状和结构。
在去应力退火过程中，位错运动起到了重要的作用。
首先，位错运动可以消除材料中的残余应力。
当材料受到外力作用时，会产生应力，这些应力会导致位错的运动。
在应力退火过程中，通过加热和冷却的循环，位错会发生滑移和重组，从而消除材料中的应力。
其次，位错运动还可以改善材料的塑性变形能力。
位错的运动可以使晶体中的原子重新排列，从而改变晶体的结构和形状，使材料具有更好的塑性变形能力。
在去应力退火过程中，位错运动的速度和路径是受到多种因素的影响的。
首先，温度是影响位错运动的重要因素。
在高温下，位错运动速度加快，位错易于滑移和重组，从而加快应力的释放和材料的恢复。
其次，应力的大小和方向也会影响位错运动。
当应力方向与位错的滑移方向垂直时，位错的运动速度较慢，容易产生较大的滞后效应。
而当应力方向与位错的滑移方向平行时，位错的运动速度较快，容易产生位错重组和材料的恢复。
此外，材料的晶体结构和成分也会影响位错运动。
不同的晶体结构和成分会导致位错的运动路径和速度的差异，从而影响材料的力学性能和应力退火的效果。
在实际应用中，去应力退火是一种常用的金属材料处理方法。
通过去应力退火，可以改善材料的力学性能，提高材料的塑性变形能力和抗拉强度。
去应力退火还可以改善材料的内部结构，减少晶体缺陷和杂质的影响，提高材料的耐腐蚀性和疲劳性能。
因此，去应力退火在金属加工和制造领域具有广泛的应用前景。
位错运动是去应力退火过程中的重要现象，它通过滑移和重组来改善材料的力学性能和内部结构。
晶体缺陷4位错的交割与割阶
1
2
b1 f
b2
2
2
1
b1 b1
b2 割阶
割阶滑移方向和原位错一致，所以ξ2可以带着 滑移割阶运动
例二：两刃位错,b1∥b2
2
1
b1
b2
2 扭折(螺)
1
扭折(螺)
b1 b2
两段弯折是在原滑移面上的螺位错，是扭折， 不稳定，在线张力作用下，使其变直，直到 最后消失。
说明
➢带扭折或割阶的位错,其柏氏矢量与携带它们 的位错相同
➢扭折可因位错线张力而消失，但割阶不会因此 而消失
➢扭折可随位错线一道运动，几乎不产生阻力， 割阶与原位错不在同一滑移面上，一般只能通 过攀移随原位错一起运动，即使能随新位错一 起滑移，也增加其滑移阻力
练习
1. 刃形位错形成的割接属于（ ） （A）刃形位错； （B） 螺型位错； （C）混合位错； （D） 无法确定
③ 长割阶
长度>20个原子间距，钉扎作用更明显。由于割阶 较长，割阶两端的位错相距较远，相互作用较小。 在切应力下，在各自滑移面上以割阶为轴进行滑移
结论
• 对于滑移面上运动的位错来讲，穿过此滑移面的 其他位错（林位错），会阻碍位错的运动，滑动 位错切过林位错的过程，称为位错的交割。
• 位错交割的结果，将产生割阶或扭折的小段新位 错，其形成时需一定的能量，需增加外力。
• 带割阶位错的运动，将受到割阶的阻碍，需增加 外应力。
• 晶体材料随塑性变形增加，位错密度上升，形变 抗力增加—— 加工硬化。
位错的交割
位错彼此交叉通过的过程叫做位错的交割 交割后，可能在位错线上产生弯折—柏氏矢量不变、长度 与另一位错的柏氏矢量相同的弯折（位错段）
7.3 位错的运动
（a）位错环
（b）位错环运动后产生的滑移位错环的滑移
位错的滑移
刃型位错的运动
螺型位错的运动
混合位错的运动
位错的滑移特征
位错 类型
柏氏 矢量 ⊥位错线
位错线 运动方向 ⊥位错线本身
晶体滑移方 向 与b一致 与b一致 与b一致
切应力 方向 与b一致 与b一致 与b一致
滑移面 数目 唯一
刃型 位错
螺型 位错 混合 位错
螺位错滑移
5、位错的滑移特点
5）只有螺型位错才能够交滑移： 螺位错：因其位错线与柏氏矢量b 平行，故无确 定滑移面，通过位错线并包含b 的所有晶面都可 能成为它的滑移面。 若螺位错在某一滑移面滑移后受阻，可转移到与 之相交的另一个滑移面上去，此过程叫交叉滑移， 简称交滑移。 由此看出，不论位错如何移动，晶体滑移总是沿 柏氏矢量相对滑移，故晶体滑移方向就是位错的 柏氏矢量 b 方向。
3、螺型位错滑移
螺位错沿滑移面运动时，周围原子动作情况如图。 虚线－－为螺旋线原始位置， 实线－－位错滑移一个原子间距后的状态。
（a）原始位置；
（b）位错向左移动一个原子间距 螺型位错滑移
3、螺型位错滑移
位错线向左移动一个原子间距，则晶体因滑移而产生的台 阶亦扩大了一个原子间距。
一、位错的滑移
下图（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，位错虽然移动了一个原子间距，但位错附近的 原子只有很小的移动。图（b）为负刃型位错再切应力下的滑动。 位错的滑移：是通过位错线及附近原子逐个移动很小距离完成的，故只 需加很小切应力就可实现。 正刃位错滑移方向与外力方向相同；负刃位错滑移方向与外力方向相反。
晶体缺陷及运动.
晶体中缺陷和运动晶体缺陷（crystal defect）1定义：实际晶体中原子规则排列遭到破坏而偏离理想结构的区域。
在理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。
但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。
这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷，它破坏了晶体的对称性。
2类型晶体结构中质点排列的某种不规则性或不完善性。
又称晶格缺陷。
表现为晶体结构中局部范围内，质点的排布偏离周期性重复的空间格子规律而出现错乱的现象。
根据错乱排列的展布范围,分为以下4种主要类型。
点缺陷——点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关点缺陷只涉及到大约一个原子大小范围的晶格缺陷。
它包括:晶格位置上缺失正常应有的质点而造成的空位;由于额外的质点充填晶格空隙而产生的填隙；由杂质成分的质点替代了晶格中固有成分质点的位置而引起的替位等（图1）。
在类质同象混晶中替位是一种普遍存在的晶格缺陷。
（点缺陷定义由于晶体中出现填隙原子和杂质原子等等，它们引起晶格周期性的破坏发生在一个或几个晶格常数的限度范围内，这类缺陷统称为点缺陷。
这些空位和填隙原子是由热起伏原因所产生的，因此又称为热陷。
空位、填隙原子和杂质■空位：晶体内部的空格点就是空位。
由于晶体中原子热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点跑到表面上，在内部留下了空格点，即空位。
■填隙原子：由于晶体中原子的热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点进入晶格中的间隙位置，形成了填隙原子。
即位于理想晶体中间隙中的原子。
■杂质原子：杂质原子是理想晶体中出现的异类原子。
几种点缺陷的类型■弗仑克尔缺陷：原子（或离子）在格点平衡位置附近振动，由于非线性的影响，使得当粒子能量大到某一程度时，原子就会脱离格点，而到达邻近的原子空隙中，当它失去多余动能后，就会被束缚在那里，这样产生一个暂时的空位和一个暂时的填隙原子，当又经过一段时间后，填隙原子会与空位相遇，并同空位复合；也有可能跳到较远的间隙中去。
2010032第三章 晶体缺陷运动 (五)
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
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。
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
（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。
晶体结构缺陷(二) 位错的运动
知识点058. 位错的运动滑移攀移位错的运动刃位错的运动螺位错的运动 滑移攀移 滑移刃位错的滑移有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）刃位错的滑移注意：晶体不同部分的相对滑移形成了位错，而位错的滑移是实现塑性变形的机制。
要区别晶体的滑移与位错的滑移。
此例中晶体滑移方向与位错滑移方向相同（相互平行）。
刃位错滑移方向与外力及伯氏矢量平行正、负刃位错滑移方向相反螺位错的滑移注意：晶体不同部分的相对滑移造成位错，而位错的滑移是实现塑性变形的机制。
要注意区别晶体的滑移与位错的滑移。
此例中晶体滑移方向与位错滑移方向不同（相互垂直）。
螺位错滑移方向与外力及伯氏矢量垂直左、右螺位错滑移方向相反混合位错的滑移注意：晶体不同部分的相对滑移造成位错，位错的滑移是实现塑性变形的机制。
要区别晶体的滑移与位错滑移。
此例中晶体滑移方向与位错滑移方向部分相同，部分不相同。
混合位错滑移方向与外力及伯氏矢量成一定角度（沿位错线法线方向滑移）刃位错和螺位错滑移的比较晶体的滑移方向与外力及位错的伯氏矢量相一致但并不一定与位错的滑移方向相同。
位错类型柏氏矢量位错线运动方向晶体滑移方向切应力方向刃位错垂直于位错线垂直于位错线与伯氏矢量方向一致与伯氏矢量方向一致螺位错平行于位错线垂直于位错线与伯氏矢量方向一致与伯氏矢量方向一致混合位错与位错线成角度垂直于位错线与柏氏矢量方向一致与伯氏矢量方向一致有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）位错的攀移定义：分类：正攀移负攀移攀移的特点及与滑移的不同：有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）随堂练习：答：。
位错的运动和分解
位错的运动和分解
位错的运动主要包括滑移和攀移两种基本方式，并且位错还可以发生分解。
1. 滑移：这是位错运动的主要方式之一。
当外部施加的切应力克服了位错运动所受的阻力时，位错将沿着特定的原子面（即滑移面）移动。
这种运动会导致晶体的一部分相对于另一部分滑动，从而引起塑性变形。
2. 攀移：攀移是刃型位错特有的运动方式。
在晶体内，刃型位错可以沿着垂直于滑移面的方向上进行移动。
攀移通常需要点缺陷的存在，例如空位或间隙原子，因为位错通过吸收或排放这些点缺陷来改变其位置。
3. 位错分解：在复杂的晶体结构中，全位错可以分解为不全位错。
不全位错之间的区域称为堆垛层错。
这种分解通常发生在低能层错能的材料中，并且这种分解会影响材料的力学性能。
位错的运动和分解是材料科学中非常重要的概念，它们对材料的塑性变形和力学性能有着决定性的影响。
了解位错的这些行为对于材料的设计和应用至关重要。
金属中的位错运动及其对材料性能的影响
金属中的位错运动及其对材料性能的影响在材料科学领域中，位错是一种重要的材料缺陷，它指的是晶体中未能继续延伸的位置。
位错在金属中的运动是材料变形的主要原因之一。
位错的运动不仅会影响金属的机械性能，同时还会影响其电学、热学和化学性能。
因此，位错运动的研究是金属材料科学中的一个重要方向。
一、金属中位错的类型在金属材料中，有三种类型的位错：缺陷位错、滑移位错和螺位错。
缺陷位错形成于晶体内的空缺或夹杂，这些缺陷或夹杂通常是由于材料的加工或成形过程中产生的。
当晶体中形成位错时，它们可能会使晶体显得畸变或高度压缩，从而导致其他位错的形成。
滑移位错是开放堆积错的一种形式。
当晶体中的原子在确定的晶面上产生接触，然后沿着晶体的断裂面进行滑移时，就会形成滑移位错。
螺位错是位错的一种特殊类型。
它沿着某个晶面的螺旋方向滑移，具有某些独特的滑移特性。
二、位错的运动位错的运动可以发生在三个方向上：横向、长向和微观横向。
横向位错运动是指沿同一个平面的位错之间的相互作用；长向运动是指在平行于某一晶面或晶体轴的方向上的位错滑动；微观横向运动可以在晶体中的米级或亚微米尺度上发生变形。
当一个应力作用于金属的时候，它会在位错周围产生弹性应变。
当作用于该应力的原子增加时，位错会越过其位于晶体中的最低点，进入新的位于它之前的位置。
当位错靠近晶体的表面时，其运动受到侧面表面的拘束，这通常会导致表面的形状畸变。
因此，在相对较弱的应力下，位错通常更容易在晶体的内部发生运动，而在表面上容易留下痕迹。
三、位错运动对材料性能的影响位错运动对材料性能的影响非常重要。
由于位错运动的存在，金属的塑性能力得以发挥。
滑移位错在外部应力的作用下可以在晶体中移动并暴露新的原子来增加晶格常数，从而改变金属的体积和形状。
该过程是金属变形和加工的基础。
另一方面，位错的存在不仅可以引起材料变形，也可以导致材料的断裂和开裂。
当位错滑动时，其周围的晶体结构会发生变化，从而导致局部的结构扭曲和应力集中。
晶体缺陷理论典型晶体结构中的位错
★见弗兰克 不全位错swf
•位错反应－－位错之间的相互转化 •位错的能量越低越稳定
（1）晶胞中选取四个近邻原子位置，000
、 1 2
0
1 2
、0
1 2
1 2
、
1 2
1 2
0
，分别为D、B、A、C点。
（2）A、B、C、D相连构成正四面体，为Thmpson。
第5层原子由A位置滑移到C位置，第6层以上原子依次滑移一个原子间距……
，产生2个次近邻层错ABC和BAC
插一层不同位置的原子
纸面为 1100
E型堆垛层错
8
8
7
7
0001
6
6
5
5
插入
4
1 1 00 4
3
3
2
2
1
0001 1
AB C A B C A B C A B C A B
AB C A B C A B C A B C A B
1 211
6
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
滑移
3
3
2
2
1
1
AB C A B C A B C A B C A B
AB C A B C A B C A B C A B
在切应力作用下，第4层原子由A位置滑移到B位置，其上各层原子依 次滑移，排列成为了ABCBCABC，出现了内禀层错，即在fcc结构中 形成了BCBC的hcp结构，及BCB与CBC孪晶。与抽出型层错相同。
晶体缺陷理论
第4章 典型晶体结构中的位错
§1 面心立方晶体中的位错 §2 密排六方晶体中的位错 §3 体心立方晶体中的位错
晶体缺陷和柏氏矢量及位错运动
14:55:15
1
西安石油大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错的电镜照片
面缺陷： 晶界 位错缠结形成位错胞 14:55:15 （晶界） 空位聚合形成 位错
2 西安石油大学材料科学与偏离晶体结构的正常排列的缺陷。
点缺陷包括：空位、间隙原子、异类原子。 2.1.1 点缺陷的类型及形成
11
位错是否引起晶体畸变和 引起晶体畸变、形成应力场，且
材料科学基础 3、混合位错(mixed dislocation) 位错线既不平行也不垂直于滑移方向，滑移矢量与位错线成 任意角度，这种晶体缺陷称为混合型位错。 C 位错线与滑移矢
量不垂直也不平 行，是混合位错 位错线与滑移矢量垂 直是刃位错
A
材料科学基础
第二章 晶体缺陷
缺陷形成过程：晶体生长过程中、晶体形成后。 晶体缺陷：原子排列规则性受到严重破坏的区域。
晶体缺陷分三大类:
1）点缺陷：属零维缺陷，它在三维空间各方向尺寸都很小，如空位、间 隙原子和异类原子等。 2）线缺陷：属一维缺陷，它在两个方向尺寸很小，而在另一个方向上尺 寸却很大，主要是位错。可被电镜观察到。 3）面缺陷：属二维缺陷，它在一个方向上尺寸很小，而在另两个方向上 尺寸却很大，如晶界、相界、层错和表面等。光学显微镜可观察到。
材料科学基础
2.1.2 点缺陷的运动及平衡浓度
点缺陷存在的影响：
（1）造成点阵畸变，使晶体的内能升高，降低了晶体的热力学稳定性。 （2）增大了原子排列的混乱程度，改变周围原子的振动频率，使晶体熵值增大，增 加了晶体的热力学稳定性。
n 一定温度下空位或者间隙原子的平衡浓度： C Ae kT N E
迁移到晶体表面的正常 结点位置上，而使晶体 内部留下空位：肖脱基 （Schottky）空位。
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iii. 材料的强度与位错运动紧密相关 iv. 意义：可以通过控制位错运动提高材料强度
• 位错运动基本形式： 滑移、攀移
1.位错的滑移 （1）含义：在外力作用下，沿滑移面运动 （2）刃型位错的滑移
特点：变形
（3）螺型位错的滑移
• 交滑移：P95图3.17 螺型位错如果在原来的滑移面上受到阻碍时，可能转
（4）如果一个b的位错分解为几个位错，柏氏矢量 分别为b1,b2,b3,…,则b=∑bi
• 有几根位错线相交于一个点，则指向它的位错 ∑b指=离开它的位错∑b离
• 如果所有位错线均指向或离开某点，则∑bi=0
（5）位错线不能中止在晶体内部——位错的连续性 （定义） 可形成位错环、或与其它位错相连、或与晶 界相连、或露出晶体表面
图 3.18 刃型位错的攀移运动模型 a) 未攀移的位错 b) 空位引起的正攀移 c)间隙原子引起的负攀移
特点： ① 螺型位错没有半原子面，故不会发生攀移 ② 一般情况下，攀移比滑移需要的能量高，在室温
下不容易发生 ③ 高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照后，晶体
中存在大量点缺陷的情况下，容易发生位错的攀 移（刃型位错）
带割阶位错的运动
汇报结束
谢谢大家! 请各位批评指正
移到另一个与它相交的滑移面上继续滑移 • 双交滑移：发生交滑移后的位错如果再转回到和原滑移面
平行的面上继续滑移
（3）混合型位错的滑移 图3.15
混合型位错的滑移过程
2.位错的攀移 P96 • 刃型位错多余半原子面向上或下运动。 • 通过物质的迁移，即原子或空位的扩散来实现。 • 形式：正攀移、负攀移
3.柏氏矢量的表示方法 第6次 （1）以其在晶轴上的分量a、b、c表示：
b=xa+yb+zc （2）对立方晶系：a=b=c，因此用方向相同的晶向
指数表示： b=a/n [u v w] 例： b=a[2 3 6] b=a/2 [1 1 1]
•
3.2.3 位错的运动 P94 i. 位错可以在晶体中运动 ii. 材料的塑性变形就是通过位错运动实现的
晶体缺陷——位错运动
2.柏氏矢量的特性： （1）b的物理意义： • 其方向表示位错的性质和取向，即位错运动导致
晶体滑移的方向 • 模∣b∣表示畸变的程度：位错强度
（2）b的守恒性： 对一个确定的位错正向，按照右手螺旋法
则获取的b具有唯一性、守恒性，与柏氏回路的起 点和具体路径无关，
（3）一根不分叉的位错线具有唯一的柏氏矢量：上 各个位置的b均相同；位错在晶体中移动或者改变 方向时，其柏氏矢量不变
3. 位错的交割 • 含义：位错在运动过程中，可能和其它位错交割 • 意义：交割会影响位错进一步的运动，从而会影响
材料的强度等性能
a.割阶与扭折 • 位错局部滑移、刃型位错攀移、两条位错线交割后，经常
产生一段曲折线段 • 如果曲折线段位于位错的滑移面上——扭折
P97图3.19
• 如果此线段垂直于滑移面——割阶
实例1：两个柏氏矢量相互垂直的刃型位错交割
实例2：两个柏氏矢量相互平行的刃型位错交割
实例3：两个柏氏矢量相互平行的刃型位错和螺型位错交割
实例4：两个柏氏矢量相互垂直的两螺型位错交割
小结： 每根位错线都可能产生扭折或割阶，大小和方向取
决于另一根位错的柏氏矢量，但具有原本的柏氏矢 量 所有的割阶都是刃型位错，扭折可以是螺型位错也 可以是刃型位错 扭折出现在同一滑移面上几乎不产生位错运动阻力； 割阶与原位错线垂直，一般不能随位错线一起移动， “钉扎”，产生运动阻力——割阶硬化