材料科學(xué)基礎(chǔ)-5

1、第二章晶體缺陷位錯(cuò)概念的提出位錯(cuò)概念的提出 用于解釋晶體的塑性變形。用于解釋晶體的塑性變形。2.2 2.2 位錯(cuò)位錯(cuò) Dislocation,Dislocation,位錯(cuò)是原子的一種特殊組態(tài)，是一種位錯(cuò)是原子的一種特殊組態(tài)，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的晶格缺陷，也稱(chēng)為具有特殊結(jié)構(gòu)的晶格缺陷，也稱(chēng)為線缺陷線缺陷。晶體的理論切變強(qiáng)度：30Gm一般金屬： m=104105MPa實(shí)際金屬單晶： 110MPaGeoffrey TaylorGeoffrey Taylor爵士爵士19341934年提出位錯(cuò)的概念年提出位錯(cuò)的概念2.2.1 2.2.1 位錯(cuò)的基本類(lèi)型位錯(cuò)的基本類(lèi)型1. 1. 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) 設(shè)有一簡(jiǎn)

2、單立方結(jié)構(gòu)的晶體，在切應(yīng)力的作用下發(fā)設(shè)有一簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)的晶體，在切應(yīng)力的作用下發(fā)生局部滑移，發(fā)生局部滑移后晶體內(nèi)在垂直方向出現(xiàn)了生局部滑移，發(fā)生局部滑移后晶體內(nèi)在垂直方向出現(xiàn)了一個(gè)多余的半原子面，顯然在晶格內(nèi)產(chǎn)生了缺陷，這就一個(gè)多余的半原子面，顯然在晶格內(nèi)產(chǎn)生了缺陷，這就是是位錯(cuò)位錯(cuò)，這種位錯(cuò)在晶體中有一個(gè)刀刃狀的多余半原子，這種位錯(cuò)在晶體中有一個(gè)刀刃狀的多余半原子面，所以稱(chēng)為面，所以稱(chēng)為刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)。通常稱(chēng)晶體上半部多出原子面的位錯(cuò)為通常稱(chēng)晶體上半部多出原子面的位錯(cuò)為正刃型位錯(cuò)正刃型位錯(cuò)，用，用符號(hào)符號(hào)“”表示，反之為表示，反之為負(fù)刃型位錯(cuò)負(fù)刃型位錯(cuò)，用，用“”表示。表示。正刃型位錯(cuò)正刃

3、型位錯(cuò)位錯(cuò)線負(fù)刃型位錯(cuò) 刃型位錯(cuò)有一個(gè)多余半原子面。一般把多余半原子面在滑移面以上者，稱(chēng)為正刃型位錯(cuò)，以“ ”號(hào)標(biāo)示；反之，則為負(fù)刃型位錯(cuò)，以“”號(hào)標(biāo)示。刃型位錯(cuò)的正、負(fù)之分只具相對(duì)意義，而無(wú)本質(zhì)區(qū)別。 刃型位錯(cuò)線與形成位錯(cuò)的晶體滑移矢量和滑移方向垂直。 刃型位錯(cuò)是以位錯(cuò)線為中心軸、半徑為23個(gè)原子間距的圓筒狀區(qū)域。 晶體中出現(xiàn)刃型位錯(cuò)之后，位錯(cuò)周?chē)狞c(diǎn)陣發(fā)生畸變，既有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變。 刃型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：透射電鏡下觀察到的位錯(cuò)線2. 2. 螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò) 設(shè)想在簡(jiǎn)單立方晶體右端施加一切應(yīng)力，使右端設(shè)想在簡(jiǎn)單立方晶體右端施加一切應(yīng)力，使右端ABCDABCD滑移面上下兩部分晶體發(fā)生一個(gè)原子

4、間距的相對(duì)切滑移面上下兩部分晶體發(fā)生一個(gè)原子間距的相對(duì)切變，在已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界處，變，在已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界處，ABAB線兩側(cè)的上下線兩側(cè)的上下兩層原子發(fā)生了錯(cuò)排和不對(duì)齊現(xiàn)象，它們圍繞著兩層原子發(fā)生了錯(cuò)排和不對(duì)齊現(xiàn)象，它們圍繞著ABAB線連線連成了一個(gè)螺旋線，而被成了一個(gè)螺旋線，而被ABAB線所貫穿的一組原來(lái)是平行的線所貫穿的一組原來(lái)是平行的晶面則變成了一個(gè)以晶面則變成了一個(gè)以ABAB線為軸的螺旋面。線為軸的螺旋面。 此種晶格缺陷被稱(chēng)為此種晶格缺陷被稱(chēng)為螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)。螺旋位錯(cuò)分為。螺旋位錯(cuò)分為左旋左旋和和右旋右旋。螺型位錯(cuò)示意圖EFEF螺形位錯(cuò)的螺旋面 螺型位錯(cuò)無(wú)多余半原子面。

5、螺型位錯(cuò)有左、右之分：若用拇指表示位錯(cuò)線方向，用其余四指表示與位錯(cuò)線垂直的晶面向前旋轉(zhuǎn)的方向，則合乎右手者為右螺位錯(cuò)，合乎左手者為左螺位錯(cuò)。 螺型位錯(cuò)線與形成該位錯(cuò)的晶體滑移矢量和滑移方向平行。 螺型位錯(cuò)也是一個(gè)圓筒狀區(qū)域，其直徑一般為34個(gè)原子間距。 螺型位錯(cuò)線周?chē)狞c(diǎn)陣也發(fā)生了畸變，但是只有平行于位錯(cuò)線的切應(yīng)變而無(wú)正應(yīng)變，即不會(huì)引起體積膨脹和收縮。螺型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：3. 3. 混合位錯(cuò)混合位錯(cuò) 如果局部滑移從晶體的一角開(kāi)始，然后逐漸擴(kuò)大滑如果局部滑移從晶體的一角開(kāi)始，然后逐漸擴(kuò)大滑移范圍，滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交界為曲線移范圍，滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交界為曲線ABAB在在A A處，位錯(cuò)處，位錯(cuò)線

6、和滑移方向平行，是線和滑移方向平行，是純螺型位錯(cuò)純螺型位錯(cuò)；在；在B B處，位錯(cuò)線和滑處，位錯(cuò)線和滑方向垂直，是方向垂直，是純?nèi)行臀诲e(cuò)純?nèi)行臀诲e(cuò)。其他。其他ABAB上的各點(diǎn)，曲線和滑上的各點(diǎn)，曲線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移方向既不垂直又不平行，原子排列介于螺型和刃型位錯(cuò)之間，所以稱(chēng)為錯(cuò)之間，所以稱(chēng)為混合型位錯(cuò)混合型位錯(cuò)。 混合位錯(cuò)示意圖 位錯(cuò)也可以在晶體內(nèi)部形成封閉線，形成封閉線的位錯(cuò)稱(chēng)為位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)環(huán)4. 4. 柏氏矢量柏氏矢量 19391939年柏格斯提出年柏格斯提出（1 1）柏氏矢量的確定方法）柏氏矢量的確定方法首先確定位錯(cuò)線的正方向，可以任意確定，習(xí)慣上常將由

7、首先確定位錯(cuò)線的正方向，可以任意確定，習(xí)慣上常將由里向外、由左向右、由下向上的方向作為位錯(cuò)線的正方向。里向外、由左向右、由下向上的方向作為位錯(cuò)線的正方向。根據(jù)右手定則確定柏氏回路的方向，即以右手拇指方向指根據(jù)右手定則確定柏氏回路的方向，即以右手拇指方向指向位錯(cuò)線方向，其余四指方向?yàn)榘厥匣芈贩较?。向位錯(cuò)線方向，其余四指方向?yàn)榘厥匣芈贩较?。在?shí)際晶體中，從任一原子在實(shí)際晶體中，從任一原子M出發(fā)，圍繞位錯(cuò)線（避開(kāi)位出發(fā)，圍繞位錯(cuò)線（避開(kāi)位錯(cuò)線附近的嚴(yán)重畸變區(qū)）以一定的步數(shù)作閉合回路錯(cuò)線附近的嚴(yán)重畸變區(qū)）以一定的步數(shù)作閉合回路MNOPQ在完整晶體中按同樣的方向和步數(shù)作相同的回路，該回路在完整晶體中按同

8、樣的方向和步數(shù)作相同的回路，該回路并不閉合，由終點(diǎn)并不閉合，由終點(diǎn)Q向始點(diǎn)向始點(diǎn)M引一矢量，使該回路閉合這個(gè)引一矢量，使該回路閉合這個(gè)矢量矢量QM就是實(shí)際晶體中刃型位錯(cuò)的柏氏矢量就是實(shí)際晶體中刃型位錯(cuò)的柏氏矢量b。刃型位錯(cuò)柏氏矢量的確定(a) 有位錯(cuò)的晶體 (b) 完整晶體 MNOPQMNOPQ柏氏矢量螺型位錯(cuò)柏氏矢量的確定(a) 有位錯(cuò)的晶體 (b) 完整晶體 柏氏矢量柏氏矢量的表示方法 柏氏矢量的大小和方向可以用它在3個(gè)坐標(biāo)軸上的分矢量來(lái)表征。在點(diǎn)陣常數(shù)為a的體心立方晶體中，若一個(gè)位錯(cuò)的柏氏矢量等于原點(diǎn)0,0,0到其體心位置1/2,1/2,1/2的矢量，則b=a/2i+a/2j+a/2k,

9、可寫(xiě)成b=a/2111 柏氏矢量的大小或模柏氏矢量的大小或模|b|=|b|= 表示位錯(cuò)周?chē)c(diǎn)陣畸變的程度，稱(chēng)為表示位錯(cuò)周?chē)c(diǎn)陣畸變的程度，稱(chēng)為位錯(cuò)強(qiáng)度，它也表，它也表示出晶體滑移時(shí)示出晶體滑移時(shí)原子移動(dòng)的大小和方向原子移動(dòng)的大小和方向。 同一晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量越大，位錯(cuò)強(qiáng)度越大，表明同一晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量越大，位錯(cuò)強(qiáng)度越大，表明位錯(cuò)導(dǎo)致的點(diǎn)陣畸變?cè)絿?yán)重，它所具有的能量也越高。位錯(cuò)導(dǎo)致的點(diǎn)陣畸變?cè)絿?yán)重，它所具有的能量也越高。 222wvuna（3 3）柏氏矢量的物理意義及特征）柏氏矢量的物理意義及特征不論所做柏氏回路的大小、形狀、位置如何變化，怎樣任意擴(kuò)大、縮小或移動(dòng)，只要它不與其他位錯(cuò)線相

10、交，對(duì)給定的位錯(cuò)所確定的柏氏矢量是一定的。這就是說(shuō)，一定位錯(cuò)的柏氏矢量是固定不變的，這一特性叫做柏氏矢量的守恒性。 三條推論：三條推論：（1）一條位錯(cuò)線，無(wú)論其形狀如何變化，只要不與）一條位錯(cuò)線，無(wú)論其形狀如何變化，只要不與其他位錯(cuò)線相交，其各處的柏氏矢量均相同其他位錯(cuò)線相交，其各處的柏氏矢量均相同（2）若數(shù)條位錯(cuò)線相交于一點(diǎn)，則指向結(jié)點(diǎn)的各位）若數(shù)條位錯(cuò)線相交于一點(diǎn)，則指向結(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏氏矢量之和應(yīng)等于離開(kāi)節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏錯(cuò)線的柏氏矢量之和應(yīng)等于離開(kāi)節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏氏矢量之和。氏矢量之和。（3）位錯(cuò)線不可能中斷于晶體內(nèi)部，這種性質(zhì)稱(chēng)為位）位錯(cuò)線不可能中斷于晶體內(nèi)部，這種性質(zhì)稱(chēng)為位錯(cuò)的

11、連續(xù)性。錯(cuò)的連續(xù)性。 利用柏氏矢量利用柏氏矢量b b與位錯(cuò)線與位錯(cuò)線t t的關(guān)系，可判定的關(guān)系，可判定位錯(cuò)類(lèi)型。位錯(cuò)類(lèi)型。 若若 b bt t 則為螺型位錯(cuò)。則為螺型位錯(cuò)。 若若 b bt t 為刃型位錯(cuò)。為刃型位錯(cuò)。 若既不垂直也不平行，為混合型位錯(cuò)若既不垂直也不平行，為混合型位錯(cuò)2.2.3 2.2.3 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有兩種基本形式：位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有兩種基本形式：滑移滑移和和攀移攀移。 在一定的切應(yīng)力的作用下，位錯(cuò)在滑移面上受到垂在一定的切應(yīng)力的作用下，位錯(cuò)在滑移面上受到垂至于位錯(cuò)線的作用力。當(dāng)此力足夠大，足以克服位錯(cuò)運(yùn)至于位錯(cuò)線的作用力。當(dāng)此力足夠大，足以克服位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的

12、阻力時(shí)，位錯(cuò)便可以沿著動(dòng)時(shí)受到的阻力時(shí)，位錯(cuò)便可以沿著滑移面滑移面移動(dòng)，這種移動(dòng)，這種沿著滑移面移動(dòng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為沿著滑移面移動(dòng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為滑移。 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)線還可以沿著垂直于滑移面的方向的位錯(cuò)線還可以沿著垂直于滑移面的方向移動(dòng)，刃型位錯(cuò)的這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為移動(dòng)，刃型位錯(cuò)的這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為攀移。 位錯(cuò)的滑移位錯(cuò)的滑移刃型位錯(cuò)：對(duì)含刃型位錯(cuò)的晶體加切應(yīng)力，切應(yīng)力方刃型位錯(cuò)：對(duì)含刃型位錯(cuò)的晶體加切應(yīng)力，切應(yīng)力方向平行于柏氏矢量，位錯(cuò)周?chē)又灰苿?dòng)很小距離，向平行于柏氏矢量，位錯(cuò)周?chē)又灰苿?dòng)很小距離，就使位錯(cuò)由位置就使位錯(cuò)由位置(a)(a)移動(dòng)到位置移動(dòng)到位置(b)(b)。 當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶

13、體表面時(shí)，整個(gè)上半部晶體相對(duì)當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶體表面時(shí)，整個(gè)上半部晶體相對(duì)下半部移動(dòng)了一個(gè)柏氏矢量晶體表面產(chǎn)生了高度為下半部移動(dòng)了一個(gè)柏氏矢量晶體表面產(chǎn)生了高度為b b的臺(tái)階的臺(tái)階。 刃型位錯(cuò)的柏氏矢量刃型位錯(cuò)的柏氏矢量b b與位錯(cuò)線與位錯(cuò)線t t互相垂直，故滑互相垂直，故滑移面為移面為b b與與t t 決定的平面，它是決定的平面，它是唯一確定唯一確定的。刃型位的。刃型位錯(cuò)移動(dòng)的方向與錯(cuò)移動(dòng)的方向與b b方向一致，和位錯(cuò)線垂直。方向一致，和位錯(cuò)線垂直。(a) (b) (c)刃型位錯(cuò)的滑移滑移面滑移臺(tái)階位錯(cuò)滑移的比喻位錯(cuò)滑移的比喻螺型位錯(cuò)：螺型位錯(cuò)： 沿滑移面運(yùn)動(dòng)時(shí)，在切應(yīng)力作用下，螺型位錯(cuò)使晶沿滑

14、移面運(yùn)動(dòng)時(shí)，在切應(yīng)力作用下，螺型位錯(cuò)使晶體右半部沿滑移面上下相對(duì)低移動(dòng)了一個(gè)沿原子間距。體右半部沿滑移面上下相對(duì)低移動(dòng)了一個(gè)沿原子間距。這種位移隨著螺型位錯(cuò)向左移動(dòng)而逐漸擴(kuò)展到晶體左半這種位移隨著螺型位錯(cuò)向左移動(dòng)而逐漸擴(kuò)展到晶體左半部分的原子列。部分的原子列。 螺型位錯(cuò)的滑移 刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)交滑移 螺型位錯(cuò)的移動(dòng)方向與螺型位錯(cuò)的移動(dòng)方向與b b垂直。此外因螺型位錯(cuò)垂直。此外因螺型位錯(cuò)b b 與與t t平行，平行，故通過(guò)位錯(cuò)線并包含故通過(guò)位錯(cuò)線并包含b b的隨所有晶面都可能成為它的滑移的隨所有晶面都可能成為它的滑移面。當(dāng)螺型位錯(cuò)在原滑移面運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，可轉(zhuǎn)移到與之

15、相面。當(dāng)螺型位錯(cuò)在原滑移面運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，可轉(zhuǎn)移到與之相交的另一個(gè)滑移面上去，這樣的過(guò)程叫交叉滑移，簡(jiǎn)稱(chēng)位交的另一個(gè)滑移面上去，這樣的過(guò)程叫交叉滑移，簡(jiǎn)稱(chēng)位錯(cuò)的錯(cuò)的交滑移交滑移。圖圖2-9 刃位錯(cuò)攀移示意圖刃位錯(cuò)攀移示意圖（a）正攀移（半原子）正攀移（半原子面縮短）面縮短）(b)未攀移未攀移（c）負(fù)攀移（半）負(fù)攀移（半原子面伸長(zhǎng)）原子面伸長(zhǎng)）刃型位錯(cuò)還可以在垂直滑移面的方向上運(yùn)動(dòng)即發(fā)生刃型位錯(cuò)還可以在垂直滑移面的方向上運(yùn)動(dòng)即發(fā)生攀移攀移。攀移的實(shí)質(zhì)是多余半原子面的伸長(zhǎng)或縮短。攀移的實(shí)質(zhì)是多余半原子面的伸長(zhǎng)或縮短。2. 位錯(cuò)的攀移位錯(cuò)的攀移位錯(cuò)攀移 位錯(cuò)攀移需要熱激活，較之滑移所需的能量更大。 對(duì)大

16、多數(shù)材料，在室溫下位錯(cuò)很難進(jìn)行攀移，只有在較高溫度下，位錯(cuò)的攀移才較為容易實(shí)現(xiàn)。 作用于刃型位錯(cuò)多余半原子面上的正應(yīng)力有助于位錯(cuò)進(jìn)行攀移，其中壓應(yīng)力能促進(jìn)正攀移，拉應(yīng)力則可促進(jìn)負(fù)攀移。 晶體中的過(guò)飽和點(diǎn)缺陷也能促進(jìn)位錯(cuò)攀移，是位錯(cuò)攀移的動(dòng)力之一。 螺型位錯(cuò)由于沒(méi)有多余半原子面，因此，它不會(huì)發(fā)生攀移。 1.1. 位錯(cuò)的滑移特征位錯(cuò)的滑移特征位錯(cuò)位錯(cuò)類(lèi)型類(lèi)型柏氏柏氏矢量矢量位錯(cuò)線位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向晶體滑移晶體滑移方向方向切應(yīng)力切應(yīng)力方向方向滑移面滑移面數(shù)目數(shù)目刃型刃型位錯(cuò)位錯(cuò)螺型螺型位錯(cuò)位錯(cuò)混合混合位錯(cuò)位錯(cuò)位錯(cuò)線位錯(cuò)線位錯(cuò)線本身位錯(cuò)線本身 與與b b一致一致與與b b一致一致唯一唯一確定確定位

17、錯(cuò)線位錯(cuò)線位錯(cuò)線本身位錯(cuò)線本身 與與b b一致一致與與b b一致一致多個(gè)多個(gè)成角度成角度位錯(cuò)線本身位錯(cuò)線本身 與與b b一致一致與與b b一致一致（1 1） 可以通過(guò)柏氏矢量和位錯(cuò)線的關(guān)系來(lái)判斷位錯(cuò)可以通過(guò)柏氏矢量和位錯(cuò)線的關(guān)系來(lái)判斷位錯(cuò)特征。特征。b bt t時(shí)為刃型位錯(cuò)，時(shí)為刃型位錯(cuò)，b bt t為螺型位錯(cuò)，對(duì)于混合為螺型位錯(cuò)，對(duì)于混合型位錯(cuò)，型位錯(cuò)，b b和和t t的角度在的角度在0 0和和9090。（2 2） 位錯(cuò)的滑移面包含柏氏矢量和位錯(cuò)線。位錯(cuò)的滑移面包含柏氏矢量和位錯(cuò)線。（3 3） 對(duì)于一根位錯(cuò)線而言，柏氏矢量是固定不變的。對(duì)于一根位錯(cuò)線而言，柏氏矢量是固定不變的。（4 4） 位

18、錯(cuò)線不能終止于完整晶體之中。位錯(cuò)線不能終止于完整晶體之中。練習(xí)練習(xí)1 1如圖，位錯(cuò)環(huán)的柏氏矢量正好處于滑移面上。（如圖，位錯(cuò)環(huán)的柏氏矢量正好處于滑移面上。（1 1）判斷）判斷各段位錯(cuò)線的性質(zhì)。（各段位錯(cuò)線的性質(zhì)。（2 2）在圖中所示切應(yīng)力的作用下，）在圖中所示切應(yīng)力的作用下，位錯(cuò)線將如何移動(dòng)。（位錯(cuò)線將如何移動(dòng)。（3 3）該位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)出晶體后，晶體）該位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)出晶體后，晶體的外形將發(fā)生怎樣的改變。的外形將發(fā)生怎樣的改變。 練習(xí)練習(xí)2 2晶面上有一位錯(cuò)環(huán)，確定其柏氏矢量，該位錯(cuò)環(huán)在切應(yīng)晶面上有一位錯(cuò)環(huán)，確定其柏氏矢量，該位錯(cuò)環(huán)在切應(yīng)力作用下將如何運(yùn)動(dòng)？力作用下將如何運(yùn)動(dòng)？ 當(dāng)位錯(cuò)在其滑移面上滑

19、移時(shí)，會(huì)與穿過(guò)滑移面的其他位錯(cuò)相遇。當(dāng)外力足夠大時(shí)，兩個(gè)相遇的位錯(cuò)便會(huì)交叉通過(guò)，繼續(xù)向前滑移。位錯(cuò)間交叉通過(guò)的行為即稱(chēng)為位錯(cuò)交割。 發(fā)生位錯(cuò)交割后，位錯(cuò)線常常變成折線，即形成折線線段。此扭折線段在位錯(cuò)滑移過(guò)程中可以消失，則為位錯(cuò)扭折，如果位錯(cuò)滑移過(guò)程中不能消失，就稱(chēng)為位錯(cuò)割階。2.2.4 運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的交割 位錯(cuò)之間發(fā)生交割后，位錯(cuò)線常常變成折線，即形成扭折線段。此扭折線段如果在位錯(cuò)滑移過(guò)程中可以消失，則稱(chēng)為位錯(cuò)扭折位錯(cuò)扭折，如果在位錯(cuò)滑移過(guò)程中不能消失，就稱(chēng)為位位錯(cuò)割階。錯(cuò)割階。扭折線段OO的位錯(cuò)類(lèi)型由它與自身的（也是原位錯(cuò)的）柏氏矢量b b2之間的關(guān)系確定：OOb b2時(shí)，為刃型位錯(cuò)；OOb

20、b2時(shí)，為螺型位錯(cuò)；OO 與b b2成其它任何角度時(shí)，均為混合位錯(cuò)。 扭折線段OO在位錯(cuò)滑移時(shí)能否保存下來(lái)成為割階，要看它的滑移面S3與原位錯(cuò)的滑移面S2是否重合，或者說(shuō)OO在不在原位錯(cuò)的滑移面S2上。如果扭折線段OO在原位錯(cuò)的滑移面S2上，當(dāng)原位錯(cuò)滑移時(shí)，它就會(huì)因原位錯(cuò)被拉直而消失。這樣的扭折線段就是扭折，而不能成為割階。如果扭折線段OO不在原位錯(cuò)的滑移面S2上，它就不會(huì)在原位錯(cuò)滑移時(shí)消失，這樣扭折線段就成為割階。是割階割階又按它是否可以隨著原位錯(cuò)一起滑移而分為可動(dòng)割階與不動(dòng)割階。當(dāng)割階的滑移方向與原位錯(cuò)的滑移方向一致時(shí)，割階可以隨著原位錯(cuò)一起滑移，稱(chēng)之為可動(dòng)割階或滑移割階；有些割階的滑移方

21、向與原位錯(cuò)滑移方向不一致，便不可能隨著原位錯(cuò)一起滑移，只能在很大應(yīng)力作用下，被原位錯(cuò)拖著攀移，這樣的割階稱(chēng)為不動(dòng)割階或攀移割階。A.兩個(gè)柏氏矢量相互垂直的刃型位錯(cuò)的交割幾種典型的位錯(cuò)交割B.兩個(gè)柏氏矢量相互平行的刃型位錯(cuò)的交割C. 柏氏矢量相互垂直的刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的交割運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)交割后，每一位錯(cuò)線上都可能產(chǎn)生一扭折或割階，其大小和方向取決于另一位錯(cuò)的柏氏矢量，但具有原位錯(cuò)的柏氏矢量；所有的割階都是刃型位錯(cuò)，而扭折可以是刃型也可是螺型的；刃型位錯(cuò)被交割后若形成割階，一定是可動(dòng)割階，而螺型位錯(cuò)被交割后所形成的割階一定是不動(dòng)割階。D. 兩個(gè)柏氏矢量相互垂直的螺型位錯(cuò)的交割 帶割階的螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，

22、按割階高度的不同，可分為三種情況。帶小割階的螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)帶中等尺寸割階的螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 割階的高度很大，約在2030個(gè)原子間距 帶割階位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)帶割階位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)此種割階的高度為幾個(gè)至20個(gè)原子間距。由于割階尺寸較大，螺型位錯(cuò)就會(huì)被割階的兩端釘扎住，而不可能拖著割階滑移了。當(dāng)外加應(yīng)力足夠大，以至可使CO、PD位錯(cuò)向前滑移時(shí)，就從割階的兩端引出一對(duì)異號(hào)刃位錯(cuò)線段，稱(chēng)為位錯(cuò)偶。帶中等尺寸割階的螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 割階的高度很大，約在2030個(gè)原子間距。帶這種大割階的螺型位錯(cuò)滑移時(shí)，割階的釘扎作用更為顯著，以至于割階以外的螺型位錯(cuò)OM、ON只能以割階為軸，獨(dú)立地在各自的滑移面S1和S2上旋轉(zhuǎn)。這實(shí)際上也是在晶

23、體中實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)增殖的一種方式。2.2.5 2.2.5 位錯(cuò)的形成和位錯(cuò)的增殖位錯(cuò)的形成和位錯(cuò)的增殖1. 1. 位錯(cuò)的來(lái)源位錯(cuò)的來(lái)源（1 1）過(guò)飽和的空位凝聚，崩塌產(chǎn)生位錯(cuò)環(huán)。）過(guò)飽和的空位凝聚，崩塌產(chǎn)生位錯(cuò)環(huán)。（2 2）晶體結(jié)晶過(guò)程中形成。）晶體結(jié)晶過(guò)程中形成。（3 3）當(dāng)晶體受到力的作用，局部地區(qū)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中形）當(dāng)晶體受到力的作用，局部地區(qū)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中形成位錯(cuò)。成位錯(cuò)。 2.2.位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度 是指單位體積內(nèi)位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度。是指單位體積內(nèi)位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度。 其表達(dá)式為其表達(dá)式為 /VLL V式中：式中：L LV V是體位錯(cuò)密度；是體位錯(cuò)密度；L L是位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度；是位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度；V V

24、是晶體的體積。是晶體的體積。經(jīng)常用穿過(guò)單位面積的位錯(cuò)數(shù)目來(lái)表示位錯(cuò)密度。經(jīng)常用穿過(guò)單位面積的位錯(cuò)數(shù)目來(lái)表示位錯(cuò)密度。式中：是穿過(guò)截面的位錯(cuò)數(shù)；是截面面積。式中：是穿過(guò)截面的位錯(cuò)數(shù)；是截面面積。位錯(cuò)密度的單位是位錯(cuò)密度的單位是cmcm-2-2。/An A3. 3. 位錯(cuò)的增殖位錯(cuò)的增殖弗蘭克弗蘭克- -瑞德源（瑞德源（Frank-Read SourceFrank-Read Source）. . 螺形位錯(cuò)通過(guò)雙交滑移機(jī)制增殖 界面包括外表面（自由表面）和內(nèi)界面。界面包括外表面（自由表面）和內(nèi)界面。 表面是指固體材料與氣體或液體的分界面，而內(nèi)表面是指固體材料與氣體或液體的分界面，而內(nèi)界面可分為晶界、

25、亞晶界、相界及孿晶界等。界面可分為晶界、亞晶界、相界及孿晶界等。 界面通常為幾個(gè)原子層厚的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的原界面通常為幾個(gè)原子層厚的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的原子排列甚至化學(xué)成分往往不同于晶體內(nèi)部，又因子排列甚至化學(xué)成分往往不同于晶體內(nèi)部，又因它系二維結(jié)構(gòu)分布，故屬于晶體中的面缺陷。它系二維結(jié)構(gòu)分布，故屬于晶體中的面缺陷。 界面的存在對(duì)晶體的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能將界面的存在對(duì)晶體的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能將產(chǎn)生重要的影響。產(chǎn)生重要的影響。2.3 面缺陷面缺陷2.3.1 2.3.1 表面表面 晶體表面結(jié)構(gòu)與晶體內(nèi)部不同，由于表面是原子排晶體表面結(jié)構(gòu)與晶體內(nèi)部不同，由于表面是原子排列的終止面，另一側(cè)無(wú)固體中

26、原子的鍵合，其配位數(shù)少列的終止面，另一側(cè)無(wú)固體中原子的鍵合，其配位數(shù)少于晶體內(nèi)部，導(dǎo)致表面原子偏離正常位置，并影響了鄰于晶體內(nèi)部，導(dǎo)致表面原子偏離正常位置，并影響了鄰近的幾層原子，造成點(diǎn)陣畸變，使其能量高于晶內(nèi)。近的幾層原子，造成點(diǎn)陣畸變，使其能量高于晶內(nèi)。 晶體表面單位面積能量的增加稱(chēng)為比表面能，表面晶體表面單位面積能量的增加稱(chēng)為比表面能，表面能可以理解為產(chǎn)生單位面積新表面所作的功：能可以理解為產(chǎn)生單位面積新表面所作的功：表示。表示。 一般外表面通常是表面能低的密排面。一般外表面通常是表面能低的密排面。 對(duì)于體心立方對(duì)于體心立方100100表面能最低，對(duì)于面心立方表面能最低，對(duì)于面心立方11

27、1111表面能最低。表面能最低。2.3 面缺陷面缺陷dSdW如果晶體表面與原子密排面成一定角度，為了保持低能量的表面狀態(tài)，晶體的表面大都呈臺(tái)階狀臺(tái)階的平面是低表面能的原子密排面，臺(tái)階的密度取決于表面和原子密排面之間的交角。表面能除了與晶體表面原子排列致密程度有關(guān)外，還與晶體表面曲率有關(guān)。當(dāng)其他條件相同時(shí)，表面曲率愈大，表面能也愈高。晶體表面原子的較高能量狀態(tài)及其所具有的殘余結(jié)合鍵，將使外來(lái)原子易于被表面吸附，并引起表面能的降低。此外，臺(tái)階狀的晶體表面也為原子的表面擴(kuò)散以及表面吸附現(xiàn)象提供了一定條件。多晶體中，每個(gè)晶粒內(nèi)部原子也并非十分整齊，會(huì)出現(xiàn)多晶體中，每個(gè)晶粒內(nèi)部原子也并非十分整齊，會(huì)出現(xiàn)

28、位向差極小的亞結(jié)構(gòu)，亞結(jié)構(gòu)之間的交界為位向差極小的亞結(jié)構(gòu)，亞結(jié)構(gòu)之間的交界為亞晶界亞晶界。晶界的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)與相鄰晶粒的取向差有關(guān)，當(dāng)取向差晶界的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)與相鄰晶粒的取向差有關(guān)，當(dāng)取向差約小于約小于1010，叫，叫小角度晶界小角度晶界，當(dāng)取向差大于，當(dāng)取向差大于1010以上時(shí)，以上時(shí)，叫叫大角度晶界大角度晶界。晶界處，原子排列紊亂，使能量增高，即產(chǎn)生晶界處，原子排列紊亂，使能量增高，即產(chǎn)生晶界能晶界能。 2.3.2 晶界與亞晶界晶界與亞晶界多晶體由許多晶粒組成，每個(gè)晶粒組成是一個(gè)小單晶。多晶體由許多晶粒組成，每個(gè)晶粒組成是一個(gè)小單晶。相鄰的晶粒位向不同，其交界面叫相鄰的晶粒位向不同，其交界面叫晶粒界晶粒界，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)晶界晶界。1 1 小角度晶界小角度晶界 最簡(jiǎn)單的小角度晶界是最簡(jiǎn)單的小角度晶界是對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界，由一系列柏，由一系列柏氏矢量互相平行的同號(hào)刃型位錯(cuò)垂直排列而成，晶界兩氏矢量互相平行的同號(hào)刃型位錯(cuò)垂直排列而成，晶界兩邊對(duì)稱(chēng)，兩晶粒的位相差為邊對(duì)稱(chēng)，兩晶粒的位相差為，柏氏矢量為，柏氏矢量為b b，當(dāng)當(dāng)很小很小時(shí)，求得晶界中位錯(cuò)間距為時(shí)，求得晶界中位錯(cuò)間距為D=D=b b/。 對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界中同號(hào)位錯(cuò)垂直排列，刃型位錯(cuò)產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界中同號(hào)位錯(cuò)垂直排列，刃型位錯(cuò)產(chǎn)生的壓應(yīng)力場(chǎng)與拉應(yīng)力場(chǎng)可互相抵消