材料物理化學-第四章 晶體的點缺陷與線缺陷

1、 湖南工學院 位錯對晶體的強度與斷裂等力學性能起著決定性的作用。同時，位錯對晶體 的擴散與相變等過程也有一定的影響。 一、位錯模型的提出背景 完整晶體塑性變形滑移的模型金屬晶體的理論強度理論強度比實測 強度高出幾個數(shù)量級 晶體缺陷的設想 線缺陷（位錯）的模型 以位錯滑 移模型計算出的晶體強度，與實測值基本相符。 晶體（例如Cu單晶體）作剛性滑移所需的臨界切應力值（1540MPa）與實際 滑移測定的值（1MPa）相差巨大，表明晶體內部一定存在著很多缺陷，它們使滑 移，即塑性變形,不需作兩個原子面之間的整體移動，在低的應力條件下就能進 行，這種內部缺陷就是位錯。 二、理想晶體的滑移模型 晶體在滑移

2、時， 滑移面上各個原子在切應力作用下，同時克服相鄰滑移面上 原子的作用力前進一個原子間距， 完成這一過程所需的切應力就相當于晶體的理 論剪切屈服強度， 這是一個很大的數(shù)值，例如Cu單晶體的理論剪切屈服強度約為 1540 MPa，但它實際的屈服強度僅為1Mpa，二者相差巨大 。 三、位錯的基本類型和特征 晶體在不同的應力狀態(tài)下， 其滑移方式不同。根據(jù)原子的滑移方向和位錯線 取向的幾何特征不同，位錯分為 1、刃位錯 形成及定義 晶體在大于屈服值的切應力t作用下，以ABCD面為滑移面發(fā)生滑移。EF是晶 體已滑移部分和未滑移部分的交線，猶如砍入晶體的一把刀的刀刃，即刃位錯。 幾何特征： 位錯線與原子滑

3、移方向相垂直；滑移面上部位錯線周圍原子受 壓應力作用， 原子間距小于正常晶格間距；滑移面下部位錯線周圍原子受張應力 作用，原子間距大于正常晶格間距。 分類：正刃位錯， “” ；負刃位錯， “T” 。符號中水平線代表滑 移面，垂直線代表半個原子面。 刃型位錯的結構特征 有一額外的半原子面； 可理解為是已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線，可是直線 材料物理化學 湖南工學院 也可是折線和曲線， 但它們必與滑移方向和滑移矢量垂直；只能在同時包含有位 錯線和滑移矢量的滑移平面上滑移； 位錯周圍點陣發(fā)生彈性畸變，有切應變， 也有正應變；位錯畸變區(qū)只有幾個原子間距，是狹長的管道，故是線缺陷 2、螺位錯 形成及定義

4、晶體在外加切應力t作用下，沿ABCD面滑移，圖中EF線為已滑移區(qū)與未滑移 區(qū)的分界處。 由于位錯線周圍的一組原子面形成了一個連續(xù)的螺旋形坡面，故稱 為螺位錯。 幾何特征： 位錯線與原子滑移方向相平行；位錯線周圍原子的配置是螺旋 狀的。 分類：有左、右旋之分，分別以符號“È”和“Ç”表示。其中小圓點代 表與該點垂直的位錯，旋轉箭頭表示螺旋的旋轉方向。它們之間符合左手、右手 螺旋定則。 螺型位錯的結構特征 無額外的半原子面，原子錯排程軸對稱，分右旋和左旋螺型位錯；滑移面不 是唯一的， 包含螺型位錯線的平面都可以作為它的滑移面；位錯周圍點陣也發(fā)生 彈性畸變， 但只有平行于位錯線的切應變而無正應變，即不引起體積的膨脹和收 縮；位錯畸變區(qū)也是幾個原子間距寬度，同樣是線位錯。 3、混合型位錯 在外力t作用下， 兩部分之間發(fā)生相對滑移，在晶體內部已滑移和未滑移部 分的交線既不垂直也不平行滑移方向（伯氏矢量b），這樣的位錯稱為混合位錯。 位錯線上任意一點，經矢量分解后，可分解