材料科學(xué)基礎(chǔ)第四章晶體缺陷(進(jìn)階版)

1、理想晶體：理想晶體：原子完全規(guī)則地排列的晶體。原子完全規(guī)則地排列的晶體。晶體缺陷：晶體中部分原子排列偏離理想狀態(tài)，晶體缺陷：晶體中部分原子排列偏離理想狀態(tài)， 局部產(chǎn)生不規(guī)則、不完整的原子排列。局部產(chǎn)生不規(guī)則、不完整的原子排列。晶體缺陷產(chǎn)生的原因：原子的熱振動(dòng)、晶體形成晶體缺陷產(chǎn)生的原因：原子的熱振動(dòng)、晶體形成條件限制、施加的外部條件等。條件限制、施加的外部條件等。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院1實(shí)際晶體存在晶體缺陷，實(shí)際晶體存在晶體缺陷，按照幾何特點(diǎn)這些缺按照幾何特點(diǎn)這些缺陷可以分為三大類陷可以分為三大類點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷缺陷在各方向的延伸都很小缺陷在各方向的延伸都很小,亦稱零亦稱零維缺陷。如空位、間隙原子、

2、雜質(zhì)原子等。維缺陷。如空位、間隙原子、雜質(zhì)原子等。線缺陷線缺陷缺陷只在一個(gè)方向延伸或稱一維缺陷。缺陷只在一個(gè)方向延伸或稱一維缺陷。如位錯(cuò)。如位錯(cuò)。面缺陷缺陷在二個(gè)方向延伸面缺陷缺陷在二個(gè)方向延伸, ,或稱二維缺陷?；蚍Q二維缺陷。如表面、晶界、相界等。如表面、晶界、相界等。 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院2根據(jù)對(duì)理想晶體偏離的幾何位置來分，有三類正常結(jié)點(diǎn)位置沒有被質(zhì)點(diǎn)占據(jù)，稱為正常結(jié)點(diǎn)位置沒有被質(zhì)點(diǎn)占據(jù)，稱為空位空位。同類質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入間隙位置成為同類質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入間隙位置成為間隙原子間隙原子。進(jìn)入進(jìn)入間隙位置間隙位置間隙雜質(zhì)原子間隙雜質(zhì)原子正常結(jié)點(diǎn)正常結(jié)點(diǎn)取代（置換）雜取代（置換）雜質(zhì)原子質(zhì)原子。固溶體固溶體2.1

3、 2.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(1) (1) 點(diǎn)缺陷類型點(diǎn)缺陷類型晶格原子圍繞平衡位置作熱振動(dòng)，頻率晶格原子圍繞平衡位置作熱振動(dòng)，頻率在在1012 - 1013赫茲（德拜頻率）赫茲（德拜頻率）原子的能量不是平均的，也不恒定，原原子的能量不是平均的，也不恒定，原子動(dòng)能近似服從子動(dòng)能近似服從Maxwell-Boltzman分布，分布，即能量高于即能量高于E原子所占比例原子所占比例 exp(-E/kt)少數(shù)高能原子離開自己的平衡位置，在少數(shù)高能原子離開自己的平衡位置，在晶格節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)空位。晶格節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)空位。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院4河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院5 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院6遷移遷移 空位或間隙原子由一個(gè)位置運(yùn)

4、空位或間隙原子由一個(gè)位置運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)位置的過程。動(dòng)到另一個(gè)位置的過程。復(fù)合復(fù)合 間隙原子與空位相遇時(shí)，將落間隙原子與空位相遇時(shí)，將落入空位，兩者同時(shí)消失，這一過程稱為入空位，兩者同時(shí)消失，這一過程稱為復(fù)合。復(fù)合。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院7點(diǎn)缺陷從一個(gè)平衡位置移動(dòng)到相鄰位置，也點(diǎn)缺陷從一個(gè)平衡位置移動(dòng)到相鄰位置，也要克服能量障礙要克服能量障礙只有周圍原子具有足夠能量才可能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)只有周圍原子具有足夠能量才可能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院8點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)熱激活的過程點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)熱激活的過程運(yùn)動(dòng)頻率與溫度有關(guān)。例如運(yùn)動(dòng)頻率與溫度有關(guān)。例如Cu中的空位，中的空位，300K 10-5/s, 130

5、0K 108/s空位移動(dòng)所造成的粒子遷移，即晶體中空位移動(dòng)所造成的粒子遷移，即晶體中的自擴(kuò)散。（以后會(huì)學(xué)到）自擴(kuò)散激活的自擴(kuò)散。（以后會(huì)學(xué)到）自擴(kuò)散激活能相當(dāng)于空位形成能與移動(dòng)能的總和。能相當(dāng)于空位形成能與移動(dòng)能的總和。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院9點(diǎn)缺陷并不是固定不動(dòng)的，而是處于不點(diǎn)缺陷并不是固定不動(dòng)的，而是處于不斷的產(chǎn)生和消失過程中斷的產(chǎn)生和消失過程中在一定溫度下，晶體中點(diǎn)缺陷的數(shù)目是在一定溫度下，晶體中點(diǎn)缺陷的數(shù)目是一定的，保持動(dòng)態(tài)平衡。一定的，保持動(dòng)態(tài)平衡。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院10空位形成引起點(diǎn)陣畸變，亦會(huì)割斷鍵力，故空位形成需能量，空位形成能（EV）為形成一個(gè)空位所需能量；形成空位又使晶體中

6、混亂度增加，使熵增加。而熵的變化包括兩部分： 空位改變它周圍原子的振動(dòng)引起振動(dòng)熵，SV 空位在晶體點(diǎn)陣中的排列可有許多不同的幾何組態(tài)，使排列熵SC增加。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院11設(shè)在溫度T時(shí)，含有N個(gè)結(jié)點(diǎn)的晶體中形成n個(gè)空位，與無空位晶體相比F=nEV-TSS=SC+nSVn個(gè)空位引入，可能的原子排列方式利用玻爾茲曼關(guān)系，SC=klnWC，并利用Stiring公式令：!)!(!nnNNWc 0)(TnF )/exp()/exp()/exp(kTEAkTEkSNnCVVV 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院12根據(jù)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的愛因斯坦模型，振動(dòng)熵形成空位后，原子振動(dòng)頻率降低到所以式中A=exp(SV/k)，約為

7、1-10hkTkSVln3ln3ln3ln3khkTkhkTkSV河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院13若已知EV和SV，則可由上式計(jì)算出任一溫度T下的濃度C.由上式可得： 1）晶體中空位在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的，一定溫度T對(duì)應(yīng)一平衡濃度C 2）C與T呈指數(shù)關(guān)系，溫度升高，空位濃度增大 3）空位形成能EV大，空位濃度小例如：已知銅中EV=1.710-19J，A取為1，則 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院14點(diǎn)缺陷是平衡缺陷，點(diǎn)缺陷是平衡缺陷，點(diǎn)缺陷與線、面缺陷的區(qū)別之一是后者為熱力學(xué)不穩(wěn)定的缺陷。在一定溫度下，晶體中有一定平衡數(shù)量的空位和間隙原子出現(xiàn)缺陷時(shí)，提高內(nèi)能，但是也引起較出現(xiàn)缺陷時(shí)，提高內(nèi)能，但是也引起較大的熵增。大

8、的熵增。kTEkSvVeeC河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院15高能射線輻射、嚴(yán)重變高能射線輻射、嚴(yán)重變形、高溫淬火等可以獲形、高溫淬火等可以獲得過飽和缺陷得過飽和缺陷空位引起點(diǎn)陣畸變，使空位引起點(diǎn)陣畸變，使傳導(dǎo)電子受到散射，傳導(dǎo)電子受到散射，存存在過飽和缺陷提高電阻在過飽和缺陷提高電阻;存在過飽和缺陷降低密存在過飽和缺陷降低密度度對(duì)室溫力學(xué)性能影響對(duì)室溫力學(xué)性能影響“不大不大”空位對(duì)材料的高溫蠕變、沉淀、回復(fù)、表面氧化、燒結(jié)有重要影響200400600800100012001400160012.0012.2512.5012.7513.0013.25 Temperature / oCcmFe的電阻率隨淬火

9、溫度的變化的電阻率隨淬火溫度的變化河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院16上世紀(jì)初，塑性變形已經(jīng)成為制造金屬制品和上世紀(jì)初，塑性變形已經(jīng)成為制造金屬制品和強(qiáng)化材料的重要手段，但是對(duì)于變形的微觀過強(qiáng)化材料的重要手段，但是對(duì)于變形的微觀過程、加工硬化等尚不能解釋。程、加工硬化等尚不能解釋。滑移帶現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)，普遍認(rèn)為金屬塑性變形是滑移帶現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)，普遍認(rèn)為金屬塑性變形是晶體剛性滑移的結(jié)果，滑移面兩側(cè)的晶體借助晶體剛性滑移的結(jié)果，滑移面兩側(cè)的晶體借助于剛性滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)變形。于剛性滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)變形。1926年弗蘭克爾從剛性模型出發(fā)，估計(jì)了晶體年弗蘭克爾從剛性模型出發(fā)，估計(jì)了晶體的理論強(qiáng)度。的理論強(qiáng)度。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院17根

10、據(jù)晶體的性質(zhì)根據(jù)晶體的性質(zhì),阻力應(yīng)是阻力應(yīng)是周期函數(shù)；周期函數(shù)；當(dāng)當(dāng)x=0, =0;x=b, =0取取當(dāng)當(dāng)x很小時(shí)，很小時(shí)，bxm2sinbxm2河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院18由于切變量由于切變量x/a, 根據(jù)虎克定律根據(jù)虎克定律 兩式比較得兩式比較得因因a b,所以所以進(jìn)一步修正進(jìn)一步修正 axGaxGbxm22Gm30Gm河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院19金 屬理論切應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值切變模量Al38300.78624400Ag39800.37225000Cu64800.49040700-Fe110002.7568950Mg26300.39316400河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院20一般金屬的一般金屬的G=104105M

11、Pa,理論剪切強(qiáng)理論剪切強(qiáng)度應(yīng)為度應(yīng)為103104MPa，實(shí)際只有，實(shí)際只有110MPa理論強(qiáng)度比實(shí)測(cè)值大理論強(qiáng)度比實(shí)測(cè)值大1000倍以上倍以上！1934年年Taylor, Polanyi和和Orowan幾乎同幾乎同時(shí)提出晶體中存在易動(dòng)的缺陷位錯(cuò)，時(shí)提出晶體中存在易動(dòng)的缺陷位錯(cuò)，借助于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)塑性變形借助于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)塑性變形河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院21河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院22位錯(cuò)是一個(gè)直徑位錯(cuò)是一個(gè)直徑35個(gè)原子間距，長幾個(gè)原子間距，長幾千千幾萬個(gè)原子間距的管狀原子畸變區(qū)幾萬個(gè)原子間距的管狀原子畸變區(qū)從幾何上看，它是一個(gè)方向尺寸較大，從幾何上看，它是一個(gè)方向尺寸較大，而另外兩個(gè)方向上尺寸較小

12、的線缺陷。而另外兩個(gè)方向上尺寸較小的線缺陷。位錯(cuò)對(duì)晶體生長、相變、塑性變形、擴(kuò)位錯(cuò)對(duì)晶體生長、相變、塑性變形、擴(kuò)散、再結(jié)晶等一系列行為及材料的物理、散、再結(jié)晶等一系列行為及材料的物理、化學(xué)性質(zhì)都有十分重要的影響?；瘜W(xué)性質(zhì)都有十分重要的影響。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院23位錯(cuò)：一列或相鄰的幾列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院24河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院251)刃型位錯(cuò)有一額外半原子面刃型位錯(cuò)有一額外半原子面n多出的半原子面在滑移面上邊(嚴(yán)格說來，半原子面與坐標(biāo)軸正方向一致)的稱為正刃型位錯(cuò)，記為“”；n多出半原子面在下邊的稱為負(fù)刃型位錯(cuò)，記為“ 。2)刃型位錯(cuò)線可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的刃

13、型位錯(cuò)線可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線。邊界線。3)位錯(cuò)線不一定是直線，可以是平面折線或曲線位錯(cuò)線不一定是直線，可以是平面折線或曲線;刃型刃型位錯(cuò)線必與滑移矢量垂直，位錯(cuò)線必與滑移矢量垂直，4)滑移面是包含位錯(cuò)線和滑移矢量的唯一平面?；泼媸前诲e(cuò)線和滑移矢量的唯一平面。5)位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變，既有正應(yīng)變，又有位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變，既有正應(yīng)變，又有切應(yīng)變切應(yīng)變河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院26 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院27假設(shè)外力使晶體作假設(shè)外力使晶體作另一種局部滑移另一種局部滑移（撕裂），滑移面（撕裂），滑移面上下兩部分晶體作上下兩部分晶體作切滑移切滑移滑移區(qū)與未滑移區(qū)滑移區(qū)與未

14、滑移區(qū)的邊界就是螺型位的邊界就是螺型位錯(cuò)。錯(cuò)?；品较蚺c位錯(cuò)線滑移方向與位錯(cuò)線平行。平行。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院28河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院29河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院30河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院311）螺型位錯(cuò)無額外半原子面，但是一些晶面變成了螺旋面，原子錯(cuò)排呈軸對(duì)稱2）位錯(cuò)線與滑移矢量平行，故一定是直線 3）包含螺位錯(cuò)線的面必然包含滑移矢量，故螺位錯(cuò)的滑移面不是唯一的；4）螺位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣也發(fā)生了彈性畸變，但只有平行于位錯(cuò)線的切應(yīng)變，無正應(yīng)變（在垂直于位錯(cuò)線的平面投影上，看不出缺陷）5)分左右螺旋 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院32n如果滑移方向與位錯(cuò)線兩者方向夾角呈任意角度，就是混合位錯(cuò)河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院33

15、河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院34（1）位錯(cuò)線是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界;（2）位錯(cuò)及其畸變區(qū)是一條管道, 位錯(cuò)線附近的原子偏離了平衡位置。（3）位錯(cuò)線具有連續(xù)性，即位錯(cuò)線不能中斷于晶體內(nèi)部。只可在表面露頭，或終止于晶界和相界，或與其它位錯(cuò)相交，或自行封閉成環(huán)。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院35bbSlip Motion of the dislocation河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院36bbSlip Mixed dislocationMotion of the dislocation河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院37河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院381939年柏格斯（年柏格斯（J. M. Burgers）提出了采用柏）提出了采用柏氏回路來

16、定義位錯(cuò)，借助一個(gè)規(guī)定的矢量即柏氏回路來定義位錯(cuò)，借助一個(gè)規(guī)定的矢量即柏氏矢量來揭示位錯(cuò)的本質(zhì)。氏矢量來揭示位錯(cuò)的本質(zhì)。 位錯(cuò)從晶體移出，滑移臺(tái)階的大小方向用滑移位錯(cuò)從晶體移出，滑移臺(tái)階的大小方向用滑移矢量矢量 表示，滑移矢量也稱柏氏矢量表示，滑移矢量也稱柏氏矢量柏氏矢量反應(yīng)了位錯(cuò)中心區(qū)點(diǎn)陣畸變的程度和柏氏矢量反應(yīng)了位錯(cuò)中心區(qū)點(diǎn)陣畸變的程度和方向方向柏氏矢量柏氏矢量=位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)的原子位移位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)的原子位移河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院391)首先選定位錯(cuò)線的正向，例如出紙面的方向首先選定位錯(cuò)線的正向，例如出紙面的方向2)在實(shí)際晶體中，從任一原子出發(fā)，圍繞位錯(cuò)在實(shí)際晶體中，從任一原子出發(fā)，圍繞位錯(cuò)（避開

17、位錯(cuò)線附近的嚴(yán)重畸變區(qū)）以一定的步（避開位錯(cuò)線附近的嚴(yán)重畸變區(qū)）以一定的步數(shù)作一右旋閉合回路（稱為柏氏回路）。數(shù)作一右旋閉合回路（稱為柏氏回路）。3)在完整晶體中按同樣的方向和步數(shù)作相同的在完整晶體中按同樣的方向和步數(shù)作相同的回路，該回路并不封閉，由終點(diǎn)回路，該回路并不封閉，由終點(diǎn)F向起點(diǎn)向起點(diǎn)S引引一矢量，使該回路閉合，這個(gè)矢量一矢量，使該回路閉合，這個(gè)矢量b就是實(shí)際就是實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量。晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量。（以上為（以上為Frank取向）取向） 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院40b與位錯(cuò)線垂直與位錯(cuò)線垂直河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院41b與位錯(cuò)線平行與位錯(cuò)線平行河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院42刃型位錯(cuò)刃型

18、位錯(cuò)b t（位錯(cuò)線單位向量），半原（位錯(cuò)線單位向量），半原子面方向子面方向n=t b。刃型位錯(cuò)可以是直線或。刃型位錯(cuò)可以是直線或平面曲線（刀刃曲線）平面曲線（刀刃曲線）螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)b/t（位錯(cuò)線單位向量），一定（位錯(cuò)線單位向量），一定是直線。是直線。n二者同向?yàn)橛倚菪臀诲e(cuò)；bt0n二者反向?yàn)樽笮菪臀诲e(cuò)；btC0，F(xiàn)c0，即過飽和空位使刃型位錯(cuò)向，即過飽和空位使刃型位錯(cuò)向上攀移；上攀移；若若CC0，F(xiàn)c0，即空位濃度低于平衡濃度，即空位濃度低于平衡濃度，位錯(cuò)放出空位使刃型位錯(cuò)向下攀移；位錯(cuò)放出空位使刃型位錯(cuò)向下攀移；20lnbdyCCkTdndG02lnCCbkTyGFc河北工業(yè)大學(xué)材料

19、學(xué)院77攀移是刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上攀移是刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)；的運(yùn)動(dòng)；是半原子面的擴(kuò)大或縮小，引起體積變是半原子面的擴(kuò)大或縮小，引起體積變化（非保守運(yùn)動(dòng)）；化（非保守運(yùn)動(dòng)）；阻力很大，接近理論強(qiáng)度；阻力很大，接近理論強(qiáng)度；依賴于空位、間隙原子的擴(kuò)散依賴于空位、間隙原子的擴(kuò)散室溫下難以進(jìn)行。室溫下難以進(jìn)行。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院78河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院79河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院80理想晶體原子移理想晶體原子移動(dòng)的阻力動(dòng)的阻力位錯(cuò)附近原子移位錯(cuò)附近原子移動(dòng)的阻力動(dòng)的阻力河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院81切變彈性模量切變彈性模量泊凇比泊凇比d滑移面晶面間距滑移面晶面間距b柏氏矢量柏氏矢量根據(jù)

20、位錯(cuò)模型，計(jì)算的強(qiáng)度接近實(shí)際測(cè)量值根據(jù)位錯(cuò)模型，計(jì)算的強(qiáng)度接近實(shí)際測(cè)量值10-4GbdG12exp12河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院82位錯(cuò)線中心原子已經(jīng)離開平衡位置，處位錯(cuò)線中心原子已經(jīng)離開平衡位置，處于高能狀態(tài)，阻力小于高能狀態(tài)，阻力小位錯(cuò)移動(dòng)只需要位錯(cuò)線附近少數(shù)原子的位錯(cuò)移動(dòng)只需要位錯(cuò)線附近少數(shù)原子的運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)；每個(gè)原子的位移較?。ㄐ∮谠娱g距）每個(gè)原子的位移較小（小于原子間距）河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院83混合位錯(cuò)可以分解為混合位錯(cuò)可以分解為兩個(gè)分量兩個(gè)分量n螺型分量bs=bcosqn刃型分量be=bsinq無論任何形式的位錯(cuò)無論任何形式的位錯(cuò),位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向均位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向均 位錯(cuò)線位錯(cuò)線當(dāng)兩個(gè)分量

21、位錯(cuò)滑過當(dāng)兩個(gè)分量位錯(cuò)滑過晶體晶體,滑移臺(tái)階為滑移臺(tái)階為bbbse河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院84在完整晶體內(nèi)部，滑在完整晶體內(nèi)部，滑移面上某一封閉曲線移面上某一封閉曲線內(nèi)部區(qū)域兩側(cè)的原子內(nèi)部區(qū)域兩側(cè)的原子相對(duì)移動(dòng)相對(duì)移動(dòng)b位移，這位移，這一封閉曲線是已滑移一封閉曲線是已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界，區(qū)與未滑移區(qū)的邊界，就是一個(gè)位錯(cuò)環(huán)。就是一個(gè)位錯(cuò)環(huán)。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院85在右圖的位錯(cuò)環(huán)上，在右圖的位錯(cuò)環(huán)上，B處處的半原子面在上面，的半原子面在上面， ；D處處半原子面在下面，半原子面在下面， A處右旋螺型位錯(cuò)，處右旋螺型位錯(cuò)，C點(diǎn)左旋點(diǎn)左旋為螺型位錯(cuò)為螺型位錯(cuò)其余位置為混合位錯(cuò)。其余位置為混合位錯(cuò)。由于位

22、錯(cuò)線方向與由于位錯(cuò)線方向與b相關(guān)，相關(guān)，事實(shí)上位錯(cuò)線方向已經(jīng)確定，事實(shí)上位錯(cuò)線方向已經(jīng)確定，是是ABCDA方向方向河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院86運(yùn)動(dòng)方向可以分段處理運(yùn)動(dòng)方向可以分段處理簡單地處理，若外力與產(chǎn)生位錯(cuò)環(huán)的外簡單地處理，若外力與產(chǎn)生位錯(cuò)環(huán)的外力方向相同，將傾向于撕裂整個(gè)滑移面，力方向相同，將傾向于撕裂整個(gè)滑移面，即位錯(cuò)環(huán)將逐步擴(kuò)大，使位錯(cuò)線移向晶即位錯(cuò)環(huán)將逐步擴(kuò)大，使位錯(cuò)線移向晶體外緣，最終產(chǎn)生臺(tái)階體外緣，最終產(chǎn)生臺(tái)階b。反之，位錯(cuò)環(huán)逐漸減小，直至消失。反之，位錯(cuò)環(huán)逐漸減小，直至消失。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院87作用在位錯(cuò)上的力指作用在位錯(cuò)畸變區(qū)作用在位錯(cuò)上的力指作用在位錯(cuò)畸變區(qū)內(nèi)每個(gè)原子力的

23、總和。內(nèi)每個(gè)原子力的總和。晶體受力變形等價(jià)于位錯(cuò)線受力移動(dòng)，晶體受力變形等價(jià)于位錯(cuò)線受力移動(dòng)，根據(jù)兩者作功相同的原理根據(jù)兩者作功相同的原理(虛功原理虛功原理)，可，可以計(jì)算位錯(cuò)受到的力。以計(jì)算位錯(cuò)受到的力。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院88以刃型位錯(cuò)為例。設(shè)切應(yīng)力以刃型位錯(cuò)為例。設(shè)切應(yīng)力 使使dl長度位錯(cuò)線移動(dòng)了長度位錯(cuò)線移動(dòng)了ds距離，距離，結(jié)果是晶體中結(jié)果是晶體中 面積部面積部分沿滑移面產(chǎn)生了滑移量分沿滑移面產(chǎn)生了滑移量b。切應(yīng)力所作的功為切應(yīng)力所作的功為若單位長度位錯(cuò)線受力若單位長度位錯(cuò)線受力Fd，使，使位錯(cuò)線移動(dòng)所作的功位錯(cuò)線移動(dòng)所作的功 bbdsdldAbdsdlbdAdsdlFd)(河北工業(yè)

24、大學(xué)材料學(xué)院89令二者相等，在單位長度位錯(cuò)線上的滑令二者相等，在單位長度位錯(cuò)線上的滑移力移力 力垂直于位錯(cuò)線，指向未滑移區(qū)，與位力垂直于位錯(cuò)線，指向未滑移區(qū)，與位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向一致錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向一致可見，作用在單位長度位錯(cuò)線上的力等可見，作用在單位長度位錯(cuò)線上的力等于于b與沿與沿b方向切應(yīng)力的乘積。方向切應(yīng)力的乘積。bFd河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院90對(duì)于單位長度位錯(cuò)線，當(dāng)晶體對(duì)于單位長度位錯(cuò)線，當(dāng)晶體受到受到 半原子面的拉應(yīng)力半原子面的拉應(yīng)力s s，位錯(cuò)線移動(dòng)位錯(cuò)線移動(dòng)-dy。晶體在正應(yīng)。晶體在正應(yīng)力方向體積膨脹力方向體積膨脹dy 1 b,膨脹功膨脹功單位長度位錯(cuò)線攀移力單位長度位錯(cuò)線攀移力Fy,

25、 位位移移dy，做功，做功Fydy ,比較二者得比較二者得bFxxs1 bdyxxs河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院91tkjizzyzxyzyyxxzxyxzbybxbFsssssssssst)b(F河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院92zzyzxyzyyxxzxyxijssssssssss河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院93若位錯(cuò)線若位錯(cuò)線dl移動(dòng)了移動(dòng)了ds，位錯(cuò)掃過的面積為，位錯(cuò)掃過的面積為dlds；位錯(cuò)線掃過面積的晶體兩側(cè)相對(duì)位移位錯(cuò)線掃過面積的晶體兩側(cè)相對(duì)位移b，應(yīng)力，應(yīng)力場(chǎng)所作的功場(chǎng)所作的功sdl dbdwsdl dbdwbsdl ddwjijiji)(1)(1)(1sss河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院94位錯(cuò)線受力位錯(cuò)線受力

26、F，則位錯(cuò)線移動(dòng)所作的功，則位錯(cuò)線移動(dòng)所作的功由虛功原理由虛功原理dw1=dw2單位位錯(cuò)線受力單位位錯(cuò)線受力sdFdw2)(l dbFjistbfdll dbdlFfjiji)()(ss河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院95位錯(cuò)受力與位錯(cuò)線垂直，與位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)受力與位錯(cuò)線垂直，與位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向一致方向一致只有與只有與b平行的切應(yīng)力分量才對(duì)位錯(cuò)滑移平行的切應(yīng)力分量才對(duì)位錯(cuò)滑移起作用；起作用；由于柏氏矢量的守恒性，一條位錯(cuò)線只由于柏氏矢量的守恒性，一條位錯(cuò)線只有一個(gè)柏氏矢量，只要外應(yīng)力均勻，位有一個(gè)柏氏矢量，只要外應(yīng)力均勻，位錯(cuò)線各處受力相等，線速度也相等錯(cuò)線各處受力相等，線速度也相等河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院96

27、位錯(cuò)產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，另一位錯(cuò)處于它的應(yīng)位錯(cuò)產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，另一位錯(cuò)處于它的應(yīng)力場(chǎng)中。力場(chǎng)中。1位錯(cuò)對(duì)位錯(cuò)對(duì)2位錯(cuò)的作用力，等價(jià)于位錯(cuò)的作用力，等價(jià)于1位錯(cuò)應(yīng)位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)對(duì)力場(chǎng)對(duì)2位錯(cuò)的作用位錯(cuò)的作用下面介紹幾種簡單情況。下面介紹幾種簡單情況。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院97右圖中坐標(biāo)原點(diǎn)（右圖中坐標(biāo)原點(diǎn)（0 0，0 0）處一螺型位錯(cuò)）處一螺型位錯(cuò) b b，r(x, y)r(x, y)處一螺位錯(cuò)處一螺位錯(cuò) b b 則則 在直角坐標(biāo)中在直角坐標(biāo)中 b b，bb同號(hào)，同號(hào)，F(xiàn)rFr為正值，兩位錯(cuò)相互排斥為正值，兩位錯(cuò)相互排斥 b b，bb異號(hào)，異號(hào)，F(xiàn)rFr為負(fù)值，兩位錯(cuò)相互吸引為負(fù)值，兩位錯(cuò)相互吸引rbGbFr2|

28、 )()(222j yi xyxGbbF設(shè)有沿設(shè)有沿oz軸的刃位錯(cuò)軸的刃位錯(cuò)I和另一處于和另一處于（x, y）并與之平行的同號(hào)位錯(cuò)）并與之平行的同號(hào)位錯(cuò)II，柏氏矢量分別為，柏氏矢量分別為b1、b2，其，其距離為距離為r，可見，可見I會(huì)產(chǎn)生一切應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一切應(yīng)力分量力分量yx使使II受到一滑移力受到一滑移力Fx，還會(huì)產(chǎn)生一正應(yīng)力分量還會(huì)產(chǎn)生一正應(yīng)力分量xx作用作用于于II多余半原子面，使多余半原子面，使II受到一受到一攀移力攀移力Fy。 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院99滑移力滑移力 攀移力攀移力 根據(jù)以上兩式可推斷出根據(jù)以上兩式可推斷出II在不同位置所受到的攀在不同位置所受到的攀移力和滑移力。移力和滑移

29、力。 2bFyxx221 222 2()2 (1) ()Gbbx xyxy 2bFxxys 221 222 2(3)2 (1)()Gbbyxyxy 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院100河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院101河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院102可以用普遍公式計(jì)算可以用普遍公式計(jì)算近似地可以根據(jù)兩位錯(cuò)柏氏矢量夾角大近似地可以根據(jù)兩位錯(cuò)柏氏矢量夾角大小進(jìn)行判斷小進(jìn)行判斷n若夾角小于/2，排斥；n若夾角大于/2，吸引河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院103點(diǎn)缺陷在晶體中會(huì)引起點(diǎn)陣畸變，所產(chǎn)生的應(yīng)點(diǎn)缺陷在晶體中會(huì)引起點(diǎn)陣畸變，所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)可與位錯(cuò)產(chǎn)生彈性交互作用。力場(chǎng)可與位錯(cuò)產(chǎn)生彈性交互作用。 假設(shè)晶體為彈性的連續(xù)介質(zhì)，內(nèi)有一柏氏

30、矢假設(shè)晶體為彈性的連續(xù)介質(zhì)，內(nèi)有一柏氏矢量為量為b的刃位錯(cuò)的刃位錯(cuò)設(shè)有一半徑為設(shè)有一半徑為R的點(diǎn)缺陷出現(xiàn)在位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)的點(diǎn)缺陷出現(xiàn)在位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)中，考慮能量的變化。中，考慮能量的變化。這相當(dāng)于在晶體內(nèi)取走一個(gè)半徑為這相當(dāng)于在晶體內(nèi)取走一個(gè)半徑為R0的溶劑原的溶劑原子，然后溶入一個(gè)半徑為子，然后溶入一個(gè)半徑為R的溶質(zhì)原子。的溶質(zhì)原子。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院104取走一個(gè)半徑為取走一個(gè)半徑為R0的溶劑原子，相當(dāng)于在晶體的溶劑原子，相當(dāng)于在晶體內(nèi)挖掉一半徑為內(nèi)挖掉一半徑為R0的小洞。溶入一個(gè)半徑為的小洞。溶入一個(gè)半徑為R的溶質(zhì)原子，相當(dāng)于在小洞中填入一半徑為的溶質(zhì)原子，相當(dāng)于在小洞中填入一半徑為R的小

31、球，此時(shí)將引起徑向位移的小球，此時(shí)將引起徑向位移 R在產(chǎn)生徑向位移過程中位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)要作功。因在產(chǎn)生徑向位移過程中位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)要作功。因?yàn)楫a(chǎn)生的徑向位移是垂直球面的，是球?qū)ΨQ的為產(chǎn)生的徑向位移是垂直球面的，是球?qū)ΨQ的畸變，故只有位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)中的正應(yīng)力分量作功?；?，故只有位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)中的正應(yīng)力分量作功。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院105位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)中正應(yīng)力分量的平均值可用水位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)中正應(yīng)力分量的平均值可用水靜壓力來表示：靜壓力來表示：錯(cuò)配度錯(cuò)配度體積變化體積變化河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院106相互作用能相互作用能w=p V 為錯(cuò)配度為錯(cuò)配度 為了使為了使W0，如較大的溶質(zhì)原子，如較大的溶質(zhì)原子和間隙原子。為使和間隙

32、原子。為使W0，必，必有有2，即溶質(zhì)原子位，即溶質(zhì)原子位于刃位錯(cuò)下方（膨脹區(qū)）于刃位錯(cuò)下方（膨脹區(qū)）若若 0，如較小的溶質(zhì)原子，如較小的溶質(zhì)原子和空位。為使和空位。為使W0，點(diǎn)缺陷位于刃位錯(cuò)，點(diǎn)缺陷位于刃位錯(cuò)上方的受壓縮部分上方的受壓縮部分河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院108通常把圍繞位錯(cuò)而形成的溶質(zhì)原子聚集通常把圍繞位錯(cuò)而形成的溶質(zhì)原子聚集物，稱為物，稱為“科垂耳氣團(tuán)”（Cottrell Atmosphere），這種氣團(tuán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)），這種氣團(tuán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)化。動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)化。用柯氏氣團(tuán)可解釋合金中出現(xiàn)的應(yīng)變時(shí)用柯氏氣團(tuán)可解釋合金中出現(xiàn)的應(yīng)變時(shí)效和屈服現(xiàn)象。效和屈服現(xiàn)象。課外了解螺型位錯(cuò)附近的課外了

33、解螺型位錯(cuò)附近的“斯諾克氣團(tuán)”（Snoek Atmosphere）河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院109非對(duì)稱畸變點(diǎn)缺陷，例如非對(duì)稱畸變點(diǎn)缺陷，例如C溶解在溶解在bcc的的 -Fe中，位于扁八面體間隙，它在八面中，位于扁八面體間隙，它在八面體間隙的短軸方向體間隙的短軸方向 引起的畸變較大，引起的畸變較大，而在而在 方向引起畸變較小，畸變分布方向引起畸變較小，畸變分布是非球形對(duì)稱的。是非球形對(duì)稱的。對(duì)于這類溶質(zhì)原子，切應(yīng)力分量也可對(duì)對(duì)于這類溶質(zhì)原子，切應(yīng)力分量也可對(duì)其產(chǎn)生相互作用，所以螺位錯(cuò)也可以和其產(chǎn)生相互作用，所以螺位錯(cuò)也可以和它產(chǎn)生相互作用。它產(chǎn)生相互作用。 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院110在無應(yīng)力作用時(shí)，

34、溶質(zhì)原子在各間隙位置的分布是隨在無應(yīng)力作用時(shí)，溶質(zhì)原子在各間隙位置的分布是隨機(jī)的。當(dāng)加一定的應(yīng)力作用后，溶質(zhì)原子可能出現(xiàn)擇機(jī)的。當(dāng)加一定的應(yīng)力作用后，溶質(zhì)原子可能出現(xiàn)擇尤分布現(xiàn)象。尤分布現(xiàn)象。當(dāng)有位錯(cuò)存在時(shí)，位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)也會(huì)使溶質(zhì)原子出現(xiàn)擇當(dāng)有位錯(cuò)存在時(shí)，位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)也會(huì)使溶質(zhì)原子出現(xiàn)擇尤分布，使系統(tǒng)能量降低。位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)附近的溶質(zhì)原尤分布，使系統(tǒng)能量降低。位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)附近的溶質(zhì)原子受到位錯(cuò)作用而呈擇尤有序分布，稱為斯諾克子受到位錯(cuò)作用而呈擇尤有序分布，稱為斯諾克(Snock)氣團(tuán)。氣團(tuán)。產(chǎn)生斯氏氣團(tuán)溶質(zhì)濃度不變，僅是溶質(zhì)原子占有位置產(chǎn)生斯氏氣團(tuán)溶質(zhì)濃度不變，僅是溶質(zhì)原子占有位置的改變。不需要長程擴(kuò)散

35、，比科氏氣團(tuán)易于形成，并的改變。不需要長程擴(kuò)散，比科氏氣團(tuán)易于形成，并可在低溫下產(chǎn)生?？稍诘蜏叵庐a(chǎn)生。Snock氣團(tuán)增大位錯(cuò)穩(wěn)定性，有強(qiáng)化作用，且強(qiáng)化效果氣團(tuán)增大位錯(cuò)穩(wěn)定性，有強(qiáng)化作用，且強(qiáng)化效果與溶質(zhì)原子濃度成正比。與溶質(zhì)原子濃度成正比。 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院111空位通常被吸引到刃型位錯(cuò)的壓縮區(qū)，或消失在刃型空位通常被吸引到刃型位錯(cuò)的壓縮區(qū)，或消失在刃型位錯(cuò)線上，使位錯(cuò)線產(chǎn)生彎折（割階），如圖，空位位錯(cuò)線上，使位錯(cuò)線產(chǎn)生彎折（割階），如圖，空位與位錯(cuò)在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化。與位錯(cuò)在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院112過飽和空位可以聚集成空位盤，繼而可崩塌成刃型位過飽和空位可以聚

36、集成空位盤，繼而可崩塌成刃型位錯(cuò)環(huán)，成為錯(cuò)環(huán)，成為“棱柱位錯(cuò)棱柱位錯(cuò)”。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院113相鄰滑移面上異號(hào)刃型位錯(cuò)互毀后產(chǎn)生一串空相鄰滑移面上異號(hào)刃型位錯(cuò)互毀后產(chǎn)生一串空位位刃型位錯(cuò)攀移時(shí)后邊留下一串空位或間隙原子刃型位錯(cuò)攀移時(shí)后邊留下一串空位或間隙原子河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院114映象力是指界面對(duì)位錯(cuò)的作用力映象力是指界面對(duì)位錯(cuò)的作用力因?yàn)槲诲e(cuò)的能量正比于彈性模量因?yàn)槲诲e(cuò)的能量正比于彈性模量G如果界面兩側(cè)如果界面兩側(cè)G不同，位錯(cuò)距離界面不不同，位錯(cuò)距離界面不同距離，具有的能量將不同。相當(dāng)于界同距離，具有的能量將不同。相當(dāng)于界面存在映象力。根據(jù)最低能量原理面存在映象力。根據(jù)最低能量原理如果

37、界面另一側(cè)如果界面另一側(cè)G較小，位錯(cuò)將被吸引；較小，位錯(cuò)將被吸引；如果界面另一側(cè)如果界面另一側(cè)G較大，位錯(cuò)將被排斥。較大，位錯(cuò)將被排斥。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院115實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量不是任意的，實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量不是任意的，只有只有b較小（能量較低）的位錯(cuò)才是穩(wěn)定較?。芰枯^低）的位錯(cuò)才是穩(wěn)定的的全位錯(cuò)的全位錯(cuò)的b等于晶體中兩原子的連線：平等于晶體中兩原子的連線：平移矢量移矢量單位位錯(cuò)的柏氏矢量為連接最近鄰原子單位位錯(cuò)的柏氏矢量為連接最近鄰原子的矢量。的矢量。單位位錯(cuò)是最短的全位錯(cuò)，與晶體結(jié)構(gòu)單位位錯(cuò)是最短的全位錯(cuò)，與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。有關(guān)。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院1161102a1112a

38、02113a河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院117面心立方密排面面心立方密排面111的堆垛順序是的堆垛順序是ABCABCABC;密排六方晶體密排面密排六方晶體密排面0001的堆垛順序的堆垛順序是是ABABAB;實(shí)際晶體當(dāng)中，堆垛順序可能出現(xiàn)偶然實(shí)際晶體當(dāng)中，堆垛順序可能出現(xiàn)偶然的差錯(cuò)。這種面缺陷稱為堆垛層錯(cuò)的差錯(cuò)。這種面缺陷稱為堆垛層錯(cuò) stacking fault ，簡稱層錯(cuò)。，簡稱層錯(cuò)。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院118如果層錯(cuò)終止于晶體內(nèi)部，層錯(cuò)區(qū)與正如果層錯(cuò)終止于晶體內(nèi)部，層錯(cuò)區(qū)與正常區(qū)的邊界也是位錯(cuò)，但是這個(gè)位錯(cuò)的常區(qū)的邊界也是位錯(cuò)，但是這個(gè)位錯(cuò)的柏氏矢量柏氏矢量點(diǎn)陣矢量，屬于不全位錯(cuò)。點(diǎn)陣矢量，屬于不

39、全位錯(cuò)。常見的不全位錯(cuò)常見的不全位錯(cuò)(partial dislocation,也也稱為部分位錯(cuò)、分位錯(cuò)）有兩種稱為部分位錯(cuò)、分位錯(cuò)）有兩種河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院119河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院120河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院121實(shí)際晶體中，組態(tài)不穩(wěn)定的位錯(cuò)可以轉(zhuǎn)化為實(shí)際晶體中，組態(tài)不穩(wěn)定的位錯(cuò)可以轉(zhuǎn)化為組態(tài)穩(wěn)定的位錯(cuò)組態(tài)穩(wěn)定的位錯(cuò)n如具有不同柏氏矢量的平行位錯(cuò)線合并成一條位錯(cuò)線；n一條位錯(cuò)線分解為兩條或多條具有不同柏氏矢量的平行位錯(cuò)線位錯(cuò)之間的相互轉(zhuǎn)化（分解或合并）稱為位位錯(cuò)之間的相互轉(zhuǎn)化（分解或合并）稱為位錯(cuò)反應(yīng)。錯(cuò)反應(yīng)。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院122結(jié)構(gòu)條件：每一個(gè)位錯(cuò)的柏氏矢量都是結(jié)構(gòu)條件：每一個(gè)位錯(cuò)的

40、柏氏矢量都是從一個(gè)平衡的原子位置指向相鄰的平衡從一個(gè)平衡的原子位置指向相鄰的平衡原子位置；原子位置；能量條件：反應(yīng)后能量降低，近似用能量條件：反應(yīng)后能量降低，近似用b2代替能量大小代替能量大小幾何條件：反應(yīng)前后幾何條件：反應(yīng)前后b矢量守恒矢量守恒河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院123Fcc結(jié)構(gòu)中經(jīng)常發(fā)生單位結(jié)構(gòu)中經(jīng)常發(fā)生單位位錯(cuò)與不全位錯(cuò)之間的反位錯(cuò)與不全位錯(cuò)之間的反應(yīng)應(yīng)如在（如在（111）面上，單位）面上，單位位錯(cuò)可分解位錯(cuò)可分解生成兩個(gè)肖克萊部分位錯(cuò)、生成兩個(gè)肖克萊部分位錯(cuò)、層錯(cuò)層錯(cuò)b1=b2+b3110211121266aaa河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院124如果整個(gè)層錯(cuò)位于一個(gè)晶粒的內(nèi)部，那如果整個(gè)層錯(cuò)位

41、于一個(gè)晶粒的內(nèi)部，那末層錯(cuò)的兩個(gè)邊界都是不全位錯(cuò)，這種末層錯(cuò)的兩個(gè)邊界都是不全位錯(cuò)，這種組態(tài)稱為擴(kuò)展位錯(cuò)。組態(tài)稱為擴(kuò)展位錯(cuò)。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院125河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院126河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院127河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院128擴(kuò)展位錯(cuò)中，單位長度不全位錯(cuò)之間的擴(kuò)展位錯(cuò)中，單位長度不全位錯(cuò)之間的排斥力排斥力排斥力使位錯(cuò)遠(yuǎn)離、層錯(cuò)面積擴(kuò)大。排斥力使位錯(cuò)遠(yuǎn)離、層錯(cuò)面積擴(kuò)大。單位面積層錯(cuò)能（單位長度表面張力）單位面積層錯(cuò)能（單位長度表面張力） ，盡量縮小層錯(cuò)面積。平衡時(shí)盡量縮小層錯(cuò)面積。平衡時(shí)dbbGF2)(212)(2)(2121bbGddbbGF河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院129擴(kuò)展位錯(cuò)寬度擴(kuò)展位錯(cuò)寬度

42、d與層錯(cuò)能成反比，與彈性與層錯(cuò)能成反比，與彈性模量成正比。模量成正比。如果層錯(cuò)能如果層錯(cuò)能 較大，不易形成擴(kuò)展位錯(cuò)；較大，不易形成擴(kuò)展位錯(cuò)；而當(dāng)層錯(cuò)能而當(dāng)層錯(cuò)能 較小時(shí)，易形成擴(kuò)展位錯(cuò)較小時(shí)，易形成擴(kuò)展位錯(cuò)與滑移線形狀有關(guān)。寬度較大的擴(kuò)展位與滑移線形狀有關(guān)。寬度較大的擴(kuò)展位錯(cuò)不易交滑移，直滑移線錯(cuò)不易交滑移，直滑移線(如如Cu）；反之，）；反之，波紋狀滑移線（如波紋狀滑移線（如Al)。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院130河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院131界面是面缺陷界面是面缺陷按照界面兩側(cè)物相種類：表面、按照界面兩側(cè)物相種類：表面、相界相界、晶界與亞晶界晶界與亞晶界按照界面原子的匹配程度：共格、非共按照界面原子

43、的匹配程度：共格、非共格、半共格界面格、半共格界面按照界面兩側(cè)位相差大小： 小 角 度按照界面兩側(cè)位相差大?。?小 角 度（10)n小角度晶界（2-10）n亞晶界（2)河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院133固體與液體、氣體之間的界面固體與液體、氣體之間的界面表面原子一側(cè)沒有固體原子與之鍵合，有較高能量表面原子一側(cè)沒有固體原子與之鍵合，有較高能量幾個(gè)原子層厚幾個(gè)原子層厚, ,有弛豫現(xiàn)象和表面重構(gòu)，取向有弛豫現(xiàn)象和表面重構(gòu)，取向河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院134對(duì)稱傾對(duì)稱傾側(cè)界面?zhèn)冉缑媸怯傻仁怯傻染嚯x位距離位錯(cuò)構(gòu)成錯(cuò)構(gòu)成的的河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院135非對(duì)稱傾側(cè)界非對(duì)稱傾側(cè)界面面河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院136扭轉(zhuǎn)晶界由螺型

44、位錯(cuò)墻構(gòu)成扭轉(zhuǎn)晶界由螺型位錯(cuò)墻構(gòu)成河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院137河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院138兩晶粒位向轉(zhuǎn)動(dòng)一特定角度后，兩晶粒的陣點(diǎn)兩晶粒位向轉(zhuǎn)動(dòng)一特定角度后，兩晶粒的陣點(diǎn)有部分處于重合位置，由重合的陣點(diǎn)構(gòu)成重合有部分處于重合位置，由重合的陣點(diǎn)構(gòu)成重合位置點(diǎn)陣位置點(diǎn)陣河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院139河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院140晶界力求與重合晶界力求與重合點(diǎn)陣密排面重合，點(diǎn)陣密排面重合，即使有偏離，晶即使有偏離，晶界會(huì)臺(tái)階化，使界會(huì)臺(tái)階化，使大部分面積分段大部分面積分段與密排面重合。與密排面重合。如如ABCDABCD界面界面河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院141共格孿晶界非共格孿晶界河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院142相界模型與相

45、界模型與晶界類似晶界類似按界面原子按界面原子重合程度，重合程度，分為共格、分為共格、半共格、非半共格、非共格共格河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院143共 格界 面 相 相共 格界 面兩兩相相結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相相同同、界界面面處處原原子子間間距距也也相相同同時(shí)時(shí)的的共共格格界界面面共 格界 面共 格界 面 相 相兩兩相相結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不相相同同、界界面面處處原原子子間間距距相相同同時(shí)時(shí)的的共共格格界界面面河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院144共 格界 面共 格界 面 相 相界界面面處處原原子子間間距距不不同同時(shí)時(shí)的的共共格格界界面面河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院145河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院146概念概念:形成（或擴(kuò)大）單位面積界面所作形成（或

46、擴(kuò)大）單位面積界面所作的非體積功（或自由焓增量）稱為（比）的非體積功（或自由焓增量）稱為（比）表面能表面能界面能的來源：與內(nèi)部原子相比，界面界面能的來源：與內(nèi)部原子相比，界面原子所處的環(huán)境不同原子所處的環(huán)境不同n化學(xué)能：界面原子周圍原子數(shù)或類型變化，引起鍵能的變化；n應(yīng)變能：界面原子偏離平衡位置引起彈性應(yīng)變能。河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院147界面張力是作用在單位長度界面邊界上界面張力是作用在單位長度界面邊界上的力的力界面張力數(shù)值上等于界面能。界面張力數(shù)值上等于界面能。作用在界面的切線方向，指向界面縮小作用在界面的切線方向，指向界面縮小的方向的方向影響因素：材料種類、成分、溫度、具影響因素：材料種類、成分、溫度、具有各向異性有各向異性河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院148表面能主要是化學(xué)能，近似等于表面能主要是化學(xué)能，近似等于面上原子排列不同，具有明顯的各向異面上原子排列不同，具有明顯的各向異性