第二節(jié)位錯(cuò)的基本結(jié)構(gòu)

1、第二節(jié)第二節(jié) 位錯(cuò)的基本結(jié)構(gòu)位錯(cuò)的基本結(jié)構(gòu)位錯(cuò)位錯(cuò)：晶體中某處一列或：晶體中某處一列或若干列原子若干列原子發(fā)生了發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。錯(cuò)排區(qū)的形狀錯(cuò)排區(qū)的形狀：細(xì)長(zhǎng)的：細(xì)長(zhǎng)的管狀畸變區(qū)域管狀畸變區(qū)域。幾百幾萬(wàn)個(gè)幾百幾萬(wàn)個(gè)原子間距原子間距（25個(gè)個(gè)) 原子間距。原子間距。概念提出：概念提出：1934年。年。試驗(yàn)觀察：試驗(yàn)觀察：1956年。年。設(shè)備：透射電子顯微鏡。設(shè)備：透射電子顯微鏡。一、位錯(cuò)的基本類型一、位錯(cuò)的基本類型1、刃型位錯(cuò)、刃型位錯(cuò)：模型模型：產(chǎn)生產(chǎn)生：晶體：晶體局部滑移局部滑移產(chǎn)生。產(chǎn)生。ABCD：滑移面；：滑移面；EFGH：局部滑移產(chǎn)生的：局部滑移產(chǎn)生的多余半原子

2、面多余半原子面；EF：多余半原子面的：多余半原子面的“刃邊刃邊”，稱作，稱作“刃型位錯(cuò)線刃型位錯(cuò)線”，是已，是已滑移區(qū)滑移區(qū)(ABEF)與未滑移區(qū)與未滑移區(qū)(EFCD)在滑移面上的在滑移面上的邊界線邊界線，垂直于滑移方向垂直于滑移方向。刃型位錯(cuò)線周圍的原子排列：刃型位錯(cuò)線周圍的原子排列：位錯(cuò)線周圍位錯(cuò)線周圍：有：有 (25)個(gè)個(gè)原子間距的原子間距的點(diǎn)陣畸變點(diǎn)陣畸變；點(diǎn)陣畸；點(diǎn)陣畸變相對(duì)于多余半原子面左右對(duì)變相對(duì)于多余半原子面左右對(duì)稱。稱。含含有多余半原子面有多余半原子面的部分的部分晶體晶體受壓受壓，原子間距，原子間距減小減小；不含多余半原子面不含多余半原子面的部分的部分晶體晶體受拉受拉，原子間

3、距，原子間距增大增大；正、負(fù)刃位錯(cuò)正、負(fù)刃位錯(cuò)正刃型位錯(cuò)正刃型位錯(cuò)：用：用“”表示。表示。負(fù)刃型位錯(cuò)負(fù)刃型位錯(cuò)：用：用“”表示。表示。正、負(fù)刃位錯(cuò)的劃分是相對(duì)的，但有用。正、負(fù)刃位錯(cuò)的劃分是相對(duì)的，但有用。2、螺型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)位錯(cuò)模型位錯(cuò)模型：產(chǎn)生產(chǎn)生：晶體：晶體局部滑移局部滑移產(chǎn)生。產(chǎn)生。ABCD：滑移面；：滑移面；bb：螺型：螺型位錯(cuò)線位錯(cuò)線，也是已滑移區(qū)，也是已滑移區(qū)(AB bb)與未滑移區(qū)與未滑移區(qū)(bb CD)在滑移面上的邊界線，但在滑移面上的邊界線，但平行于滑移方向平行于滑移方向。螺型位錯(cuò)線周圍的原子螺型位錯(cuò)線周圍的原子在位錯(cuò)線附近有一個(gè)約在位錯(cuò)線附近有一個(gè)約幾個(gè)原子間距寬幾個(gè)原

4、子間距寬的，的，上、下層原子不吻合上、下層原子不吻合的的過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)(bb和和aa之間之間) 。位錯(cuò)線附近的原子位錯(cuò)線附近的原子：按螺旋形按螺旋形排列排列。左、右螺型位錯(cuò)左、右螺型位錯(cuò)右螺旋位錯(cuò)右螺旋位錯(cuò)：符合右手法則符合右手法則的螺型位錯(cuò)。的螺型位錯(cuò)。左螺旋位錯(cuò)左螺旋位錯(cuò)：符合左手法則符合左手法則的螺型位錯(cuò)。的螺型位錯(cuò)。拇指：拇指：前進(jìn)方向；前進(jìn)方向；其余四指：其余四指：旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)方向。左、右螺型位錯(cuò)左、右螺型位錯(cuò)有著本質(zhì)區(qū)別有著本質(zhì)區(qū)別，無(wú)論將晶體如，無(wú)論將晶體如何放置，也不可能改變其原本的左、右性質(zhì)。何放置，也不可能改變其原本的左、右性質(zhì)。3、混合型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)混合位錯(cuò)混合位錯(cuò)：

5、位錯(cuò)線與滑移位錯(cuò)線與滑移方向方向成成任意角度任意角度的位錯(cuò)的位錯(cuò)?；旌衔诲e(cuò)線是一條曲線，在混合位錯(cuò)線是一條曲線，在A處是螺位錯(cuò)處是螺位錯(cuò)，在，在C處是刃型處是刃型位錯(cuò)位錯(cuò)，在，在A與與C之間之間的每一小段位錯(cuò)線都的每一小段位錯(cuò)線都可以分解為刃型和螺可以分解為刃型和螺型兩個(gè)分量型兩個(gè)分量?；旌衔诲e(cuò)的分解混合位錯(cuò)的分解二、柏氏矢量二、柏氏矢量1939年，年，柏格斯（柏格斯（J.M.Burgers）提出。提出。柏氏矢量柏氏矢量：用來(lái)：用來(lái)揭示位錯(cuò)本質(zhì)揭示位錯(cuò)本質(zhì)，描述位錯(cuò)行為的矢量描述位錯(cuò)行為的矢量。1、柏氏矢量的確定、柏氏矢量的確定用柏氏回路確定。用柏氏回路確定。1）人為規(guī)定位錯(cuò)線）人為規(guī)定位錯(cuò)線

6、的正方向。的正方向。2）在實(shí)際晶體中，）在實(shí)際晶體中，作柏氏回路，回路中的每作柏氏回路，回路中的每一步都連接相鄰的原子。一步都連接相鄰的原子。3）在完整晶體中，）在完整晶體中，按同樣的方向和步數(shù)作一按同樣的方向和步數(shù)作一個(gè)對(duì)比回路。從終點(diǎn)個(gè)對(duì)比回路。從終點(diǎn)Q到到始點(diǎn)始點(diǎn)M連接起來(lái)的矢量連接起來(lái)的矢量 ，即為柏氏矢量。即為柏氏矢量。b螺型位錯(cuò)柏氏矢量的確定螺型位錯(cuò)柏氏矢量的確定方法完全相同。方法完全相同。刃位錯(cuò)的特征：刃位錯(cuò)的特征：柏氏矢量與位錯(cuò)線柏氏矢量與位錯(cuò)線互相垂直互相垂直。刃型位錯(cuò)都刃型位錯(cuò)都有一多余半原子面有一多余半原子面，多余半原子面的，多余半原子面的周界（即周界（即刃型位錯(cuò)線刃型位

7、錯(cuò)線）可以是）可以是折線折線，也可以是，也可以是曲線曲線，但但都與柏氏矢量垂直都與柏氏矢量垂直，即垂直于于滑移方向。，即垂直于于滑移方向。螺位錯(cuò)的特征：螺位錯(cuò)的特征：柏氏矢量與位錯(cuò)線柏氏矢量與位錯(cuò)線互相平行?；ハ嗥叫?。螺型位錯(cuò)無(wú)多余半原子面，螺型位錯(cuò)無(wú)多余半原子面，原子錯(cuò)排呈原子錯(cuò)排呈螺旋形螺旋形；螺型位錯(cuò)線螺型位錯(cuò)線與柏氏矢量平行，故與柏氏矢量平行，故一一定是直線定是直線。2、柏氏矢量的物理意義、柏氏矢量的物理意義柏氏矢量柏氏矢量是一個(gè)是一個(gè)反映由位錯(cuò)引起的反映由位錯(cuò)引起的點(diǎn)陣畸變大小點(diǎn)陣畸變大小的物理量的物理量。矢量的矢量的方向方向：表示：表示位錯(cuò)的性質(zhì)位錯(cuò)的性質(zhì)與與位錯(cuò)線的取向位錯(cuò)線的取

8、向；矢量的矢量的模模 ：表示：表示畸變的程度畸變的程度，稱為，稱為位錯(cuò)強(qiáng)度位錯(cuò)強(qiáng)度。同一晶體中，同一晶體中， 大，位錯(cuò)產(chǎn)生的點(diǎn)陣畸變大。大，位錯(cuò)產(chǎn)生的點(diǎn)陣畸變大。位錯(cuò)的許多性質(zhì)都與柏氏矢量有關(guān)，如位錯(cuò)的能位錯(cuò)的許多性質(zhì)都與柏氏矢量有關(guān)，如位錯(cuò)的能量、應(yīng)力場(chǎng)、位錯(cuò)受力等。量、應(yīng)力場(chǎng)、位錯(cuò)受力等。b bb b3、柏氏矢量的特性、柏氏矢量的特性n守恒性守恒性：柏氏矢量與回路起點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)，也與回：柏氏矢量與回路起點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)，也與回路的具體途徑無(wú)關(guān)，只要是路的具體途徑無(wú)關(guān)，只要是饒著位錯(cuò)一周饒著位錯(cuò)一周，所得到，所得到的的柏氏矢量是恒定不變的柏氏矢量是恒定不變的。n一條位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量一條位

9、錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量：即不管此位錯(cuò)線：即不管此位錯(cuò)線各處的形狀和位錯(cuò)的類型如何，其各處的形狀和位錯(cuò)的類型如何，其各部分的柏氏矢各部分的柏氏矢量都相同量都相同。n如果所作的如果所作的柏氏回路包含有幾個(gè)位錯(cuò)柏氏回路包含有幾個(gè)位錯(cuò)，則得出的，則得出的柏柏氏矢量是這幾個(gè)位錯(cuò)柏氏矢量之總和氏矢量是這幾個(gè)位錯(cuò)柏氏矢量之總和。 由柏氏矢量的特性得出的推論由柏氏矢量的特性得出的推論n如有幾個(gè)位錯(cuò)相遇于一點(diǎn)如有幾個(gè)位錯(cuò)相遇于一點(diǎn)（稱為位錯(cuò)節(jié)點(diǎn)），朝向節(jié)（稱為位錯(cuò)節(jié)點(diǎn)），朝向節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)的柏氏矢量之和，點(diǎn)的各位錯(cuò)的柏氏矢量之和，等于離開節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的等于離開節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏氏矢量之和。柏氏矢量之和。n若所有

10、位錯(cuò)線都指向（或離若所有位錯(cuò)線都指向（或離開節(jié)點(diǎn)），則它們的柏氏矢開節(jié)點(diǎn)），則它們的柏氏矢量之和為零。量之和為零。n位錯(cuò)線只能終止在晶體表面位錯(cuò)線只能終止在晶體表面或晶界上或晶界上，而不能中斷于晶，而不能中斷于晶體內(nèi)部。體內(nèi)部。在晶內(nèi)，它只能形在晶內(nèi)，它只能形成封閉的環(huán)或與其它位錯(cuò)相成封閉的環(huán)或與其它位錯(cuò)相遇于節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成遇于節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)。4、柏氏矢量的表示方法、柏氏矢量的表示方法用用點(diǎn)陣矢量點(diǎn)陣矢量表示。表示。對(duì)立方晶系：用對(duì)立方晶系：用與柏氏矢量同向的晶向指數(shù)與柏氏矢量同向的晶向指數(shù)表示。表示。例：從例：從原點(diǎn)原點(diǎn)到坐標(biāo)值為到坐標(biāo)值為 的陣點(diǎn)的陣點(diǎn)柏氏矢量柏氏矢量： ，矢量的，矢量的模

11、模： 。 三軸分量三軸分量簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方，沿，沿X軸，從軸，從原點(diǎn)原點(diǎn)相鄰結(jié)點(diǎn)相鄰結(jié)點(diǎn)， ；a,0,0面心立方面心立方，從，從原點(diǎn)原點(diǎn)底心底心， ；體心立方體心立方，從，從原點(diǎn)原點(diǎn)體心體心， ； ， nwnvnu, uvwnab222wvunab 100 ab 1102ab 0 ,2,2aa 1112ab 2,2,2aaa 1112ab aab232121212 柏氏矢量的運(yùn)算柏氏矢量的運(yùn)算用用矢量加法進(jìn)行運(yùn)算：矢量加法進(jìn)行運(yùn)算：若若 ，則：，則：如如 ，則：，則： 2222,1111wvunabwvunab )21)(21)(21(21wwvvuunabbb 11262,11131abab

12、 11023306112622261126111321aaaaaabbb 5、根據(jù)、根據(jù) 與位錯(cuò)線的關(guān)系，確定位錯(cuò)的類型與位錯(cuò)線的關(guān)系，確定位錯(cuò)的類型可可滑移位錯(cuò)，滑移位錯(cuò)， 總是平行于滑移方向，故可根據(jù)總是平行于滑移方向，故可根據(jù) 與位錯(cuò)線的與位錯(cuò)線的關(guān)系，確定位錯(cuò)的類型。關(guān)系，確定位錯(cuò)的類型。(1) 位錯(cuò)線，位錯(cuò)線，刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)。將。將 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90，若，若 的方的方向與位錯(cuò)線正向一致，正刃位錯(cuò)；反之，則為負(fù)刃位錯(cuò)。向與位錯(cuò)線正向一致，正刃位錯(cuò)；反之，則為負(fù)刃位錯(cuò)。(2) 位錯(cuò)線，位錯(cuò)線，螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)。 的方向與位錯(cuò)線正方向一致，的方向與位錯(cuò)線正方向一致，右螺型位錯(cuò)；右

13、螺型位錯(cuò)； 的方向與位錯(cuò)線負(fù)方向一致的方向與位錯(cuò)線負(fù)方向一致,左螺型位錯(cuò)左螺型位錯(cuò).(3) 和位錯(cuò)線和位錯(cuò)線成任意角度成任意角度090，混合位錯(cuò)混合位錯(cuò)?；旌衔诲e(cuò)可分解為刃型分量和螺型分量混合位錯(cuò)可分解為刃型分量和螺型分量。bbbbbbbbbb cos,sinbsbbeb 位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積中所含：?jiǎn)挝惑w積中所含位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度。L位錯(cuò)線總長(zhǎng)度，位錯(cuò)線總長(zhǎng)度，V晶體體積。晶體體積。若把晶體中的位錯(cuò)線視為直線，而且平行地從若把晶體中的位錯(cuò)線視為直線，而且平行地從晶體的一端延伸到另一端，則晶體的一端延伸到另一端，則位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度=穿過(guò)單位穿過(guò)單位截面積的位錯(cuò)線的數(shù)目截面積的位

14、錯(cuò)線的數(shù)目。A晶體的截面面積，晶體的截面面積，l每根位錯(cuò)線的長(zhǎng)度每根位錯(cuò)線的長(zhǎng)度(假假定即晶體厚度定即晶體厚度)，n過(guò)過(guò)A面積的位錯(cuò)線數(shù)目。面積的位錯(cuò)線數(shù)目。三、位錯(cuò)密度三、位錯(cuò)密度VLv AnAllns vs 的單位：的單位：m/m3=1/m2。充分退火金屬：充分退火金屬： =10101012/m2，劇烈冷變形金屬：劇烈冷變形金屬： =10151016/m2，超純單晶體超純單晶體 ： 107/m2。v v v v 晶體強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系晶體強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系 提高工程材料強(qiáng)度的兩條途徑提高工程材料強(qiáng)度的兩條途徑：(1)盡量減小位錯(cuò)密度盡量減小位錯(cuò)密度，如晶須（絲狀單晶體），如晶須（絲狀單晶體）(2)盡量增大位錯(cuò)密度盡量增大位錯(cuò)密度，如冷變形、淬火。，如冷變形、淬火。充分退火金屬充分退火金屬晶胞晶胞XYZabc晶格常數(shù)晶格常數(shù)a，b，c體心立方體心立方晶胞晶胞晶格常數(shù)晶格常數(shù)：a=b=ca=b=c； = = = = =90=90 晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)：原子半徑原子半徑：配位數(shù)：配位數(shù)：8 8致密度致密度：0.