實(shí)際晶體中的位錯(cuò)行為

實(shí)際晶體中的位錯(cuò)行為第一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)際晶體與連續(xù)彈性介質(zhì)的差別晶體是周期排列的晶格阻力（P-N力）；晶體的各向異性實(shí)際晶體有固定的滑移面和滑移方向；實(shí)際晶體的原子具有獨(dú)特的堆垛方式層錯(cuò)、部分位錯(cuò)和全位錯(cuò)。第二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日目錄第一節(jié)P-N模型與P-N力第二節(jié)彎折和割階第三節(jié)擴(kuò)散滑移與攀移機(jī)制第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)第五節(jié)晶體中的全位錯(cuò)與滑移系統(tǒng)第六節(jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)第八節(jié)面心立方晶體中擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)第九節(jié)面心立方中的層錯(cuò)四面體第三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)P-N模型與P-N力第四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、晶格阻力的由來(lái)

可見(jiàn)，心部能量的隨著位置的改變而發(fā)生周期性變化，造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。我們的任務(wù)就是要求得這個(gè)阻力。是位錯(cuò)心部的能量變化，常被稱作錯(cuò)排能。需要建立模型。第一節(jié)P-N模型與P-N力第五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二、P-N模型（簡(jiǎn)單立方）第一節(jié)P-N模型與P-N力第一步：插入原子面，上下兩個(gè)原子面相對(duì)移動(dòng)：注意，這一步操作并不產(chǎn)生應(yīng)力。1、模型建立第六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)P-N模型與P-N力這一步是原子之間相互吸引產(chǎn)生應(yīng)變，也就有位移。注意：1、是錯(cuò)排面上任意兩個(gè)同號(hào)原子之間的相對(duì)位移；2、是錯(cuò)排面上下兩塊晶體滑移面上原子的位移。則同號(hào)原子之間相對(duì)位移：第二步：假設(shè)每個(gè)原子移動(dòng)，則相鄰原子相對(duì)應(yīng)動(dòng)，1、模型建立二、P-N模型（簡(jiǎn)單立方）第七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)P-N模型與P-N力

這里的任務(wù)就是求出的解：由于在處，位錯(cuò)的影響消失，滑移面上下同號(hào)原子對(duì)齊，所以※這就是必須滿足的邊界條件。2、邊界條件二、P-N模型（簡(jiǎn)單立方）第八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)P-N模型與P-N力（1）假設(shè)是相對(duì)位移的正弦函數(shù)（周期為b）：當(dāng)很小時(shí)，根據(jù)虎克定律：3、表達(dá)式的求解：（2）把上下兩塊晶體視作連續(xù)彈性介質(zhì)，則可以把位錯(cuò)線視作連續(xù)分布的小位錯(cuò)。在處范圍內(nèi)的柏氏矢量為：小位錯(cuò)在x處產(chǎn)生的切應(yīng)力為：將其積分可以求出滑移面上的切應(yīng)力：二、P-N模型（簡(jiǎn)單立方）第九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)P-N模型與P-N力比較（1）和（2）兩式可以得到積分方程：－位錯(cuò)的半寬度：；；3、表達(dá)式的求解：二、P-N模型（簡(jiǎn)單立方）第十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)P-N模型與P-N力二、P-N模型（簡(jiǎn)單立方）4、應(yīng)力場(chǎng)求解：進(jìn)一步可以求出：注意：當(dāng)時(shí)，該位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)與連續(xù)介質(zhì)中應(yīng)力場(chǎng)相同。因此，P-N模型消除了連續(xù)介質(zhì)模型在位錯(cuò)中心的奇異點(diǎn)。第十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日三、晶格阻力與P-N力1、Peierls位錯(cuò)的能量一般認(rèn)為：如不考慮位置，只考慮整個(gè)錯(cuò)排面的能量，則可以表達(dá)為：一般取只有根據(jù)位置的不同來(lái)求出能量，才能確定晶格阻力。值仍然是個(gè)常數(shù)，仍然無(wú)法求出晶格阻力。但是，這樣求出的－晶體的彈性能；－錯(cuò)排能，即滑移面上下兩層原子的相互作用能。第一節(jié)P-N模型與P-N力第十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日其中，——P-N位壘，用以表示位錯(cuò)周期勢(shì)能。通過(guò)計(jì)算任意一對(duì)原子的錯(cuò)排能再通過(guò)求和得到整個(gè)滑移面的錯(cuò)排能；然后再利用傅立葉求和公式，求出位錯(cuò)在任意位置的錯(cuò)排能（刃型位錯(cuò)）：如果位錯(cuò)偏離對(duì)稱位置時(shí)（的分?jǐn)?shù)），則：

如果位錯(cuò)恰好在對(duì)稱位置時(shí)，可以近似地認(rèn)為原子的位置為：三、晶格阻力與P-N力1、Peierls位錯(cuò)的能量第一節(jié)P-N模型與P-N力第十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日是一個(gè)很重要的參數(shù)，用以表示位錯(cuò)周期勢(shì)能，是晶體的一個(gè)性質(zhì)。不同點(diǎn)陣類型的不同三、晶格阻力與P-N力1、Peierls位錯(cuò)的能量當(dāng)位錯(cuò)從一個(gè)平衡位置移動(dòng)到另一個(gè)平衡位置時(shí)，必須翻越這個(gè)能峰。所以，的大小會(huì)影響到位錯(cuò)的可動(dòng)性。，F(xiàn)CC的低。BCC的高，第一節(jié)P-N模型與P-N力第十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日2、晶格阻力晶格阻力在數(shù)值上等于：晶格阻力表達(dá)式的特點(diǎn)：是作用在單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線上的晶格阻力；是一種周期力。第一節(jié)P-N模型與P-N力三、晶格阻力與P-N力第十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日這是不對(duì)的，所以這個(gè)模型應(yīng)當(dāng)有缺陷。3、P-N力）：晶格阻力用切應(yīng)力來(lái)表達(dá)（相應(yīng)的最大剪切應(yīng)力阻力稱之為P-N應(yīng)力：當(dāng)時(shí)，達(dá)到最大值。時(shí)，達(dá)到極大值，稱之為P-N力：當(dāng)?shù)谝还?jié)P-N模型與P-N力三、晶格阻力與P-N力第十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日四、P-N力的應(yīng)用1、P-N力的物理意義是什么？2、P-N力的重要性何在？（1）如何解釋晶體實(shí)際切變強(qiáng)度與理論強(qiáng)度的差別？（2）晶體中那些面是易滑移面？為什么？（3）什么是易滑移方向，為什么？（4）FCC與BCC相比，哪個(gè)的P-N力更大？為什么？（5）為什么刃型位錯(cuò)的可動(dòng)性大，而螺型位錯(cuò)的可動(dòng)性差呢？（6）連續(xù)彈性介質(zhì)中是否有不可動(dòng)位錯(cuò)？（7）FCC與BCC相比，哪個(gè)屈服強(qiáng)度對(duì)溫度更敏感？為什么？第一節(jié)P-N模型與P-N力第十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)彎折和割階第十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、彎折第二節(jié)彎折和割階位錯(cuò)線的拐折與位錯(cuò)線處于同一滑移面上。1、概念：2、形成機(jī)制（分類）（1）幾何性彎折彎折的寬度一般表達(dá)為：一般。；所以彎折形成能可以表達(dá)為：?jiǎn)栴}：刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)那個(gè)更容易形成彎折？為什么？第十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、彎折（2）熱學(xué)性彎折2、形成機(jī)制（分類）——彎折對(duì)的自能；——彎折對(duì)的交互作用能；彎折的形成能：彎折對(duì)的交互作用力為：這與兩個(gè)位錯(cuò)之間的作用力不同第二節(jié)彎折和割階第二十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日由于兩個(gè)位錯(cuò)相遇，交割而形成的彎折。（3）交割性彎折：一、彎折2、形成機(jī)制（分類）第二節(jié)彎折和割階第二十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、彎折3、彎折的特性（1）可動(dòng)性大（2）易于形成，也易于消失對(duì)于螺型位錯(cuò)而言，一旦出現(xiàn)彎折，則會(huì)有刃型位錯(cuò)分量出現(xiàn)，使可動(dòng)性增大；彎折一般跨越能壘，通過(guò)彎折的側(cè)向移動(dòng)使整個(gè)位錯(cuò)翻越能壘，要比整個(gè)位錯(cuò)線同時(shí)跨越能壘容易得多。彎折與位錯(cuò)同在一個(gè)滑移面上，易于由位錯(cuò)的滑移而消失；溫度升高時(shí)，熱激活作用增強(qiáng)，P-N能壘作用相對(duì)下降，則在線張力作用下，位錯(cuò)線容易拉直。第二節(jié)彎折和割階→冷脆現(xiàn)象的解釋——（書(shū)中P46頁(yè)）第二十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二、割階第二節(jié)彎折和割階1、概念：如果位錯(cuò)線的一部分發(fā)生了拐折，拐折部分與位錯(cuò)滑移面相互垂直或者不平行，稱之為割階。單位割階——割階的高度＝b；超割階——割階的高度>b；第二十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)彎折和割階2、形成機(jī)制：二、割階（1）位錯(cuò)交割一個(gè)位于滑移面內(nèi)——可動(dòng)位錯(cuò)；一個(gè)穿過(guò)滑移面——林位錯(cuò)；兩個(gè)位錯(cuò)：可能形成割階或彎折。為非障礙性割階。兩個(gè)相互垂直的刃型位錯(cuò)的交割條件：位錯(cuò)線相互垂直；柏氏矢量也相互垂直；第二十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)彎折和割階2、形成機(jī)制：二、割階（1）位錯(cuò)交割

相互垂直的刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的交割條件：位錯(cuò)線相互垂直；柏氏矢量也相互垂直；刃型位錯(cuò)上形成割階；螺型位錯(cuò)上形成彎折；第二十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)彎折和割階2、形成機(jī)制：二、割階（1）位錯(cuò)交割相互垂直的螺性位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的交割各自形成一個(gè)刃型割階。運(yùn)動(dòng)特性：只能沿著螺型位錯(cuò)滑移；隨著螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)只能是攀移。第二十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)彎折和割階（2）熱學(xué)性割階

2、形成機(jī)制：二、割階由于熱擴(kuò)散而形成的割階；割階：柏氏矢量相同；位錯(cuò)線方向相反；形成割階對(duì)的交互作用力：第二十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)彎折和割階3、割階的特性二、割階割階的可動(dòng)性較差：（1）由于割階垂直于位錯(cuò)的滑移面，其滑移面不是易滑移面。割階運(yùn)動(dòng)困難，從而影響位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。（2）割階沿著原位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，只能是攀移?？傊?，一旦形成割階就會(huì)降低位錯(cuò)的可動(dòng)性。第二十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)擴(kuò)散滑移與攀移機(jī)制學(xué)習(xí)本節(jié)的目的：了解位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與晶體中原子擴(kuò)散之間的關(guān)系。這種關(guān)系也反映了晶體結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的影響。所以，本節(jié)內(nèi)容對(duì)于加深理解金屬的高溫變形行為和低溫變形行為具有重要意義。位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有兩種基本形式：（1）滑移：一般認(rèn)為，滑移不涉及原子擴(kuò)散，屬于保守運(yùn)動(dòng)；但有時(shí)熱激活作用也會(huì)使位錯(cuò)線或其中的一部分產(chǎn)生漂移，從而引起滑移稱之為擴(kuò)散滑移。（2）攀移：必須有原子擴(kuò)散。第二十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、彎折的擴(kuò)散滑移

1、彎折擴(kuò)散滑移的概念彎折擴(kuò)散滑移是指在外力和熱激活作用下彎折的定向漂移。在外力作用下，彎折傾向于沿外力作用方向移動(dòng)，從而產(chǎn)生定向漂移。（這個(gè)外力很小，不足以使彎折產(chǎn)生一般意義上的滑移）也就是說(shuō)，彎折的移動(dòng)和溶質(zhì)原子或空位擴(kuò)散機(jī)制是一樣的，因此稱為擴(kuò)散滑移。彎折可以看作是晶體中的微小組元（如同空位和間隙原子一樣），它也在不停地進(jìn)行著熱運(yùn)動(dòng)，有向任何方向移動(dòng)的趨勢(shì)。2、彎折擴(kuò)散滑移的機(jī)制這主要是指，應(yīng)力較小時(shí)，位錯(cuò)線難于整體滑移；此時(shí)，卻有可能在熱激活作用下使彎折發(fā)生定向漂移，進(jìn)而引起位錯(cuò)線的滑移。“移動(dòng)是熱激活引起的，而定向是外力造成的”！第三節(jié)擴(kuò)散滑移與攀移機(jī)制第三十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、彎折的擴(kuò)散滑移3、擴(kuò)散滑移行為的表征已知：＝？求：橫向漂移速度在熱激活作用下可能引起彎折的定向漂移；所受切應(yīng)力較小，尚不足以使彎折運(yùn)動(dòng)；解：按照擴(kuò)散理論，熱力學(xué)力作用下，原子定向漂移速率為：（1）首先確定彎折的擴(kuò)散系數(shù)：

所以，彎折在外力作用下的擴(kuò)散滑移速度為：若彎折運(yùn)動(dòng)的激活能為時(shí)：時(shí)，則作用在彎折上的力為：（2）若所施加的切應(yīng)力為在左螺型位錯(cuò)上有一個(gè)刃型彎折；a－原子跳動(dòng)的距離。－Debye頻率；在低溫變形時(shí)，彎折起著非常重要的作用。第三節(jié)擴(kuò)散滑移與攀移機(jī)制第三十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、彎折的擴(kuò)散滑移3、彎折擴(kuò)散滑移的意義（1）當(dāng)應(yīng)力較低，不足以使整個(gè)位錯(cuò)線滑動(dòng)時(shí)；或當(dāng)溫度較低，不足以使位錯(cuò)發(fā)生攀移時(shí)；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)彎折的擴(kuò)散滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）擴(kuò)散滑移屬于擴(kuò)散過(guò)程，是由原子的熱振動(dòng)引起的；影響擴(kuò)散過(guò)程的是擴(kuò)散激活能，而不是P－N力；對(duì)于擴(kuò)散而言，密堆結(jié)構(gòu)比非密堆結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散更難。（3）彎折的側(cè)向運(yùn)動(dòng)是沿著非密排方向，所需熱激活能顯著降低。第三節(jié)擴(kuò)散滑移與攀移機(jī)制第三十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二、位錯(cuò)線的擴(kuò)散攀移Q1：擴(kuò)散攀移的元過(guò)程：刃型位錯(cuò)擴(kuò)散攀移的元過(guò)程是點(diǎn)陣缺陷（空位或間隙原子）的發(fā)射或湮滅：(1)吸收間隙原子或發(fā)射空位產(chǎn)生負(fù)攀移；(2)發(fā)射間隙原子或吸收空位產(chǎn)生正攀移；可見(jiàn)，刃型位錯(cuò)攀移時(shí)，要引起周圍點(diǎn)陣缺陷數(shù)量的變化。Q2：刃型位錯(cuò)周圍點(diǎn)缺陷濃度發(fā)生變化對(duì)位錯(cuò)產(chǎn)生的影響：(1)若刃型位錯(cuò)周圍空位濃度大于平衡濃度時(shí)，位錯(cuò)會(huì)吸收空位正攀移；(2)若刃型位錯(cuò)周圍空位濃度小于平衡濃度時(shí)，位錯(cuò)會(huì)發(fā)射空位負(fù)攀移；所以，這相當(dāng)于空位濃度的變化會(huì)在位錯(cuò)上施加一個(gè)攀移力，稱之為滲透力。第三節(jié)擴(kuò)散滑移與攀移機(jī)制第三十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二、位錯(cuò)線的擴(kuò)散攀移1、滲透力概念：刃型位錯(cuò)附近點(diǎn)缺陷的變化引起的一種攀移力。2、滲透力產(chǎn)生的原因：如果位錯(cuò)線附近空位濃度高于晶體中的空位濃度時(shí)，空位會(huì)向位錯(cuò)線上遷移，以降低空位的濃度，從而使位錯(cuò)線發(fā)生攀移。3、滲透力的表達(dá)式：滲透力必然是組態(tài)力。這就好像有一種力作用在位錯(cuò)線上，這種力我們稱之為滲透力。－原子的體積；C0－點(diǎn)缺陷的平衡濃度；C－位錯(cuò)線附近點(diǎn)缺陷的濃度。第三節(jié)擴(kuò)散滑移與攀移機(jī)制所以，晶體中刃型位錯(cuò)可能受到兩個(gè)方向的攀移力：－外力正應(yīng)力引起的攀移力。或者寫(xiě)成矢量形式：第三十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日由上述分析可知，位錯(cuò)擴(kuò)散攀移速率由晶體內(nèi)空位的體擴(kuò)散速率所控制。于是，可以用擴(kuò)散理論來(lái)求刃型位錯(cuò)的攀移速率：－空位的體擴(kuò)散系數(shù)：－原子自擴(kuò)散系數(shù)；

所以，T↑↑↑↑；↑↑（1）在外力＋熱激活作用下，誘發(fā)彎折定向漂移引起整個(gè)位錯(cuò)滑移擴(kuò)散滑移；（2）在外力＋熱激活作用下，誘發(fā)點(diǎn)缺陷定向擴(kuò)散位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與原子擴(kuò)散的關(guān)系：引起整個(gè)位錯(cuò)攀移擴(kuò)散攀移。第三節(jié)擴(kuò)散滑移與攀移機(jī)制二、位錯(cuò)線的擴(kuò)散攀移4、位錯(cuò)擴(kuò)散攀移速率：第三十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日三、割階位錯(cuò)的攀移總之，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是與原子擴(kuò)散有一定關(guān)系的。說(shuō)明位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)存在熱激活問(wèn)題。這對(duì)于深入理解位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)行為與溫度的關(guān)系很有意義。在一般情況下，由于所受的作用力較大，往往忽略了熱激活作用。問(wèn)題:帶割階位錯(cuò)的攀移速度應(yīng)由什么來(lái)控制？－原子的擴(kuò)散系數(shù)；a－割階移動(dòng)的距離。－割階的濃度，，它反映的是單位長(zhǎng)度上割階的數(shù)量；－割階的形成能。由此可以進(jìn)一步求出位錯(cuò)攀移的速度：應(yīng)當(dāng)是由空位的體擴(kuò)散來(lái)控制。用擴(kuò)散理論求出割階運(yùn)動(dòng)的速度為：第三節(jié)擴(kuò)散滑移與攀移機(jī)制第三十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)第三十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、保守性滑動(dòng)（1）割階間距為L(zhǎng)，原位錯(cuò)滑移面為xoy，是易滑移面；（2）割階也是刃型位錯(cuò)，其滑移面為yoz，是非易滑移面。1、帶有割階刃型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生條件：所以，可以導(dǎo)致割階在晶體非易滑移面上滑動(dòng)，但總是要拖后（為什么？）。又因?yàn)閔=b，作用在單位割階上的力為：所以，割階兩邊位錯(cuò)線作用在位錯(cuò)線上的力為：解：割階上作用力平衡方程為：第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)求：在切應(yīng)力作用下，割階如何運(yùn)動(dòng)？第三十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日2、帶有割階螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)一、保守性滑動(dòng)產(chǎn)生條件：螺型位錯(cuò)上有割階，且割階的間距不等；求：在切應(yīng)力作用下，割階如何運(yùn)動(dòng)？解：刃型位錯(cuò)；（2）割階的滑移面是什么？（3）在作用下位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)：（1）割階的性質(zhì)是什么？xoz；螺型位錯(cuò)沿y方向運(yùn)動(dòng)；割階位錯(cuò)作負(fù)攀移；由于割階的間隙不等，線張力在割階處產(chǎn)生一個(gè)平行于柏氏矢量的力：又由于，在各段受力相同時(shí)，彎曲半徑相同，但各段的截距不同，所以，其弓彎角不同：第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)第三十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日2、帶有割階螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)一、保守性滑動(dòng)（2）位錯(cuò)線繼續(xù)前進(jìn)，而割階附近的位錯(cuò)線為刃型，不能隨著前進(jìn)：?jiǎn)栴}1：在力F的作用下，會(huì)有什么結(jié)果？會(huì)使割階2向左運(yùn)動(dòng)；割階3向右運(yùn)動(dòng)；使兩個(gè)割階聚合起來(lái)：聚合作用的結(jié)果是使割階間距趨于相等形成位錯(cuò)偶極子問(wèn)題2：割階聚合形成位錯(cuò)偶極子的形態(tài)？（1）割階的聚合使割階間距趨于相等，位錯(cuò)線在外力作用下形成半圓形：最終形成位錯(cuò)偶極子。如果割階符號(hào)相同形成超割階如果割階符號(hào)相反相互銷毀結(jié)論：在比較低的溫度下，帶有割階的位錯(cuò)可以作保守運(yùn)動(dòng)，但條件是必須有應(yīng)力集中。所以，一般認(rèn)為，割階對(duì)位錯(cuò)滑移有阻礙作用或釘扎作用。第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)第四十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日總的情況是：割階間位錯(cuò)滑移＋割階本身攀移稱之為擴(kuò)散控制滑移。二、非保守滑移條件是：溫度比較高，擴(kuò)散可以進(jìn)行。已知：左螺位錯(cuò)，滑移面xoy；割階間距相等，均為L(zhǎng)；求：在切應(yīng)作用下，位錯(cuò)如何運(yùn)動(dòng)？1、帶有割階的螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（1）割階的性質(zhì)是什么？解：（2）割階的滑移面是什么？刃型位錯(cuò)；XOZ；（3）割階刃型位錯(cuò)的半原子面：作用下使螺錯(cuò)向Y方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，割階是負(fù)攀移，在割階會(huì)留下一串空位。會(huì)釋放出空位：割階每前進(jìn)一步就要釋放出一個(gè)空位；整個(gè)位錯(cuò)線能否前進(jìn)取決于割階是否放出空位。所以，較小時(shí)，割階起釘扎作用；較大時(shí)，割階才能運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)線才能脫錨。第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)在YOZ上，且在位錯(cuò)線左側(cè)；第四十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二、非保守滑移所需能量至少為。（空位與點(diǎn)陣結(jié)合能）；還需要能量（2）使割階前進(jìn)一個(gè)原子間距a，（空位形成能）；所需能量2、擴(kuò)散控制滑移的臨界切應(yīng)力計(jì)算割階脫錨所需的最大能量估算：（1）割階要釋放出空位空位要結(jié)點(diǎn)脫鉤進(jìn)入點(diǎn)陣●如果外力做功能提供的能量為，是否足以脫錨？能量不夠！因?yàn)榭瘴恍纬墒且粋€(gè)熱激活過(guò)程，所以還需要考慮熱激活的問(wèn)題。第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)虛功原理第四十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日3、熱激活過(guò)程的特點(diǎn)如果到B狀態(tài)時(shí)，位移為a*，－相當(dāng)于外力所做的功；－無(wú)外力時(shí)所需的激活能，相當(dāng)于空位形成能。從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，中間要翻越一個(gè)能壘，即熱激活能。所以，割階從狀態(tài)A到狀態(tài)C，中間要經(jīng)歷B狀態(tài)則總體所需要的熱激活能為：第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)二、非保守滑移第四十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日；第二步應(yīng)當(dāng)是空位與結(jié)點(diǎn)脫錨進(jìn)入點(diǎn)陣，即由C狀態(tài)到達(dá)D狀態(tài)。無(wú)外力作用時(shí)，A和C兩處的能量差為空位形成能；有外力做功時(shí)，A和C兩處的能量差為；請(qǐng)注意：B處的能壘一定要高于E處的能壘！——這就是割階熱激活的能量條件。所以，關(guān)鍵是有足夠的能量以翻越激活能壘，即第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)二、非保守滑移3、熱激活過(guò)程的特點(diǎn)第四十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日4、臨界切應(yīng)力求解：是發(fā)射空位所需要的熱激活能，所以，使割階運(yùn)動(dòng)所需要的臨界切應(yīng)力為：－激活體積由前述能量條件可得：所以，不需要熱激活就可以使割階穩(wěn)定地發(fā)射空位，則需要：第四節(jié)割階位錯(cuò)的滑動(dòng)二、非保守滑移第四十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)晶體中的全位錯(cuò)與滑移系統(tǒng)問(wèn)題1：什么叫全位錯(cuò)（Perfectdislocation）?問(wèn)題2：為什么全位錯(cuò)的柏氏矢量要取最短的點(diǎn)陣矢量？第四十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、Frank能量準(zhǔn)則FCC：Frank能量準(zhǔn)則實(shí)際上是以b2作為位錯(cuò)線能量大小的判據(jù)。所以，全位錯(cuò)的柏氏矢量只能是最小點(diǎn)陣矢量，否則，位錯(cuò)就會(huì)不穩(wěn)定，就會(huì)分解：各種晶體都有自己的最短點(diǎn)陣矢量，相應(yīng)的要有自己特定的全位錯(cuò)：HCP：BCC：?jiǎn)栴}：FCC中中的b值是不是更小呢？為什么不是最小點(diǎn)陣矢量呢？注意：全位錯(cuò)的不改變晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的特性。第五節(jié)晶體中的全位錯(cuò)與滑移系統(tǒng)第四十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二、晶體的滑移系統(tǒng)FCC：BCC：在連續(xù)介質(zhì)中沒(méi)有不可動(dòng)位錯(cuò)。但在晶體中存在。晶體中的位錯(cuò)分為可動(dòng)位錯(cuò)和林位錯(cuò)。晶體的滑移系統(tǒng)主要取決于全位錯(cuò)的特性：易滑移面和易滑移方向構(gòu)成滑移系統(tǒng)：晶體的滑移方向主要平行于全位錯(cuò)的柏氏矢量；晶體的滑移面主要與全位錯(cuò)的滑移面一致。HCP：c/a＞1.633——c/a＜1.633——（基面）（棱柱面）（棱錐面）第五節(jié)晶體中的全位錯(cuò)與滑移系統(tǒng)第四十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日三、全位錯(cuò)的滑移問(wèn)題1：可動(dòng)刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)線應(yīng)當(dāng)躺在哪個(gè)晶面上？位錯(cuò)線應(yīng)沿著什么方向？問(wèn)題2：這個(gè)位錯(cuò)應(yīng)如何運(yùn)動(dòng)？問(wèn)題3：螺型位錯(cuò)呢？第五節(jié)晶體中的全位錯(cuò)與滑移系統(tǒng)第四十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第六節(jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)第五十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、晶體學(xué)基本知識(shí)1、{111}面（1）是ABC三層一重復(fù)，且面上原子排列最緊密；（2）C→A，A→B，B→C三個(gè)位置間相差；（3）晶面間距為：；（4）抽出或插入一層{111}面引起的位移量為。2、{100}面（1）位置是兩層一重復(fù)；（2）晶面間距為：。第五十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、晶體學(xué)基本知識(shí)第五十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日3、{110}面（1）是二層一重復(fù)，可稱為a面和b面；（2）晶面間距為：；由于{110}面上的原子太稀疏，a、b兩個(gè)（110）面才能構(gòu)成密排面，然后重復(fù)堆垛成晶體。（3）兩個(gè){110}面才能構(gòu)成的位移矢量。即面心立方全位錯(cuò)（刃型）的半原子面由兩個(gè)（110）半原子面組成。正因如此，全位錯(cuò)才有可能分解為兩個(gè)部分位錯(cuò)。一、晶體學(xué)基本知識(shí)第五十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日小結(jié)一、晶體學(xué)基本知識(shí)（1）面是ABCABC……三層一重復(fù)，面間距最大；（2）是ababab……二層一重復(fù)，面間距；矢量由4個(gè)面組成，一個(gè)C位置移動(dòng)到A位置；B位置移動(dòng)到C位置；A位置移動(dòng)到B位置；矢量由2個(gè)面組成?；蛞粋€(gè)矢量由三層面組成，一個(gè)面的厚度為；即一層第六節(jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)第五十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二、面心立方中的層錯(cuò)問(wèn)題1：什么叫層錯(cuò)，在FCC中層錯(cuò)是怎樣形成的？實(shí)際晶體中都是密排點(diǎn)陣，點(diǎn)陣的周期性可以看作是密堆（排）面按照一定堆垛次序堆垛而成。在堆垛過(guò)程中，堆垛次序可能會(huì)發(fā)生變化，使點(diǎn)陣周期受到破壞，形成層錯(cuò)。所以，層錯(cuò)是由于堆垛次序發(fā)生變化而產(chǎn)生的一種晶體缺陷ABCABC……問(wèn)題2：對(duì)于FCC而言，正常的堆垛次序是什么？第六節(jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)第五十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日問(wèn)題3：如何改變這種點(diǎn)陣堆垛次序？（層錯(cuò)的類型）（3）滑移型：一次滑移形成內(nèi)稟型層錯(cuò)：（1）抽出型（內(nèi)稟型）：?jiǎn)螌佣讯鈱渝e(cuò)，一個(gè)原子厚的孿晶；……ABCABCABC……↑……ABCBCABC……＾（2）插入型（外稟型）：雙層堆垛層錯(cuò)，兩個(gè)原子厚的孿晶；……ABCABCABC……↓A……ABCABACABC……＾……ABC

ABCABCABC……↓A↓B↓C↓A↓B↓C↓A……ABC

ABABCABCA……＾……ABC

ABABCABCA……C↑A↑B↑C↑……CABC

BABCABCA……二、面心立方中的層錯(cuò)第六節(jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)二次滑移形成外稟層錯(cuò)：第五十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日三、部分位錯(cuò)1、定義部分位錯(cuò)是指柏氏矢量小于最短點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)。2、分類（1）Frank位錯(cuò)形成：性質(zhì)：方向—平行于方向（);大小—等于面間距，，即。fcc滑移面（111）面）。是不可動(dòng)位錯(cuò)（因?yàn)槌槌龌虿迦氩糠置芘琶娴倪吔?；刃型位錯(cuò)；柏氏矢量：可動(dòng)性：第五十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日三、部分位錯(cuò)2、分類（2）Shocrley位錯(cuò)形成：其邊界就是Shockley位錯(cuò)?！瑼BCACABC……^性質(zhì)：和都在{111}面上。因?yàn)榭蔀槿行汀⒙菪突蚧旌闲臀诲e(cuò)。柏氏矢量：可動(dòng)性：是可動(dòng)位錯(cuò)，和都在{111}面上。因?yàn)镾hockley位錯(cuò)作為滑移型層錯(cuò)的邊界，不能離開(kāi)滑移面，難于攀移和交滑移。第六節(jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)在O-O’面上局部滑移，使堆垛次序發(fā)生：第五十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日四、擴(kuò)展位錯(cuò)問(wèn)題1：什么叫擴(kuò)展位錯(cuò)？為什么會(huì)形成擴(kuò)展位錯(cuò)？問(wèn)題2：如何能形成層錯(cuò)？位錯(cuò)反應(yīng)和位錯(cuò)分解：?jiǎn)栴}3：如何判斷一個(gè)位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行？層錯(cuò)能的概念：時(shí)，位錯(cuò)不能擴(kuò)展，例如Al、Ni；時(shí)，位錯(cuò)可擴(kuò)展，但很窄；時(shí)，位錯(cuò)易擴(kuò)展，例如黃銅、不銹鋼。幾何條件：反應(yīng)前后柏氏矢量守恒，即能量條件（Frank準(zhǔn)則）：位錯(cuò)反應(yīng)的判據(jù)第六節(jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)第五十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日五、Thompson記號(hào)第六節(jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)第六十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日五、Thompson記號(hào)的特點(diǎn)1、兩個(gè)英文字母表示的矢量為全位錯(cuò)的柏氏矢量：2、順序相同的英文字母與希臘字母組合矢量表示Frank位錯(cuò)的柏氏矢量：第六節(jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)第六十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日3、其它英文字母與希臘字母組合矢量表示Shockley位錯(cuò)的柏氏矢量：五、Thompson記號(hào)的特點(diǎn)4、壓桿位錯(cuò)第六十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日注：代表和兩矢量中點(diǎn)連線的2倍；5、符合矢量運(yùn)算法則五、Thompson記號(hào)的特點(diǎn)計(jì)算上?。旱诹?jié)面心立方晶體中的層錯(cuò)和部分位錯(cuò)第六十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)第六十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、Lomer位錯(cuò)鎖1、同一滑移面上兩個(gè)互相平行全位錯(cuò)的反應(yīng)是可動(dòng)位錯(cuò)。是全位錯(cuò)，而且在（111）面上，反應(yīng)的位錯(cuò)線也在（111）面上，的條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。所以滿足從能量角度來(lái)看，這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行的可能性：即：已知：第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)第六十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、Lomer位錯(cuò)鎖2、相交滑移面上兩個(gè)互相平行全位錯(cuò)的反應(yīng)求：反應(yīng)的結(jié)果是什么？設(shè)：一個(gè)滑移面為（111），即ABC面（d）；另一個(gè)滑移面為，即BCD面（a）；交線為；在每個(gè)滑移面上各有一個(gè)全位錯(cuò)，并且都平行于交線：解：能量條件：即可以形成新的位錯(cuò)。第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)第六十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、Lomer位錯(cuò)鎖2、相交滑移面上兩個(gè)互相平行全位錯(cuò)的反應(yīng)

（1）位錯(cuò)性質(zhì)：（2）滑移面：，即為刃型位錯(cuò)。（3）可動(dòng)性：不可動(dòng)位錯(cuò)，稱為L(zhǎng)omer位錯(cuò)鎖。問(wèn)題1：這個(gè)面上有幾組可以反應(yīng)生成Lomer位錯(cuò)鎖？二組：?jiǎn)栴}2：其它各面呢？第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)第六十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二、壓桿位錯(cuò)（Stair-rod）1、壓桿位錯(cuò)的定義壓桿位錯(cuò)是由兩個(gè)位于相交滑移面上的Shockley位錯(cuò)相遇，在交線處所形成的不動(dòng)位錯(cuò)。類似于在樓梯上鋪地毯時(shí)，每個(gè)臺(tái)階角上釘?shù)哪緱l一樣。2、壓桿位錯(cuò)的形成（1）由位于相交滑移面上的一個(gè)全位錯(cuò)擴(kuò)展而成和有一個(gè)全位錯(cuò)位于相交的滑移面上；兩個(gè)滑移面夾角為71°；，為刃型位錯(cuò)。全位錯(cuò)的柏氏矢量為：第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)第六十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

1）全位錯(cuò)在兩個(gè)面上發(fā)生分解：反應(yīng)過(guò)程：在面上：面上：在2）與發(fā)生反應(yīng)：所形成的位錯(cuò)：壓桿位錯(cuò)滑移面：二、壓桿位錯(cuò)2、壓桿位錯(cuò)的形成第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)第六十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二、壓桿位錯(cuò)2、壓桿位錯(cuò)的形成設(shè)：面上有擴(kuò)展位錯(cuò)：面上有擴(kuò)展位錯(cuò)：（2）在相交滑移面上兩個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)的領(lǐng)先位錯(cuò)相遇而成即（a）－BDC面上：即（d）－ABC面上：反應(yīng)過(guò)程——滑移面：Lomer-Cottrell位錯(cuò)鎖第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)第七十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日三、Lomer-Cottrell位錯(cuò)鎖（1）由兩個(gè)全位錯(cuò)分解，再由領(lǐng)先位錯(cuò)反應(yīng)生成（如前節(jié)所述）；兩個(gè)Shockley位錯(cuò)壓桿位錯(cuò)1、Lomer-Cottrell位錯(cuò)鎖的概念是由壓桿位錯(cuò)＋兩片層錯(cuò)＋兩個(gè)Shockley位錯(cuò)所構(gòu)成的位錯(cuò)組態(tài)。2、Lomer-Cottrell位錯(cuò)鎖的形成（2）由兩個(gè)位錯(cuò)先合成Lomer位錯(cuò)鎖，再分解成一個(gè)壓桿位錯(cuò)＋兩個(gè)Shockley位錯(cuò)，中間夾著層錯(cuò)：第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)第七十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日四、會(huì)合位錯(cuò)第七節(jié)面心立方晶體中的幾種重要位錯(cuò)反應(yīng)1、會(huì)合位錯(cuò)的形成第七十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日2、全位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的形成四、會(huì)合位錯(cuò)第七十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日四、會(huì)合位錯(cuò)3、擴(kuò)展位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的形成可在（a）面上滑移，在層錯(cuò)表面張力的作用下要沿著（a）面拉開(kāi)，使其結(jié)點(diǎn)沿兩滑移面交線向兩側(cè)移動(dòng)，導(dǎo)致位錯(cuò)和的線長(zhǎng)度越來(lái)越短，并隨后在（c）面上失去平衡而交滑移至（a）面，形成擴(kuò)展位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。在（a）面上在（c）面上上述四個(gè)位錯(cuò)中的后三個(gè)相遇形成會(huì)合位錯(cuò)由于第七十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日四、會(huì)合位錯(cuò)4、面角位錯(cuò)的一般形式

第七十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日五、擴(kuò)展偶極子第七十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第八節(jié)面心立方晶體中擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題1：擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度取決于什么？問(wèn)題2：在外力作用下，擴(kuò)展位錯(cuò)如何運(yùn)動(dòng)？第七十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一、滑移平衡寬度為，切應(yīng)力為；求