晶體結(jié)構(gòu)缺陷

第三節(jié)晶體結(jié)構(gòu)缺陷

Imperfections晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類(lèi)型點(diǎn)缺陷▲▲固溶體▲非化學(xué)計(jì)量氧化物線缺陷——位錯(cuò)面缺陷第一節(jié)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)一、多晶體結(jié)構(gòu)單晶體:一塊晶體材料，其內(nèi)部的晶體位向完全一致時(shí)，即整個(gè)材料是一個(gè)晶體，這塊晶體就稱(chēng)之為“單晶體”，實(shí)用材料中如半導(dǎo)體集成電路用的單晶硅、專(zhuān)門(mén)制造的金須和其他一些供研究用的材料。

一、多晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)多晶體:實(shí)際應(yīng)用的工程材料中，那怕是一塊尺寸很小材料，絕大多數(shù)包含著許許多多的小晶體，每個(gè)小晶體的內(nèi)部，晶格位向是均勻一致的，而各個(gè)小晶體之間，彼此的位向卻不相同。稱(chēng)這種由多個(gè)小晶體組成的晶體結(jié)構(gòu)稱(chēng)之為“多晶體”。一、多晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)晶粒：多晶體材料中每個(gè)小晶體的外形多為不規(guī)則的顆粒狀，通常把它們叫做“晶粒”。

晶界：晶粒與晶粒之間的分界面叫“晶粒間界”，或簡(jiǎn)稱(chēng)“晶界”。為了適應(yīng)兩晶粒間不同晶格位向的過(guò)渡，在晶界處的原子排列總是不規(guī)則的。二、多晶體的組織與性能：第一節(jié)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)偽各向同性：多晶體材料中，盡管每個(gè)晶粒內(nèi)部象單晶體那樣呈現(xiàn)各向異性，每個(gè)晶粒在空間取向是隨機(jī)分布，大量晶粒的綜合作用，整個(gè)材料宏觀上不出現(xiàn)各向異性，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為多晶體的偽各向同性。組織：性能：組織敏感的性能組織不敏感的性能三、晶體中的缺陷概論第一節(jié)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷：即使在每個(gè)晶粒的內(nèi)部，也并不完全象晶體學(xué)中論述的(理想晶體)那樣，原子完全呈現(xiàn)周期性的規(guī)則重復(fù)的排列。把實(shí)際晶體中原子排列與理想晶體的差別稱(chēng)為晶體缺陷。晶體中的缺陷的數(shù)量相當(dāng)大，但因原子的數(shù)量很多，在晶體中占有的比例還是很少，材料總體具有晶體的相關(guān)性能特點(diǎn)，而缺陷的數(shù)量將給材料的性能帶來(lái)巨大的影響。缺陷的含義：晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中周期性勢(shì)場(chǎng)的畸變稱(chēng)為晶體的結(jié)構(gòu)缺陷。

缺陷對(duì)材料性能的影響理想晶體：質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)格按照空間點(diǎn)陣排列。實(shí)際晶體：存在著各種各樣的結(jié)構(gòu)的不完整性。一、晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類(lèi)型

幾何形態(tài)：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷……

形成原因：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計(jì)量缺陷……分類(lèi)方式：（一）按缺陷的幾何形態(tài)來(lái)劃分

點(diǎn)缺陷

線缺陷

面缺陷

體缺陷：第二相粒子團(tuán)、空位團(tuán)……固溶體1、點(diǎn)缺陷（零維缺陷）缺陷尺寸處于原子大小的數(shù)量級(jí)上，即三維方向上缺陷的尺寸都很小。根據(jù)其對(duì)理想晶體偏離的幾何位置及成分來(lái)分：空位填隙原子雜質(zhì)原子(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearningFigure4.1Pointdefects:(a)vacancy,(b)interstitialatom,(c)smallsubstitutionalatom,(d)largesubstitutionalatom,(e)Frenkeldefect,(f)Schottkydefect.Allofthesedefectsdisrupttheperfectarrangementofthesurroundingatoms.2、線缺陷（一維缺陷）指在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列所產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺寸在一維方向較長(zhǎng)，另外二維方向上很短。如各種位錯(cuò)（dislocation）。刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)3、面缺陷（二維缺陷）在二維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列而產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺寸在二維方向上延伸，在第三維方向上很小。如晶界、表面、堆積層錯(cuò)、鑲嵌結(jié)構(gòu)等。面缺陷——晶界面缺陷－堆積層錯(cuò)

面心立方晶體中：抽出型層錯(cuò)(a)、插入型層錯(cuò)(b)面缺陷－共格晶面

面心立方晶體中{111}面反映孿晶（二）按缺陷產(chǎn)生的原因劃分

熱缺陷

雜質(zhì)缺陷

非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷

其它：電荷缺陷，輻照缺陷……

定義：當(dāng)晶體的溫度高于絕對(duì)0K時(shí)，由于晶格內(nèi)原子熱振動(dòng)，使一部分能量較大的原子離開(kāi)平衡位置造成的缺陷，也稱(chēng)為本征缺陷。

弗侖克爾缺陷（Frenkeldefect）類(lèi)型：肖特基缺陷（Schottkydefect）

1.熱缺陷弗侖克爾缺陷：（Frenkeldefect）肖特基缺陷：（Shcottkydefect）空位、間隙原子成對(duì)出現(xiàn)，體積不變?cè)榆S遷至表面，體內(nèi)留下空位，體積增加，正負(fù)離子空位成比例、成對(duì)出現(xiàn)熱缺陷濃度與溫度的關(guān)系：溫度升高時(shí)，熱缺陷濃度增加。2.雜質(zhì)缺陷定義:是由外加雜質(zhì)原子進(jìn)入晶體而產(chǎn)生的缺陷，亦稱(chēng)為組成缺陷、非本征缺陷。雜質(zhì)原子的含量一般少于0.1％。

類(lèi)型：置換式雜質(zhì)原子和間隙式雜質(zhì)原子

特征:雜質(zhì)缺陷的濃度與溫度無(wú)關(guān)。只決定于溶解度雜質(zhì)缺陷對(duì)材料性能的影響3.

非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷定義：指組成上偏離化學(xué)計(jì)量而形成的缺陷。特點(diǎn)：其化學(xué)組成隨周?chē)鷼夥盏男再|(zhì)及其分壓大小而變化，它是產(chǎn)生n型和p型半導(dǎo)體的基礎(chǔ)，為一種半導(dǎo)體材料。如：n型半導(dǎo)體4.其它:電荷缺陷、輻照缺陷……能帶理論：非金屬固體電子導(dǎo)電——n型半導(dǎo)體空穴導(dǎo)電——p型半導(dǎo)體非化學(xué)計(jì)量缺陷也稱(chēng)電荷缺陷點(diǎn)缺陷的符號(hào)表征：Kroger-Vink符號(hào)缺陷反應(yīng)方程式的寫(xiě)法熱缺陷濃度的計(jì)算二、點(diǎn)缺陷（一）點(diǎn)缺陷的符號(hào)表征：Kroger-Vink符號(hào)1.空位（vacancy）2.間隙原子（interstitial）3.錯(cuò)放位置（錯(cuò)位質(zhì)點(diǎn)）4.置換原子（溶質(zhì)原子)5.自由電子或電子空穴6.帶電缺陷7.締合中心

（二）缺陷反應(yīng)方程式的寫(xiě)法對(duì)于雜質(zhì)缺陷而言，缺陷反應(yīng)方程式的一般式：自由電子和空穴在某些情況下，有的電子和空穴可能并不屬于某一特定的位置，在外界的光電熱的作用下，可以在晶體中運(yùn)動(dòng)，這樣的電子和空穴稱(chēng)為自由電子（e‘）和電子空穴（h.）

空位（vacancy）用V來(lái)表示，Vm、Vx分別表示m原子和x原子的空位。在MX離子晶體中，如果取出一個(gè)M2+離子，與取出一個(gè)M原子比較，少取出二個(gè)電子，因此，M2+離子必然和二個(gè)荷負(fù)電的附加電子e’相聯(lián)系。等效過(guò)程Vm‘’=Vm+2e‘Vx..=Vx+2h.間隙原子Mi，XiMi..，Xi“MX二價(jià)離子晶體中的點(diǎn)缺陷

（M為二價(jià)正離子，X為二價(jià)負(fù)離子）

空位：填隙離子：雜質(zhì)離子：R2+離子進(jìn)入晶格間隙位置

N3+離子置換M2+離子締和中心：1.寫(xiě)出MgO形成肖特基缺陷的反應(yīng)方程式2.寫(xiě)出AgBr形成弗倫克爾缺陷的反應(yīng)方程式3.寫(xiě)出NaF加入YF3中缺陷的反應(yīng)方程式4.寫(xiě)出CaCl2加入YF3中缺陷的反應(yīng)方程式5.TiO2在還原氣氛下失去部分氧，生成非化學(xué)計(jì)量化合物TiO2-x，寫(xiě)出缺陷的反應(yīng)方程式。1.寫(xiě)缺陷反應(yīng)方程式應(yīng)遵循的原則（1）位置關(guān)系（2）質(zhì)量平衡（3）電中性（1）位置關(guān)系注意：在化合物MaXb中，無(wú)論是否存在缺陷，其正負(fù)離子位置數(shù)（即格點(diǎn)數(shù)）的之比始終是一個(gè)常數(shù)a/b，即：位置增值、表面位置（2）質(zhì)量平衡注：VM不存在質(zhì)量，下標(biāo)M只表示缺陷位置與化學(xué)反應(yīng)方程式相同，缺陷反應(yīng)方程式兩邊的質(zhì)量應(yīng)該相等。（3）電中性（電荷守恒）電中性要求缺陷反應(yīng)方程式兩邊的有效電荷數(shù)必須相等。2.缺陷反應(yīng)實(shí)例例：1）寫(xiě)出CaF2加入NaF中的缺陷反應(yīng)方程式2）寫(xiě)出CaO加入ZrO2中的缺陷反應(yīng)方程式3）寫(xiě)出Al2O3加入Cr2O3中的缺陷反應(yīng)方程式（1）雜質(zhì)（組成）缺陷反應(yīng)方程式基本規(guī)律：高價(jià)正離子占據(jù)低價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有正電荷，為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生正離子空位或間隙負(fù)離子。低價(jià)正離子占據(jù)高價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有負(fù)電荷，為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生負(fù)離子空位或間隙正離子。（2）熱缺陷反應(yīng)方程式例：2）AgBr形成弗侖克爾缺陷1）MgO形成肖特基缺陷一般規(guī)律：當(dāng)晶體中剩余空隙比較小，如NaCl型結(jié)構(gòu)，容易形成肖特基缺陷；當(dāng)晶體中剩余空隙比較大時(shí)，如螢石CaF2型結(jié)構(gòu)等，容易產(chǎn)生弗侖克爾缺陷。在一定溫度下，熱缺陷是處在不斷地產(chǎn)生和消失的過(guò)程中，當(dāng)單位時(shí)間產(chǎn)生和復(fù)合而消失的數(shù)目相等時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡，熱缺陷的數(shù)目保持不變。根據(jù)質(zhì)量作用定律，可以利用化學(xué)平衡方法計(jì)算熱缺陷的濃度。（三）熱缺陷濃度的計(jì)算1、弗侖克爾缺陷濃度的計(jì)算化學(xué)平衡方法計(jì)算熱缺陷濃度2、肖特基缺陷濃度的計(jì)算熱缺陷的濃度與缺陷形成自由焓及溫度的關(guān)系為：例：（1）在MgO晶體中，肖特基缺陷的生成能為6eV，計(jì)算25℃及1600℃時(shí)的熱缺陷濃度?（2）如果MgO晶體中，含有百萬(wàn)分之一的Al2O3雜質(zhì)，則在1600℃時(shí)，MgO晶體中熱缺陷占優(yōu)勢(shì)還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)？說(shuō)明原因。(1.76*10-51)(8*10-9)

凡是在固態(tài)條件下，一種組分（溶劑）內(nèi)“溶解”了其它組分（溶質(zhì)）而形成單一、均勻的晶態(tài)固體，稱(chēng)為固溶體。將外來(lái)組元引入晶體結(jié)構(gòu)，占據(jù)基質(zhì)晶體質(zhì)點(diǎn)的位置，或進(jìn)入間隙質(zhì)點(diǎn)的一部分，仍保持一個(gè)晶相。三、固溶體固溶體、機(jī)械混合物和化合物三者之間有本質(zhì)的區(qū)別固溶體的分類(lèi)置換型固溶體間隙型固溶體固溶體的性質(zhì)固溶體的研究方法（一）固溶體的分類(lèi)

根據(jù)外來(lái)組元在固溶體主晶相中所處位置，可分為置換固溶體和間隙固溶體。

按外來(lái)組元在主晶相中的固溶度，可分為連續(xù)型（無(wú)限型）固溶體和有限型固溶體。（1）置換型固溶體（2）間隙型固溶體雜質(zhì)原子進(jìn)入晶體中正常格點(diǎn)位置所生成的固溶體。如：MgO-CaO，MgO-CoO，PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等雜質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙位置所生成的固溶體。1、按雜質(zhì)原子在固溶體中的位置分類(lèi)（1）無(wú)限（連續(xù)）固溶體（2）有限固溶體

無(wú)限固溶體是指溶質(zhì)和溶劑兩種晶體可以按任意比例無(wú)限制的相互固溶。

有限固溶體是溶質(zhì)只能以一定的溶解限量溶入到溶劑中，即雜質(zhì)原子在固溶體中的溶解度是有限的。2、按雜質(zhì)原子在晶體中的溶解度分類(lèi)部分互溶，不連續(xù)，溶解度一定任意比例、完全互溶（二）置換型固溶體1、影響置換型固溶體中溶質(zhì)離子溶解度的因素

離子尺寸因素

晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型離子的電價(jià)因素電負(fù)性因素（1）離子尺寸因素離子尺寸越接近，固溶體越穩(wěn)定15％規(guī)則：<15％，連續(xù)型固溶體MgO－NiO15～30％，不連續(xù)型固溶體MgO－CaO>30％，不形成固溶體（2）晶體的結(jié)構(gòu)類(lèi)型（3）離子的電價(jià)影響晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型相同，易形成連續(xù)型固溶體例如：MgO－NiO；Al2O3－Cr2O3；PbZrO3－PbTiO3離子價(jià)相同或離子價(jià)總和相等時(shí)，才能生成連續(xù)型固溶體例如：MgO－NiO、Al2O3－Cr2O3；鈣長(zhǎng)石－鈉長(zhǎng)石、PbZrO3－PbTiO3（4）電負(fù)性電負(fù)性相近——固溶體電負(fù)性差別大——化合物2、置換型固溶體中的“組分缺陷”等價(jià)置換不等價(jià)置換——產(chǎn)生組分缺陷例：判斷MgO－CaO系統(tǒng)可能出現(xiàn)的組分缺陷：高價(jià)置換低價(jià)陽(yáng)離子出現(xiàn)空位陰離子進(jìn)入間隙低價(jià)置換高價(jià)陰離子出現(xiàn)空位陽(yáng)離子進(jìn)入間隙（三）間隙型固溶體1、形成間隙型固溶體的條件（影響因素）（1）結(jié)構(gòu)尺寸因素1）雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大小2）晶體（基質(zhì)）結(jié)構(gòu)即添加的原子愈小，易形成固溶體，反之亦然。一般晶體中空隙愈大，結(jié)構(gòu)愈疏松，易形成固溶體例：MgO、TiO2、CaF2、架狀硅酸鹽片沸石形成間隙固溶體的次序?yàn)椋?/p>

片沸石>CaF2>TiO2>MgO（2）電價(jià)因素保持電價(jià)平衡（電中性）硅酸鹽固溶體中：Be2＋＋2Al3＋2Si4＋

例：2、填隙型固溶體實(shí)例（1）原子填隙（2）陽(yáng)離子填隙（3）陰離子填隙C在Fe中間隙固溶體（四）固溶體的性質(zhì)1、活化晶格、促進(jìn)燒結(jié)Al2O3，熔點(diǎn)達(dá)2050℃，很難燒結(jié)；加入3％的Cr2O3形成置換型固溶體，可在1860℃燒結(jié)；加入1％～2％TiO2，形成缺位固溶體，可在1600℃燒結(jié)∴形成固溶體后可大大降低燒結(jié)溫度例：2、穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生例：ZrO2加入CaO后，和ZrO2形成固溶體，無(wú)晶型轉(zhuǎn)變3、固溶強(qiáng)化固溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低，稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。例：鉑（銠）－鉑（銠）熱電偶，熔點(diǎn)為1450℃；鉑銠－鉑熱電偶，熔點(diǎn)為1700℃；鉑銠－鉑銠熱電偶，熔點(diǎn)為2000℃以上（1）晶胞參數(shù)1）超導(dǎo)材料2）壓電材料PZTZrO2：絕緣體——導(dǎo)體、半導(dǎo)體4、形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響例：（2）電性能（3）光學(xué)性能1）透明陶瓷PLZT；PZT（熱等靜壓燒結(jié)）；Al2O32）人造寶石為什么PZT用一般的燒結(jié)方法不能達(dá)到透明，而PLZT能透明呢？例：人造寶石（4）機(jī)械強(qiáng)度（五）固溶體的研究方法1、大略估計(jì)尺寸因素、空隙位置大?。?）NaCl型結(jié)構(gòu)（2）TiO2型和CaF2型結(jié)構(gòu)例：實(shí)際測(cè)量D（密度）理論計(jì)算D0gi—單位晶胞內(nèi)第I種原子（離子）的質(zhì)量，gg—晶胞質(zhì)量，g＝g1+g2+……+giV—單位晶胞內(nèi)體積，cm32、實(shí)驗(yàn)判別式中：例：CaO外加到ZrO2中形成固溶體，在1600℃時(shí)，該固溶體具有螢石結(jié)構(gòu)，屬于立方晶系。經(jīng)X射線衍射分析測(cè)定，當(dāng)溶入0.15分子CaO時(shí)，晶胞參數(shù)a＝0.513nm。實(shí)驗(yàn)測(cè)定密度為D＝5.447g/cm3。判斷其形成的固溶體類(lèi)型？（1）寫(xiě)出可能形成固溶體的缺陷反應(yīng)式（2）寫(xiě)出固溶體的化學(xué)式（3）計(jì)算理論密度D0（4）理論密度與實(shí)測(cè)密度比較，確定固溶體類(lèi)型解：實(shí)際的化合物中，有一些化合物不符合定比定律，負(fù)離子與正離子的比例并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的固定的比例關(guān)系，這些化合物稱(chēng)為非化學(xué)計(jì)量化合物。四、非化學(xué)計(jì)量氧化物1）非化學(xué)計(jì)量化合物產(chǎn)生及缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān)；2）可以看作是高價(jià)化合物與低價(jià)化合物的固溶體；3）缺陷濃度與溫度有關(guān)，這點(diǎn)可以從平衡常數(shù)看出；4）非化學(xué)計(jì)量化合物都是半導(dǎo)體。非化學(xué)計(jì)量化合物的特點(diǎn)：負(fù)離子缺位：TiO2－x

間隙正離子：Zn1＋xO

間隙負(fù)離子：UO2＋x

正離子缺位：Fe1－xO

1、負(fù)離子缺位型——TiO2-x、ZrO2－x從化學(xué)計(jì)量觀點(diǎn)看：環(huán)境中氧不足，晶格中的氧逸出，形成氧空位，使金屬離子過(guò)剩；從化學(xué)的觀點(diǎn)看：缺氧的TiO2可看作使四價(jià)鈦和三價(jià)鈦氧化物的固溶體。缺陷反應(yīng)方程式：根據(jù)質(zhì)量作用定律，平衡時(shí)：討論：TiO2-x結(jié)構(gòu)缺陷示意圖為什么TiO2-x是一種n型半導(dǎo)體？TiO2-x結(jié)構(gòu)缺陷在氧空位上捕獲兩個(gè)電子，成為一種色心。色心上的電子能吸收一定波長(zhǎng)的光，使氧化鈦從黃色變成藍(lán)色直至灰黑色。2、正離子間隙型

Zn1+xO和Cdl+xO屬于這種類(lèi)型。過(guò)剩的金屬離子進(jìn)入間隙位置，帶正電，為了保持電中性，等價(jià)的電子被束縛在間隙位置金屬離子的周?chē)?，這也是一種色心。由于間隙正離子，使金屬離子過(guò)剩型結(jié)構(gòu)e或如果Zn離子化程度不足，還可以有：例：ZnO在Zn蒸氣中加熱3、負(fù)離子間隙型缺焰反應(yīng)式：目前只發(fā)現(xiàn)UO2+x，可以看作U2O5在UO2中的固溶體，具有這樣的缺陷。h由于存在向隙負(fù)離子，使負(fù)離子過(guò)剩型的結(jié)構(gòu)4、陽(yáng)離子缺位型——Fe1－xO、Cu2－xOh例：

Fe1－xO，可以看作為Fe2O3在FeO中的固溶體——形成V－色心五、線缺陷（一）概念實(shí)際晶體受到各種力的作用使晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列變形，原子間行列相互滑移，不再符合理想晶格的有序排列，而形成線狀的缺陷稱(chēng)為位錯(cuò)。Dislocation-Alineimperfectioninacrystallinematerial.Screwdislocation-Adislocationproducedbyskewingacrystalsothatoneatomicplaneproducesaspiralrampaboutthedislocation.Edgedislocation-Adislocationintroducedintothecrystalbyaddingan‘‘extrahalfplane’’ofatoms.Mixeddislocation-Adislocationthatcontainspartlyedgecomponentsandpartlyscrewcomponents.Slip-Deformationofametallicmaterialbythemovementofdislocationsthroughthecrystal.Section4.3Dislocations位錯(cuò)理論的產(chǎn)生塑性變形理論推斷出來(lái)的完整晶體的塑性變形——滑移模型：塑性變形是通過(guò)晶體的滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)的，滑移總是沿著晶體的最密排面的密排方向上進(jìn)行。滑移過(guò)程并非是原子面之間整體發(fā)生位移，而是一部分先發(fā)生位移，然后推動(dòng)晶體的另一部分滑移，循序漸進(jìn)。（二）位錯(cuò)的基本類(lèi)型和特征刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)混合型位錯(cuò)1.刃型位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)線附近原子失去正常有規(guī)律排列，并滑移一段距離，由此產(chǎn)生的缺陷即是刃位錯(cuò)。EF是以滑移部分和未滑移部分的交錯(cuò)線，稱(chēng)為位錯(cuò)線刃位錯(cuò)一、位錯(cuò)的原子模型第三節(jié)位錯(cuò)的基本概念若將上半部分向上移動(dòng)一個(gè)原子間距，之間插入半個(gè)原子面，再按原子的結(jié)合方式連接起來(lái)，得到和(b)類(lèi)似排列方式(轉(zhuǎn)90度)，這也是刃型位錯(cuò)。實(shí)際上位錯(cuò)線不是一列原子，而是以EF為中心的一個(gè)管道，其直徑一般為3-4個(gè)原子間距。在此方范圍內(nèi)，原子位置有較大的畸變。伯格斯矢量（滑移方向）位錯(cuò)線┸

特征：位錯(cuò)周?chē)纬梢粋€(gè)彈性應(yīng)力場(chǎng)刃位錯(cuò)有正負(fù)之分：┸正刃位錯(cuò)┯負(fù)刃位錯(cuò)在位錯(cuò)線處，晶格畸變最大；離位錯(cuò)線越遠(yuǎn)晶格畸變?cè)叫∫弧⑽诲e(cuò)的原子模型第三節(jié)位錯(cuò)的基本概念若將晶體的上半部分向后移動(dòng)一個(gè)原子間距，再按原子的結(jié)合方式連接起來(lái)(c)，同樣除分界線附近的一管形區(qū)域例外，其他部分基本也都是完好的晶體。而在分界線的區(qū)域形成一螺旋面，這就是螺型位錯(cuò)。位錯(cuò)線附近原子排列2.螺位錯(cuò)(screwdislocation)在位錯(cuò)線附近原子失去正常有規(guī)律排列，產(chǎn)生螺旋位移，這種缺陷即是螺位錯(cuò)特征：螺位錯(cuò)周?chē)嬖诩羟袘?yīng)力場(chǎng)螺位錯(cuò)分為左旋和右旋，位錯(cuò)線周?chē)优渲檬锹菪隣畹牟袼故噶颗c位錯(cuò)線平行離位錯(cuò)線距離越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫?.混合位錯(cuò)

特征：滑移方向與位錯(cuò)線即不平行也不垂直，可分解出螺位錯(cuò)和刃位錯(cuò)。二、柏氏矢量

第三節(jié)位錯(cuò)的基本概念確定方法：首先在（逆時(shí)針?lè)较颍┰优帕谢菊^(qū)域作一個(gè)包含位錯(cuò)的回路，也稱(chēng)為柏氏回路，這個(gè)回路包含了位錯(cuò)發(fā)生的畸變。然后將同樣大小的回路置于理想晶體中，回路當(dāng)然不可能封閉，需要一個(gè)額外的矢量(從終點(diǎn)向始點(diǎn))連接才能封閉，這個(gè)矢量就稱(chēng)為該位錯(cuò)的柏氏(Burgers)矢量。

說(shuō)明：這是一個(gè)并不十分準(zhǔn)確的定義方法。柏氏矢量的方向與位錯(cuò)線方向的定義有關(guān)，應(yīng)該首先定義位錯(cuò)線的方向，再依據(jù)位錯(cuò)線的方向來(lái)定柏氏回路的方向，再確定柏氏矢量的方向。在專(zhuān)門(mén)的位錯(cuò)理論中還會(huì)糾正。

Figure4.5Theperfectcrystalin(a)iscutandanextraplaneofatomsisinserted(b).Thebottomedgeoftheextraplaneisanedgedislocation(c).ABurgersvectorbisrequiredtoclosealoopofequalatomspacingsaroundtheedgedislocation.(Adaptedfrom

J.D.Verhoeven,FundamentalsofPhysicalMetallurgy,Wiley,1975.)伯氏矢量的表示方法伯氏矢量是晶體滑移過(guò)程中，在滑移面的滑移方向上，任意原子從一個(gè)位置到另一個(gè)位置所引的矢量。一定的伯氏矢量可以用一個(gè)特定的符號(hào)b=ka[uvw],a是晶胞參數(shù)，[uvw]表示矢量的方向,具體做法：將某個(gè)滑移矢量在晶胞坐標(biāo)軸X、Y、Z上的分量，依次填入[]內(nèi)，提取公因數(shù)k，使括號(hào)內(nèi)數(shù)字成為最小整數(shù)即可。習(xí)題試確定面心立方晶體在（111）[110]滑移系統(tǒng)上滑移時(shí)的伯氏矢量CopperhasanFCCcrystalstructure.Thelatticeparameterofcopper(Cu)is0.36151nm.CalculatethelengthoftheBurgersvectorincopper.Example4.8BurgersVectorCalculation(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearningFigure4.10(a)BurgersvectorforFCCcopper.(b)Theatomlocationsona(110)planeinaFCCunitcell(forexample4.8and4.9,respectively)ThelengthoftheBurgersvector,ortherepeatdistance,is:b=1/2(0.51125nm)=0.25563nmExample4.8SOLUTION CopperhasanFCCcrystalstructure.Thelatticeparameterofcopper(Cu)is0.36151nm.Theclose-packeddirections,orthedirectionsoftheBurgersvector,areoftheform.Therepeatdistancealongthedirectionsisone-halfthefacediagonal,sincelatticepointsarelocatedatcornersandcentersoffaces[Figure4.10(a)].二、柏氏矢量

柏氏矢量與位錯(cuò)類(lèi)型的關(guān)系：

刃型位錯(cuò)柏氏矢量與位錯(cuò)線相互垂直。(依方向關(guān)系可分正刃和負(fù)刃型位錯(cuò))

螺型位錯(cuò)柏氏矢量與位錯(cuò)線相互平行。(依方向關(guān)系可分左螺和右螺型位錯(cuò))

混合位錯(cuò)柏氏矢量與位錯(cuò)線的夾角非0或90度。

柏氏矢量守恒：

①一條位錯(cuò)線只有一個(gè)伯氏矢量，同一位錯(cuò)的柏氏矢量與柏氏回路的大小和走向無(wú)關(guān)。②位錯(cuò)不可能終止于晶體的內(nèi)部，只能到表面、晶界和其他位錯(cuò)，在位錯(cuò)網(wǎng)的交匯點(diǎn)，必然（三）位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的滑移：指位錯(cuò)在外力作用下，在滑移面上的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致永久形變。位錯(cuò)的攀移：指在熱缺陷的作用下，位錯(cuò)在垂直滑移方向的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致空位或間隙原子的增值或減少。位錯(cuò)的滑移：位錯(cuò)在滑移時(shí)是通過(guò)位錯(cuò)線或位錯(cuò)附近的原子逐個(gè)移動(dòng)很小的距離完成的。刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)混合位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)