材料科學(xué)基礎(chǔ) 第 三 章 晶 體 缺 陷 (三)

第三章晶體缺陷（三）

—位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)

煙臺(tái)大學(xué)秦連杰教授E-mail：lianjieqin@126.com3.2.3位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)

晶體宏觀的塑性變形是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，并且晶體的力學(xué)性能如強(qiáng)度、塑韌性和斷裂等均與位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

原因：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是因它沿受力方向改變位置會(huì)使系統(tǒng)自由能減少，位錯(cuò)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求它所受的力足以克服運(yùn)動(dòng)阻力。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的兩種基本形式：保守運(yùn)動(dòng)－滑移（slip）和非保守運(yùn)動(dòng)－攀移（climb）。3.2.3位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)

滑移（slip）:在一定的切應(yīng)力的作用下，位錯(cuò)在滑移面上受到垂直于位錯(cuò)線的作用力。當(dāng)此力足夠大，足以克服位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力時(shí)，位錯(cuò)便可以沿著滑移面移動(dòng)，這種沿著滑移面移動(dòng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)稱為滑移或者滑動(dòng)。*保守運(yùn)動(dòng)?；茖?shí)際上是指多個(gè)位錯(cuò)的行為3.2.3位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)

攀移（climb）：刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)線還可以沿著垂直于滑移面的方向移動(dòng)，刃型位錯(cuò)的這種運(yùn)動(dòng)稱為攀移。也就是說只有刃位錯(cuò)才有攀移。*非保守運(yùn)動(dòng)，并引起位錯(cuò)的半原子面擴(kuò)大和縮小，因此攀移總是伴隨著點(diǎn)缺陷的輸運(yùn)。

除滑移和攀移還有交割（cross/interaction）和扭折（kink）

1、位錯(cuò)的滑移

位錯(cuò)的滑移(slippingofdisloction):位錯(cuò)的滑移是在外加切應(yīng)力作用下，通過位錯(cuò)中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不斷地作少量位移（小于一個(gè)原子間距）而逐步實(shí)現(xiàn)的。如圖3-13刃型位錯(cuò)的滑移過程,

圖3-14螺型位錯(cuò)的滑移過程,

圖3-15混合型位錯(cuò)的滑移過程所示。

刃型位錯(cuò)：

對(duì)含刃型位錯(cuò)的晶體加切應(yīng)力，切應(yīng)力方向平行于柏氏矢量，位錯(cuò)周圍原子只要移動(dòng)很小距離，就使位錯(cuò)由位置(a)移動(dòng)到位置(b)。

當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶體表面時(shí)，整個(gè)上半部晶體相對(duì)下半部移動(dòng)了一個(gè)柏氏矢量晶體表面產(chǎn)生了高度為b的臺(tái)階。

刃型位錯(cuò)的柏氏矢量b與位錯(cuò)線

互相垂直，故滑移面為b與

決定的平面，它是唯一確定的。刃型位錯(cuò)移動(dòng)的方向與b方向一致，和位錯(cuò)線垂直。a、位錯(cuò)的滑移之刃位錯(cuò)(a)(b)(c)刃型位錯(cuò)的滑移滑移面滑移臺(tái)階ττ*位錯(cuò)線每前進(jìn)一個(gè)原子間距，原子實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離不到一個(gè)原子間距。位錯(cuò)滑移的比喻b、位錯(cuò)的滑移之螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)：

沿滑移面運(yùn)動(dòng)時(shí)，在切應(yīng)力作用下，螺型位錯(cuò)使晶體右半部沿滑移面上下相對(duì)地移動(dòng)了一個(gè)沿原子間距。這種位移隨著螺型位錯(cuò)向左移動(dòng)而逐漸擴(kuò)展到晶體左半部分的原子列。

螺型位錯(cuò)的移動(dòng)方向與b垂直。此外因螺型位錯(cuò)b與t平行，故通過位錯(cuò)線并包含b的隨所有晶面都可能成為它的滑移面。螺型位錯(cuò)的滑移

位錯(cuò)線每前進(jìn)一個(gè)原子間距，原子實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離不到一個(gè)原子間距。當(dāng)螺型位錯(cuò)在原滑移面運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，可轉(zhuǎn)移到與之相交的另一個(gè)滑移面上去，這樣的過程叫交叉滑移，簡稱交滑移對(duì)于螺型位錯(cuò)，由于所有包含位錯(cuò)線的晶面都可以成為它的滑移面，因此當(dāng)某一螺型位錯(cuò)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，有可能從原滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，這一過程稱為交滑移。如果交滑移后的位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回和原滑移面平行的滑移面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，則稱為雙交滑移。動(dòng)畫演示的就是螺型位錯(cuò)雙交滑移及其增殖模型的情形。

任何類型的位錯(cuò)均可進(jìn)行滑移.(1)刃位錯(cuò)的滑移過程（教材圖3.13）

∥b、b⊥

、滑移方向⊥

、滑移方向∥b，刃型位錯(cuò)的滑移面就是位錯(cuò)線與柏氏矢量所構(gòu)成的平面，因此刃型位錯(cuò)的滑移面是單一的。

(2)螺型位錯(cuò)的滑移過程（教材圖3.14）

∥b、b∥

、滑移方向⊥

、滑移方向⊥

b，非單一滑移面。可發(fā)生交滑移。

(3)混合位錯(cuò)的滑移過程（教材圖3.15）沿位錯(cuò)線各點(diǎn)的法線方向在滑移面上擴(kuò)展，滑動(dòng)方向垂直于位錯(cuò)線方向。但滑動(dòng)方向與柏氏矢量有夾角。c、位錯(cuò)的滑移(slippingofdisloction)總結(jié)小技巧：判斷位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向

判斷位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)后,它掃過的兩側(cè)的位移方向：根據(jù)位錯(cuò)線的正向和柏氏矢量以及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向來確定位錯(cuò)掃過的兩側(cè)滑動(dòng)的方向。可用右手定則判斷：食指指向位錯(cuò)線正方向，中指指向位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向，拇指指向沿柏氏矢量方向位移的那一側(cè)的晶體。位錯(cuò)線方向2、位錯(cuò)的攀移位錯(cuò)的攀移(climbingofdisloction):在垂直于滑移面方向上運(yùn)動(dòng)攀移的實(shí)質(zhì):構(gòu)成刃型位錯(cuò)多余半原子面的擴(kuò)大和縮小，它是通過物質(zhì)遷移即原子或空位的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)的。刃位錯(cuò)的攀移過程:如果有空位遷移到半原子面的下端，或者半原子面下端的原子擴(kuò)散到別處時(shí)，半原子面縮小，即位錯(cuò)向上移動(dòng)，稱為正攀移；向