2.位错类型及柏氏矢量

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2.位错类型及柏氏矢量

2.位错类型及柏氏矢量
一条位错线只有一个柏氏矢量
2)几根位错相遇于一点,其方 向朝着节点的各位错线的柏氏 矢量 b之和等于离开节点之和
如有几根位错线的方向均指 向或离开节点,这些位错 线的柏氏矢量之和值为零
三位错线相遇于一点
柏振海
中南大学材料科学与工程学院 材料科学与工程基础
位错密度
位错类型,柏氏矢量
位错密度计算示意图
用b 表示
柏振海
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位错类型,柏氏矢量
柏氏矢量的确定方法
1)人为假定位错线方向 一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向
2)用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向 使位错线的正向与右螺旋的正向一致
3)将含有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较
在实际晶体中作柏氏回路,在完整晶体中按相同的路线和 步法作回路,路线终点指向起点的矢量,即“柏氏矢量”
柏振海
谢谢大家!
位错类型,柏氏矢量
螺型位错的柏氏回路和柏氏矢量
柏振海
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位错类型,柏氏矢量
从柏氏矢量和位错线取向关系确定位错类型
• (1) 刃型位错:柏氏矢量与位错线相垂直 • (2) 螺型位错:柏氏矢量与位错线相平行,柏氏矢量与位错线同向的则
为右螺型位错,柏氏矢量与位错线反向的则为左螺型位错 • (3) 混合位错:柏氏矢量与位错线成任意角度
混合位错
位错类型,柏氏矢量
每一段位错线均可分解为刃型和螺型两个分量
柏振海
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2.3 柏氏矢量
位错类型,柏氏矢量
柏氏矢量是描述位错性质的一个重要物理量
表示位错区原子的畸变特征,包括畸变的位置和 畸变的程度

位错的定义及柏氏矢量ppt课件

位错的定义及柏氏矢量ppt课件

如果以回路L为界作一曲面S,它把把位错终点P包含在曲面S内侧,
根据Stokes定理,对L的线积分可换成对S的面积分
b i
L
u xk idxkS
klm xl2 u x im dsk'0
这就产生了原来假设的矛盾,这说明假设的前提是错误的。
b i L
u xk idxkS
klm xl2 u x im dsk'0
线缺陷是晶体(有序介质)中原子(或分子)出现的严重错排 仅集中在线附近的小区域内,远离这条线只有弹性畸变,并且这 些畸变随着离开这条线的距离而急剧减小。可以把严重错排区域 用类似一个“管道”来描述,这个管道的直径通常仅有几个原子 间距,并贯穿于有序介质之中。在管道内,原子间的坐标与在完 整有序介质中很不同,而在管道之外的原子的坐标接近于完整有 序介质。这里的所谓管道“内部”和管道“外部”之间并无明确 界线,它们之间是逐渐过渡的,并且管道的截面也不一定是圆形。 管道“内部”这个定义不很精确的区域是线缺陷的核心
理论强度(G/30)GPa 实验强度/MPa
2.64
0.37
2.37
0.78
4.10
0.49
6.70
3.2~7.35
7.10
27.5
11.33
71.6
3.48
33.3
2.07
0.57
1.47
3Байду номын сангаас.2
3.54
13.7
10.32
1.37
10.32
52
理论强度 /实验强度
~7103 ~3103 ~8103 ~2103 ~3102 ~2102 ~1102 ~4103 ~410 ~3102 ~8103 ~2102

位错的基本结构

位错的基本结构

混合位错的分解
二、柏氏矢量
1939年,柏格斯(J.M.Burgers)提出。 柏氏矢量:用来揭示位错本质,描述位错行为的矢量。 1、柏氏矢量的确定 用柏氏回路确定。 1)人为规定位错线 的正方向。 2)在实际晶体中, 作柏氏回路,回路中的每 一步都连接相邻的原子。 3)在完整晶体中, 按同样的方向和步数作一 个对比回路。从终点Q 到 始点M连接起来的矢量 b , 即为柏氏矢量。
关系,确定位错的类型。 (1)
b ⊥位错线,刃型位错。将 b
顺时针旋转90°,若 b
的方
向与位错线正向一致,正刃位错;反错线,螺型位错。 b 的方向与位错线正方向一致, 右螺型位错;b 的方向与位错线负方向一致,左螺型位错. (3) b 和位错线成任意角度0<φ<90°,混合位错。
混合位错可分解为刃型分量和螺型分量。 be b sin , bs b cos
左、右螺型位错
右螺旋位错:符合右手法则的螺型位错。 左螺旋位错:符合左手法则的螺型位错。 拇指:前进方向;其余四指:旋转方向。
左、右螺型位错有着本质区别,无论将晶体如 何放置,也不可能改变其原本的左、右性质。
3、混合型位错
混合位错:位错线与滑移方向成任意角度的位错。 混合位错线是一条曲线,在A处是螺位错,在C处是刃型 位错,在A与C之间的每一小段位错线都可以分解为刃型和螺 型两个分量。
2、螺型位错
位错模型:
产生:晶体局部滑移产生。 ABCD:滑移面; bb’:螺型位错线,也是已滑移区(AB bb’)与未滑移区 (bb’ CD)在滑移面上的边界线,但平行于滑移方向。
螺型位错线周围的原子
在位错线附近有一个约几个原子间距宽的, 上、下层原子不吻合的过渡区(bb’和aa’之间) 。 位错线附近的原子:按螺旋形排列。

实际晶体中的位错

实际晶体中的位错

Frank分位错的特点: (a) 位于{111}晶面上,可以是直线、曲线和封闭环,但是无论
是什么形状,它总是刃型的。因为b=1/3<111>和{111}晶面 垂直。 (b) 由于b不是FCC的滑移方向,所以Frank分位错不能滑移, 只能攀移(只能通过扩散扩大或缩小)。不再是已滑移区和 未滑移区的边界,而且是有层错区和无层错区的边界。 注意与Shockley分位错的特点进行比较。
n
m
1、几何条件: ∑b' j = ∑bi
j =1
i =1
即,新位错的柏氏矢量 之和应等于反应前位错 的柏氏矢量之和。
∑ ∑ 2、能量条件:
n
m
b'2j < bi2
j =1
i =1
即,新位错的总能量应 小于反应前位错的总能 量。
前面讲过位错的弹性能Eel=αGb2
例如,FCC的全位错分解为Shockley分位错:b→b1+b2
αβ = αA + Aβ = 1 [1 1 1] + 1 [1 12] = 1 [1 1 0] = 1 BA
3
6
6
3
同理可得:
αγ
=
1 [0 1 1] =
1 CA
6
3
αδ = 1 [101] = 1 DA
6
3
希-希向量就是FCC中 压杆位错的柏氏矢量。
βγ = 1 [1 01] = 1 CB
6
3
FCC中的位错反应,即 位错的合成与分解也可
⎤2 ⎥⎦
=
1 2
∑n
反应后:
j =1
b'2j
=
b12
+
b22

中南大学材料科学基础课后习题答案1位错

中南大学材料科学基础课后习题答案1位错

一、解释以下基本概念肖脱基空位:晶体中某结点上的原子空缺了,则称为空位。

脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位称为肖脱基空位弗兰克耳空位:晶体中的原子挤入结点的空隙形成间隙原子,原来的结点位置空缺产生一个空位,一对点缺陷(空位和间隙原子)称为弗兰克耳(Frenkel )缺陷。

刃型位错:晶体内有一原子平面中断于晶体内部,这个原子平面中断处的边沿及其周围区域是一个刃型位错。

螺型位错:沿某一晶面切一刀缝,贯穿于晶体右侧至BC 处,在晶体的右侧上部施加一切应力τ,使右端上下两部分晶体相对滑移一个原子间距,BC 线左边晶体未发生滑移,出现已滑移区与未滑移区的边界BC 。

从俯视角度看,在滑移区上下两层原子发生了错动,晶体点阵畸变最严重的区域内的两层原子平面变成螺旋面,畸变区的尺寸与长度相比小得多,在畸变区范围内称为螺型位错混合位错:位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度,位错线上任一点的滑移矢量相同。

柏氏矢量:位错是线性的点阵畸变,表征位错线的性质、位错强度、滑移矢量、表示位错区院子的畸变特征,包括畸变位置和畸变程度的矢量就称为柏氏矢量。

位错密度:单位体积内位错线的总长度ρυ=L/υ ;单位面积位错露头数ρs =N/s位错的滑移:切应力作用下,位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移, 位错线移动至晶体表面时位错消失,形成一个原子间距的滑移台阶,大小相当于一个柏氏矢量的值. 位错的攀移: 刃型位错垂直于滑移面方向的运动, 攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下运动,于是位错线亦向上或向下运动。

弗兰克—瑞德源:两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后,互相邻近的位错线抵消后产生新位错,原被钉扎错位线段恢复到原状,不断重复产生新位错的,这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。

派—纳力:周期点阵中移动单个位错时,克服位错移动阻力所需的临界切应力单位位错:b 等于单位点阵矢量的称为“单位位错”。

2.位错类型及柏氏矢量

2.位错类型及柏氏矢量

位τ
τ
受切应力作用原子面移动
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位错类型,柏氏矢量
晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
受切应力作用原子面移动
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位错类型,柏氏矢量
晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
出现多余半原子面,表面形成台阶
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位错类型,柏氏矢量
Screw dislocation
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螺型位错分类
位错类型,柏氏矢量
按照螺旋面前进的方向与螺旋面旋转方向的关系分
• 左螺型位错
• 右螺型位错
• 符合右手定则(右手拇指代表螺旋面前进方向,其它四指代表螺旋面旋 转方向)的称为右螺型位错,符合左手定则的称为左螺型位错
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位错类型,柏氏矢量
螺型位错(Screw dislocation)
• 右侧晶体上下两部分发生晶格扭动 • 从俯视角度看,在滑移区上下两层原子发生了错动,晶体点阵畸变最严
重的区域内的两层原子平面变成螺旋面 • 畸变区的尺寸与长度相比小得多,在畸变区范围内称为螺型位错 • 已滑移区和未滑移区的交线BC则称之为螺型位错线
螺位错可以有无穷个滑移面 实际上滑移通常是在原子密排面上进行,故滑移面有限
4)螺位错周围的点阵也发生弹性畸变,但只有平行于位错 线的切应变,无正应变(在垂直于位错线的平面投影上, 看不出缺陷)
5)位错线的移动方向与晶块滑移方向、应力矢量互相垂直
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两种经典位错位错线与柏氏矢量的关系

两种经典位错位错线与柏氏矢量的关系

两种经典位错位错线与柏氏矢量的关系
位错线与柏氏矢量在不同的位错类型中有不同的关系。

刃型位错中,位错线与柏氏矢量是垂直的。

在晶体中,位错是发生滑动的部分,柏氏矢量用于描述晶体中原子排列的一组向量,它表示原子或原子集团在滑移前后位置的变化。

因为刃型位错的滑移矢量垂直于滑移面,所以其位错线与柏氏矢量也是垂直的。

而在螺型位错中,位错线与柏氏矢量是平行的。

此外,还有一种混合位错,其柏氏矢量与位错线的角度是任意的,既不平行也不垂直。

以上内容仅供参考,建议查阅关于位错的书籍或者咨询材料研究专家以获取更准确的信息。

位错类型及柏氏矢量ppt课件

位错类型及柏氏矢量ppt课件
弧线AC即是位错线,为已滑移区和未滑移区的边 界,与滑移矢量成任意角度
是晶体中较常见的一种位错
混合位错的形成
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混合位错
AC位错线中 靠近A端的位错线段平行于滑 移矢量,属于纯螺型位错 靠近C端的位错线段垂直于滑 移矢量,属于纯刃型位错 其余部分线段与滑移矢量成任 意角度,属混合位错
每一段位错线均可分解为刃型和 螺型两个分量
1)人为假定位错线方向 一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向
2)用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向 使位错线的正向与右螺旋的正向一致
3)将含有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较 在实际晶体中作柏氏回路,在完整晶体中按相同的路线和 步法作回路,路线终点指向起点的矢量,即“柏氏矢量”
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刃型位错的柏氏回路与柏氏矢量
混合位错原子组态
22
混合位错
每一段位错线均可分解为刃型和螺型两个分量
23
2.3 柏氏矢量
柏氏矢量是描述位错性质的一个重要物理量 表示位错区原子的畸变特征,包括畸变的位置和 畸变的程度 是矢量 1939年Burgers提出,故称该矢量为“柏格斯矢 量”或“柏氏矢量”
用b 表示
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柏氏矢量的确定方法
正刃型位错:晶面上部原子拥挤,受压应力,晶面下部原子受拉应力 • 点阵畸变是对称的,位错中心受到畸变度最大,离开位错中心畸变
程度减小 • 一般把点阵畸变程度大于正常原子间距1/4的区域宽度定义为位错宽
度,约为2~5个原子间距
3
位错形成
• 可能是在晶体形成过程(凝固或冷却)中产生的
• 晶体在塑性变形时也会产生大量的刃型位错
4
晶体局部滑移形成刃型位错
力作用在晶体右上角,使右上角的上半部晶体沿滑 移面向左ห้องสมุดไป่ตู้局部移动,使原子列移动了一个原子间 τ 距,从而形成一个刃型位错
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柏振海 baizhai@
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位错类型,柏氏矢量
螺型位错分类
按照螺旋面前进的方向与螺旋面旋转方向的关系分
• 左螺型位错 • 右螺型位错
• 符合右手定则(右手拇指代表螺旋面前进方向,其它四指代表螺旋面旋 转方向)的称为右螺型位错,符合左手定则的称为左螺型位错
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位错类型,柏氏矢量
位错的基本类型及特征
工程材料理论切变强度与实际强度相差100~1000倍
晶体中位错的基本类型 1.刃型位错 2.螺型位错 3.混合位错
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位错类型,柏氏矢量
含有刃型位错的晶体结构示意图
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位错类型,柏氏矢量
刃型位错线周围的弹性畸变
• 位错线长度有数百个到数万个原子间距,与位错长度相比, 位错宽度非常小,所以把位错看作是线缺陷 刃位错周围原子不同程度地偏离平衡位臵,使周围点阵发生 弹性畸变
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位错类型,柏氏矢量
3.柏氏矢量特征
1)柏氏矢量与回路起点选择无关,也与柏氏回路的具体路径, 大小无关
一条位错线只有一个柏氏矢量 2)几根位错相遇于一点,其方 向朝着节点的各位错线的柏氏 矢量 b之和等于离开节点之和 如有几根位错线的方向均指 向或离开节点,这些位错 线的柏氏矢量之和值为零
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位错类型,柏氏矢量
刃型位错特征
(1)是由一个多余半原子平面所形成的线缺陷,位错宽度2~5个原子 间距,位错是一管道 (2)位错滑移矢量b垂直于位错线,位错线和滑移矢量构成滑移的唯一平 面即滑移面 (3)位错线不一定是直线,形状可以是直线,折线和曲线,位错环
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螺型位错类型判断
确定左、右螺型位错类型右手法则
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位错类型,柏氏矢量
柏氏矢量b的物理意义
晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
出现多余半原子面,表面形成台阶
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位错类型,柏氏矢量
晶体中的纯刃型位错环
从滑移这个角度来看,可以把位错定义为晶体中已滑移区域 和未滑移区域的边界
晶体中的位错作为滑移区的边界,就不可能中断于晶体内部, 它们或者中止于表面,或者中止于晶界和相界,或者与其它 位错线相交,或者自行在晶体内形成一个封闭环
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位错类型,柏氏矢量
Screw dislocation
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位错类型,柏氏矢量
Screw dislocation
刃型位错不一定是直线,可以是折线或 曲线
EFGH是位错环,是由于晶体中多了一片 EFGH的原子层所造成的
这种位错环多由于空位集团崩塌而形成
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位错类型,柏氏矢量
几种不规则的刃型位错
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3)包含螺位错的面必然包含滑移矢量
螺位错可以有无穷个滑移面 实际上滑移通常是在原子密排面上进行,故滑移面有限
4)螺位错周围的点阵也发生弹性畸变,但只有平行于位错 线的切应变,无正应变(在垂直于位错线的平面投影上, 看不出缺陷)
5)位错线的移动方向与晶块滑移方向、应力矢量互相垂直
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位错类型,柏氏矢量
混合位错
AC位错线中 靠近A端的位错线段平行于滑 移矢量,属于纯螺型位错 靠近C端的位错线段垂直于滑 移矢量,属于纯刃型位错 其余部分线段与滑移矢量成任 意角度,属混合位错
每一段位错线均可分解为刃型和 螺型两个分量
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位错类型,柏氏矢量
2.2.3 混合位错
位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度 位错线上任一点的滑移矢量相同
晶体右上角在外力F作用下发生切变 滑移面ABC范围内原子发生了位移,其滑移矢量用 b表示 弧线AC即是位错线,为已滑移区和未滑移区的边 界,与滑移矢量成任意角度 是晶体中较常见的一种位错 混合位错的形成
位错类型,柏氏矢量
柏氏矢量的确定方法
1)人为假定位错线方向
一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向 2)用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向 使位错线的正向与右螺旋的正向一致 3)将含有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较 在实际晶体中作柏氏回路,在完整晶体中按相同的路线和 步法作回路,路线终点指向起点的矢量,即“柏氏矢量”
(4)晶体中产生刃型位错时,其周围点阵产生弹性畸变,既有正应变,又有切 应变,使晶体处于受力状态,就正刃型位错而言,滑移面上方原子受到压应力, 下方原子受到拉应力。负刃型位错则刚好相反
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位错类型,柏氏矢量
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位错类型,柏氏矢量
刃型位错的柏氏回路与柏氏矢量
刃型位错的柏氏回路和柏氏矢量 (a)含有位错的晶体;(b)供比较用的理想晶体
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刃型位错
• 可以想像为晶体内有一原子平面中断于晶体内部,这个原子平面中断 处的边沿及其周围区域是一个刃型位错 • 中断处的边沿犹如在晶体中插入一把刀刃,故称之为“刃型位错”, 在刃口处的原子列定义为“刃型位错线” 正刃型:位错半原子面位于某晶面的上半部位臵的称为,记号“⊥”表 示 负刃型:位错半原子面位于某晶面下半部的称为,以“T”表示
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位错类型,柏氏矢量
确定刃型位错的右手法则
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螺型位错的柏氏回路和柏氏矢量
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正刃型位错:晶面上部原子拥挤,受压应力,晶面下部原子受拉应力 • 点阵畸变是对称的,位错中心受到畸变度最大,离开位错中心畸变 程度减小 • 一般把点阵畸变程度大于正常原子间距1/4的区域宽度定义为位错宽 度,约为2~5个原子间距
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τ
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晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
原子完整排列
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晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
受切应力作用原子面移动
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晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
受切应力作用原子面移动
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位错类型,柏氏矢量
位错类型,柏氏矢量
从柏氏矢量和位错线取向关系确定位错类型
• (1) 刃型位错:柏氏矢量与位错线相垂直
• (2) 螺型位错:柏氏矢量与位错线相平行,柏氏矢量与位错线同向的则 为右螺型位错,柏氏矢量与位错线反向的则为左螺型位错 • (3) 混合位错:柏氏矢量与位错线成任意角度
位错线与柏氏矢量的位向关系区分位错的类型和性质
螺型位错与刃型位错的主要区别
•螺型位错线与滑移矢量平行
•螺型位错受力时只存在平行位错线的切应力,而无正应力
•螺型位错线移动方向与滑动方向相垂直
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位错类型,柏氏矢量
螺型位错特征:
1)螺型位错无额外半原子面,原子错排呈轴对称 2)螺型位错与滑移矢量平行,故一定是直线
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位错类型,柏氏矢量
螺型位错(Screw dislocation)
• 右侧晶体上下两部分发生晶格扭动 • 从俯视角度看,在滑移区上下两层原子发生了错动,晶体点阵畸变最严 重的区域内的两层原子平面变成螺旋面 • 畸变区的尺寸与长度相比小得多,在畸变区范围内称为螺型位错 • 已滑移区和未滑移区的交线BC则称之为螺型位错线
1)表征位错线的性质 据b与位错线的取向关系可确定位错线性质 2)表征了总畸变的积累 围绕一根位错线的柏氏回路任意扩大或移动,回路中包 含的点阵畸变量的总累和不变,因而由这种畸变总量 所确定的柏氏矢量也不改变 3)表征了位错强度 同一晶体中b大的位错有严重点阵畸变,能量高且不稳定 位错许多性质,如位错的能量,应力场,位错受力等, 都与b有关
混合位错原子组态
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位错类型,柏氏矢量
混合位错
每一段位错线均可分解为刃型和螺型两个分量
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