位错类型及柏氏矢量
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肖克莱不全位错的柏氏矢量
肖克莱不全位错的柏氏矢量引言在晶体学中，位错是指晶体内晶格出现的缺陷，由于晶体在生长或因外力作用下发生变形而引起的。
肖克莱不全位错是一种特殊的位错，其在晶体中的柏氏矢量与晶格稍有不同，需要更加细致的研究和分析。
本文将介绍肖克莱不全位错的柏氏矢量的相关知识，包括它的定义、分类、生成机制以及在材料科学中的应用。
定义肖克莱不全位错是一种部分滑移位错，其柏氏矢量不完全符合基矢的整数倍的要求。
换句话说，肖克莱不全位错的柏氏矢量无法被晶格完全整除。
由于柏氏矢量描述了位错形成时晶格的移动情况，肖克莱不全位错的柏氏矢量可以看作是位错滑移路径的偏离。
分类肖克莱不全位错可以根据其柏氏矢量的类型进行分类。
1.位错线性错误：柏氏矢量无法被位错线的方向向量整除。
如位错线方向为[11 0]，柏氏矢量为[1 1 2]，这种位错线性错误称为线性不全位错。
2.位错面性错误：柏氏矢量无法被位错面的面法向量整除。
如位错面法向量为[0 0 1]，柏氏矢量为[1 1 2]，这种位错面性错误称为面性不全位错。
根据这两种分类方式，可以得到更加详细的肖克莱不全位错的种类。
生成机制肖克莱不全位错的生成机制与晶格中的缺陷和应变有关。
1.缺陷导致的生成：晶体中存在缺陷，如空位、分子替代等，这些缺陷可能引起位错的生成并导致肖克莱不全位错。
2.应变导致的生成：外界施加的应变可以导致晶体中出现位错，进而生成肖克莱不全位错。
肖克莱不全位错的生成机制是一个复杂的过程，需要对晶体结构和应变进行详细的研究和分析。
应用肖克莱不全位错在材料科学中有着广泛的应用。
1.抗变形材料的设计：通过控制肖克莱不全位错的生成和扩散，可以设计出具有抗变形性能的材料。
这对于制造高强度、高韧性的结构材料非常重要。
2.界面工程：肖克莱不全位错可以通过控制晶体界面的形貌和应变场来调控材料的性能。
这对于实现多功能材料的设计和制备有着重要的意义。
3.界面结合强化：利用肖克莱不全位错在界面处的存在，可以增加材料的界面结合强度。
第1章 位错的定义及柏氏矢量
这种方法记为RH/FS法。在确定柏氏矢量时，若位错线的正向 相反时，所得的柏氏矢量也同时反向。
刃位错的柏氏回路和柏氏矢量
b指向半原
子面
左螺位错的柏氏 回路和柏氏矢量
柏氏矢量是位错线的一个特征量，可以用它来明确地定义位错 的类型: ξ b b 右螺位错， ξ b b 左螺位错 ξ b 0 刃位错； 位错线和其柏氏矢量既非垂直又非平行的是混合位错。 右图的顶视投影原子模型图 产生混型位错的Volterra模型
假设一根位错终止在晶体内部绕这根位错作一右旋回路l如果它是根真实的位错那么如果它是根真实的位错如果它是一根真实的位错那么柏氏矢量的某一分量bi为dddd332211xxuxxuxxuxxubiililkkii??????????????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0dd2?????ksmliklmlkkiisxxuxxub??????这就产生了原来假设的矛盾这说明假设的前提是错误的
设想的缺陷引入晶体必需要： ①它的晶体学要素不依赖于加力的大小，而由晶体学本 身确定。由它运动导致的变形不破坏晶体结构，只是原 子间的相对运动。所以引入的缺陷不是完全无规而是有 晶体学特性的； ②它能解释变形的不均匀性，即能说明它的结构敏感性； ③它能说明变形过程的传播性； ④引入的这种缺陷是易动的，能解释实验强度比理论强 度低的原因。但它又不能像空位那样易受热起伏的影响； ⑤它应有合理的增殖机制。 现在已经知道，这种缺陷就是这里要讨论的位错。
早在知道有序介质材料中存在线缺陷之前，在20世纪初数学 家沃特拉（V.Volterra）就提出了线缺陷的概念和模型，他是研究 连续弹性介质中的一个半割面两侧变形后从新粘合后的数学奇异 性问题。“制造”沃特拉线缺陷的过程的步骤如下：
刃位错的柏氏回路和柏氏矢量
b指向半原
子面
左螺位错的柏氏 回路和柏氏矢量
柏氏矢量是位错线的一个特征量，可以用它来明确地定义位错 的类型: ξ b b 右螺位错， ξ b b 左螺位错 ξ b 0 刃位错； 位错线和其柏氏矢量既非垂直又非平行的是混合位错。 右图的顶视投影原子模型图 产生混型位错的Volterra模型
假设一根位错终止在晶体内部绕这根位错作一右旋回路l如果它是根真实的位错那么如果它是根真实的位错如果它是一根真实的位错那么柏氏矢量的某一分量bi为dddd332211xxuxxuxxuxxubiililkkii??????????????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0dd2?????ksmliklmlkkiisxxuxxub??????这就产生了原来假设的矛盾这说明假设的前提是错误的
设想的缺陷引入晶体必需要： ①它的晶体学要素不依赖于加力的大小，而由晶体学本 身确定。由它运动导致的变形不破坏晶体结构，只是原 子间的相对运动。所以引入的缺陷不是完全无规而是有 晶体学特性的； ②它能解释变形的不均匀性，即能说明它的结构敏感性； ③它能说明变形过程的传播性； ④引入的这种缺陷是易动的，能解释实验强度比理论强 度低的原因。但它又不能像空位那样易受热起伏的影响； ⑤它应有合理的增殖机制。 现在已经知道，这种缺陷就是这里要讨论的位错。
早在知道有序介质材料中存在线缺陷之前，在20世纪初数学 家沃特拉（V.Volterra）就提出了线缺陷的概念和模型，他是研究 连续弹性介质中的一个半割面两侧变形后从新粘合后的数学奇异 性问题。“制造”沃特拉线缺陷的过程的步骤如下：
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
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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
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
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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
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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”
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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。
2.位错类型及柏氏矢量
柏振海 baizhai@
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础
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
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
位错类型和柏氏矢量
混合位错
位错类型，柏氏矢量
AC位错线中 接近A端旳位错线段平行于滑 移矢量，属于纯螺型位错 接近C端旳位错线段垂直于滑 移矢量，属于纯刃型位错
其他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
混合位错原子组态
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混合位错
• 中断处旳边沿犹如在晶体中插入一把刀刃，故称之为“刃型位错”， 在刃口处旳原子列定义为“刃型位错线”
正刃型：位错半原子面位于某晶面旳上半部位置旳称为，记号“⊥”表 达负刃型：位错半原子面位于某晶面下半部旳称为，以“T”表达
具有刃型位错旳晶体构造示意图
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程度减小
• 一般把点阵畸变程度不小于正常原子间距1/4旳区域宽度定义为位错 宽度，约为2~5个原子间距
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位错形成
位错类型，柏氏矢量
• 可能是在晶体形成过程（凝固或冷却）中产生旳
• 晶体在塑性变形时也会产生大量旳刃型位错
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位错类型，柏氏矢量
螺型位错旳柏氏回路和柏氏矢量
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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拟定位错类型
• (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旳则
为右螺型位错，柏氏矢量与位错线反向旳则为左螺型位错 • (3) 混合位错：柏氏矢量与位错线成任意角度
刃型位错不一定是直线，能够是折线或 曲线
EFGH是位错环，是因为晶体中多了一 片EFGH旳原子层所造成旳
位错类型，柏氏矢量
AC位错线中 接近A端旳位错线段平行于滑 移矢量，属于纯螺型位错 接近C端旳位错线段垂直于滑 移矢量，属于纯刃型位错
其他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
混合位错原子组态
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混合位错
• 中断处旳边沿犹如在晶体中插入一把刀刃，故称之为“刃型位错”， 在刃口处旳原子列定义为“刃型位错线”
正刃型：位错半原子面位于某晶面旳上半部位置旳称为，记号“⊥”表 达负刃型：位错半原子面位于某晶面下半部旳称为，以“T”表达
具有刃型位错旳晶体构造示意图
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程度减小
• 一般把点阵畸变程度不小于正常原子间距1/4旳区域宽度定义为位错 宽度，约为2~5个原子间距
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位错形成
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• 可能是在晶体形成过程（凝固或冷却）中产生旳
• 晶体在塑性变形时也会产生大量旳刃型位错
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位错类型，柏氏矢量
螺型位错旳柏氏回路和柏氏矢量
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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拟定位错类型
• (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旳则
为右螺型位错，柏氏矢量与位错线反向旳则为左螺型位错 • (3) 混合位错：柏氏矢量与位错线成任意角度
刃型位错不一定是直线，能够是折线或 曲线
EFGH是位错环，是因为晶体中多了一 片EFGH旳原子层所造成旳
2.位错类型及柏氏矢量
位τ
τ
受切应力作用原子面移动
7
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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
8
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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
13
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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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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
柏振海
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位错类型，柏氏矢量
几种不规则的刃型位错
柏振海
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位错类型，柏氏矢量
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
受切应力作用原子面移动
柏振海
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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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刃型位错
位错类型，柏氏矢量
• 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置的称为，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
柏振海
中南柏氏矢量
2.2.2 螺型位错
假定在一块简单立方晶体中
• 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
位错类型，柏氏矢量
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
移面向左作局部移动，使原子列移动了一个原子间 τ 距，从而形成一个刃型位错
柏振海
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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
原子完整排列
柏振海
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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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2.2.3 混合位错
位错类型，柏氏矢量
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
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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
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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位错形成
位错类型，柏氏矢量
• 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
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柏振海
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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
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
柏振海
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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 3）包含螺位错的面必然包含滑移矢量
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置，使周围点阵发生 弹性畸变
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
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
（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
Screw dislocation
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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
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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位错类型，柏氏矢量
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
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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刃型位错
位错类型，柏氏矢量
• 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置的称为，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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中南柏氏矢量
2.2.2 螺型位错
假定在一块简单立方晶体中
• 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
位错类型，柏氏矢量
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
移面向左作局部移动，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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位错类型，柏氏矢量
晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
原子完整排列
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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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2.2.3 混合位错
位错类型，柏氏矢量
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
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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
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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位错形成
位错类型，柏氏矢量
• 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
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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
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 3）包含螺位错的面必然包含滑移矢量
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置，使周围点阵发生 弹性畸变
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
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
（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
Screw dislocation
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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