(优选)位错和缺陷之间的相互作用
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《位错的应力场和应变能》精品课件
螺型位错移动方向与柏氏矢量垂直，位错线方向与柏氏矢量平行； 螺型位错的滑移没有固定的滑移面，螺型位错的滑移面是一系列以位错线 为共同转轴的滑移面，理论上它可以在所有包含位错线的平面进行滑移。
原位错线处在1-1处
在切应力作用下，位错线周围的原子作 小量的位移，移动到虚线所标志的位置， 即位错线移动到2-2处，表示位错线向左 移动了一个原子间距；
刃位错滑移特点
a） 位错逐排依次前进，实现两原子面的相对滑移； b） 滑移量=柏氏矢量的模； c） 外力τ // b，位错线⊥τ ，位错线运动方向//τ d） τ一定时，正、负位错运动方向相反，但最终滑移 效果相同； e) 滑移面唯一。
螺位错滑移
螺位错无多余半原子面，只能滑移。
在切应力作用下，位错线沿着与切应力方向相垂直的方向运动，直至消失 在晶体表面，留下一个柏氏矢量大小的台阶；
- Effect of dislocations in the lattice structure under stress
In the series of diagrams, the movement of the dislocation allows deformation to occur under a lower stress than in a perfect lattice.
反映在晶体表面上即产生了一个台阶；
与刃型位错一样，由于原子移动量很小， 移动它所需的力很小。
螺型位错滑移时周围原子的移动情况 ●代表下层晶面的原子 ○代表上层晶面的原子
●代表下层晶面的原子；○代表上层晶面的原子
下 层 晶 面 原 子 受 力
上 层 晶 面 原 子 受 力
螺型位错位置
●代表下层晶面的原子；○代表上层晶面的原子
原位错线处在1-1处
在切应力作用下，位错线周围的原子作 小量的位移，移动到虚线所标志的位置， 即位错线移动到2-2处，表示位错线向左 移动了一个原子间距；
刃位错滑移特点
a） 位错逐排依次前进，实现两原子面的相对滑移； b） 滑移量=柏氏矢量的模； c） 外力τ // b，位错线⊥τ ，位错线运动方向//τ d） τ一定时，正、负位错运动方向相反，但最终滑移 效果相同； e) 滑移面唯一。
螺位错滑移
螺位错无多余半原子面，只能滑移。
在切应力作用下，位错线沿着与切应力方向相垂直的方向运动，直至消失 在晶体表面，留下一个柏氏矢量大小的台阶；
- Effect of dislocations in the lattice structure under stress
In the series of diagrams, the movement of the dislocation allows deformation to occur under a lower stress than in a perfect lattice.
反映在晶体表面上即产生了一个台阶；
与刃型位错一样，由于原子移动量很小， 移动它所需的力很小。
螺型位错滑移时周围原子的移动情况 ●代表下层晶面的原子 ○代表上层晶面的原子
●代表下层晶面的原子；○代表上层晶面的原子
下 层 晶 面 原 子 受 力
上 层 晶 面 原 子 受 力
螺型位错位置
●代表下层晶面的原子；○代表上层晶面的原子
第2章点缺陷和位错.
37
螺型位错示意图
38
(二)柏氏矢量
柏氏矢量 描述位错区域原子的畸变特征（包括畸变发生在什 么晶向以及畸变有多大）的物理参量，称为柏氏矢量（Burgers vector）。它是一个矢量，1939年由柏格斯（J. M. Burgers）率 先提出。
图5-7 刃型位错柏氏矢量的确定 a)实际晶体的柏氏回路 b)完整晶体的相应回路
例如，空位周围的原子，由于热激活，某个原子有可能
获得足够的能量而跳人空位中，并占据这个平衡位量；
这时，在该原子的原来位置上，就形成一个空位。这
一过程可以看作空位向邻近阵点位置的迁移。同理，
出于热运动，晶体中的间隙原子也可由一个间隙位置
迁移到另一个间隙位置。与此同时，由于能量起伏， 在其它地方可能又会出现新的空位和间隙原子，以保 持在该温度下的平衡浓度不变。
弗仑克尔（Яков Френкель）名字命名 缺陷； 以苏联物理学家雅科夫·
跑到其它空位中，使空位消失或使空位移位。另外， 在一定条件下，晶体表面上的原子也可能跑到晶体
内部的间隙位置形成间隙原子。
8
(a)Schottky空位形成示意图
(b)Frankel空位形成示意图
9
二、离子晶体中的空位及间隙原子
肖脱基缺陷 : 为了保持晶体的电的中性，空位只能 以与晶体相同的正离子 : 负离子的空位比率小组的 方式产生。这些电中性的正离子 -负离子 -空位丛簇
称为。
弗兰克缺陷：以空位/间隙对形式存在的缺陷群。
10
11
12
2.1.2 点缺陷的热力学分析
点缺陷可以导致：
点阵畸变
使晶体的内能升高，降低了晶体的热力学稳定性。 增大了原子排列的混乱程度，并改变了其周围原子的振动频 率，引起组态熵和振动熵的改变，使晶体熵值增大，增加了 晶体的热力学稳定性。 这两个相互矛盾的因素使得晶体中的点缺陷在一定的温 度下有一定的平衡浓度。它可根据热力学理论求得。
螺型位错示意图
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(二)柏氏矢量
柏氏矢量 描述位错区域原子的畸变特征（包括畸变发生在什 么晶向以及畸变有多大）的物理参量，称为柏氏矢量（Burgers vector）。它是一个矢量，1939年由柏格斯（J. M. Burgers）率 先提出。
图5-7 刃型位错柏氏矢量的确定 a)实际晶体的柏氏回路 b)完整晶体的相应回路
例如，空位周围的原子，由于热激活，某个原子有可能
获得足够的能量而跳人空位中，并占据这个平衡位量；
这时，在该原子的原来位置上，就形成一个空位。这
一过程可以看作空位向邻近阵点位置的迁移。同理，
出于热运动，晶体中的间隙原子也可由一个间隙位置
迁移到另一个间隙位置。与此同时，由于能量起伏， 在其它地方可能又会出现新的空位和间隙原子，以保 持在该温度下的平衡浓度不变。
弗仑克尔（Яков Френкель）名字命名 缺陷； 以苏联物理学家雅科夫·
跑到其它空位中，使空位消失或使空位移位。另外， 在一定条件下，晶体表面上的原子也可能跑到晶体
内部的间隙位置形成间隙原子。
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(a)Schottky空位形成示意图
(b)Frankel空位形成示意图
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二、离子晶体中的空位及间隙原子
肖脱基缺陷 : 为了保持晶体的电的中性，空位只能 以与晶体相同的正离子 : 负离子的空位比率小组的 方式产生。这些电中性的正离子 -负离子 -空位丛簇
称为。
弗兰克缺陷：以空位/间隙对形式存在的缺陷群。
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2.1.2 点缺陷的热力学分析
点缺陷可以导致：
点阵畸变
使晶体的内能升高，降低了晶体的热力学稳定性。 增大了原子排列的混乱程度，并改变了其周围原子的振动频 率，引起组态熵和振动熵的改变，使晶体熵值增大，增加了 晶体的热力学稳定性。 这两个相互矛盾的因素使得晶体中的点缺陷在一定的温 度下有一定的平衡浓度。它可根据热力学理论求得。
《位错理论基础》课件
1.11 实际晶体中的位错 堆垛层错
（1）形成 密排堆垛次序有误
形成
层错
面缺陷
fcc晶体的层错类型：
抽出型：
插入型：
（2）类型
肖克莱（Shock12 扩展位错
位错反应 位错反应：分解或合成
条件：
1）几何条件：反应前各位错柏氏矢量之和应等于反 应后各位错柏氏矢量之和。
1.6 位错在应力场中的受力
外力使晶体变形做的功=位错在F力作用下移动 ds距离所作的功。
1.7 位错间的相互作用
（1）写出位错间作用力的表达式（不要求计算） （2）分析位错的受力
同符号刃型位错:
/2 稳定平衡位置； /4不稳定平衡位置。
1.9 位错的交割
割阶与扭折
割阶的形成增加了位错线长度，要消耗一定的能量。 因此交割对位错运动是一种阻碍。增加变形困难， 产生应变硬化。
即： Σb前=Σb后
2）能量条件：反应过程是能量降低的过程。 E∝b2 Σb2前≥Σb2后
扩展位错：一个位错分解成两个半位错和它们中间夹的层错带 构成的位错。
面心立方晶体的滑移
如： 1 a1 10 1 a1 2 1 1 a211
2
6
6
1 a1 10
2
1 a1 2 1
6
1 a211
6
2）τp随a值的增大和b值的减小而下降。在晶体中，原子最密排 面其面间距a为最大，原子最密排方向其b值为最 小，可解释 晶体滑移为什么多是沿着晶体中原子密度最大的面和原子密 排方向进行。
3）τp随位错宽度减小而增大。 强化金属途径：一是建 立无位错状态，二是引入大量位错或其它障碍物，使其难以运 动。
1.5 位错的运动及晶体的塑性变形
位错之间的交互作用
位错攀移越过夹杂物
启动F-R源所需要的切应力
当外加切应力τ作用时，CD上将受到的力有： f=τb：驱动力， 使位错向前弯曲。 线张力T：T = (1/2)Gb2，使位错变直。 平衡时有：fds = 2Tsin(dθ/2) ds=rdθ，sin(dθ/2)≈dθ/2 平衡半径：r =Gb/2τ 使位错弯曲到半径r所需的切应力： τ= Gb/2r 半圆时：r最小， τ最大。 设CD间的距离为L，rmin=L/2， 启动F-R源所需的临界切应力： τmax= Gb/L
平行螺位错的交互作用力
二、两个平行刃位错之间的作用力
e1作用于(x,y)处的应力分量有σxx，σyy，σzz，τxy，τyx，其余 为0。但只有τyx和σxx对e2有作用，由于e2的滑移面平行于X—Z 面，切应力τyx能促使其沿X轴方向发生滑移，正应力σxx能促使 其沿Y轴方向发生攀移。τxy对e2的滑移不起作用， σyy，σzz对e2 的攀移也不起作用。 ∴ 位错e1作用于位错e2上的力为：
二、位错的增殖
充分退火的金属：ρ =1010~1012/m2； 经剧烈冷变形的金属： ρ =1015~1016/m2。 高出4~5个数量级：变形过程中，位错肯定以某 种方式不断增殖了。 位错源：能增殖位错的地方。 位错增殖的机制有多种，其中最重要的是Frank －Read源，简称F-R源。
F-R源
位错塞积群对位错源会产生反作用力。 反作用力与外加切应力平衡，位错源关闭， 停止发射位错。 只有进一步增加外力，位错源才会重新开 动。 对位错运动的阻碍能提高材料的强度。
三、位错的交割
位错的交割：具有不同柏氏矢量的位错彼此交叉通 过。 割阶：当 b1 和 b2两个位错相互交割时，各自生成 的大小和位向等于对方柏氏矢量的曲折线段。 割阶仍属于原位错的一段，其柏氏矢量与原位错相 同。
第二章 缺陷与位错
螺型位错的形成及其几何特征 如图2-8 (螺位错形 .spl演示） 。 演示） 如图 螺位错形 演示
图2-8 螺位错形成示意图
EF就是线缺陷 螺型位错。割开面 就是线缺陷--螺型位错 割开面ABCD就是滑移面， 就是滑移面， 就是线缺陷 螺型位错。 就是滑移面 滑移矢量为d，其方向为-z轴 平行。 周围的原 滑移矢量为 ，其方向为 轴，与EF平行。EF周围的原 平行 子面形成以EF为轴线的螺卷面 为轴线的螺卷面。 子面形成以 为轴线的螺卷面。
图2-4 电子显微镜下观察到的位错线
二、位错的基本类型 从位错的几何结构来看，可将它们分为两种基本类型， 从位错的几何结构来看，可将它们分为两种基本类型， 即刃型位错和螺型位错。 即刃型位错和螺型位错。 从滑移角度看， 从滑移角度看，位错是滑移面上已滑移和未滑移部分 的交界。 的交界。
刃型位错的形成及其几何特征 示意了晶体中形成刃型位错的过程。 ） 图2-5示意了晶体中形成刃型位错的过程。 (a.spl） 示意了晶体中形成刃型位错的过程
图2-6 刃型位错包含半原子面
刃型位错的几何特征： 刃型位错的几何特征： (1) 有多余半原子面。 有多余半原子面。 习惯上， 习惯上，把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正 刃型位错，用符号“ 表示，反之为负刃型位错， 刃型位错，用符号“┻”表示，反之为负刃型位错，用 表示。 “┳”表示。 刃型位错周围的点阵畸变关于半原子面左右对称。 刃型位错周围的点阵畸变关于半原子面左右对称。
所谓局部滑移就是原子面间的滑移不是整体进行， 所谓局部滑移就是原子面间的滑移不是整体进行 ， 而是发生在滑移面的局部区域， 而是发生在滑移面的局部区域， 其他区域的原子仍然保 持滑移面上下相对位置的不变。 持滑移面上下相对位置的不变。
第五章位错与向错
3
位错是晶体中最为常见的缺陷之一，有较成熟的理论 和大量的实验研究结果．是本章的重点。
由于晶体中的旋转对称性最多为六重对称，即使形成 楔角最小的向错也得使剖面两岸作600旋转，这在大 块晶体中是不可能的。
但某些特殊情况下出现向错的情况不断被人们发现， 但在所有液晶材料中向错都是很常见的线缺陷，这些 将在本章最后作简单介绍。
样．应力场作用于单位长度位错线上的攀移力 Fc=b决定于位错攀移面上的正应力。
2009-10-19
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5.4.1 位错间的交互作用力
平行位错间的交互作用最为简单，且各处相同。 两平行螺型位错间的互作用力为
Fr
Gb1b2
2r
同号位错取正值为斥力，反号位错取负值为引
力。当位错可自由滑移时．或相互排斥至无穷
合起来，然后撤去外应力，则此物体必然会存在内应力。
对于任意相对位移，剖面是弹性场中的奇面，除非相对位
移被加上如下的限制条件(Weingarten rule)：
U (r) =g+wr。
其中g代表刚体式平移，w为刚体式旋转，r为矢径，原点取在
剖面上。这样，剖面上的应力和应变具有连续性。
但剖面上的应力无论相对位移多小均为无穷大。为此沿周
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18
在已知位错应力场的情况下，根据应力场下弹性畸变能
密度： dw 1 dV
2
其中dV＝2 rdr，将之对整个晶体积分，即可求得位错
的弹性畸变能。对于单位长度的位错线而言，螺型与刃
型位错分别为：
Ws
Gb2
4
ln( r1 ) r0
We
Gb2
4 (1
)
ln( r1 r0
)
材料物理_位错塞积
2.6 位错与晶体缺陷相互作用
2.6.1 位错之间相互作用 1） 弹性应力场之间相互作用 （1） 平行刃型位错之间Байду номын сангаас互作用 （2）平行螺型位错之间相互作用 （3）平行螺型与刃型位错之间相互作用 （4）平行任意位错之间相互作用
2.6.2 位错塞积
1、定义 2、受力分析 3、求解 4、讨论
2.6.3 位错反应
1、定义 2、条件 能量条件、柏氏矢量守恒
位错塞积群
2.6.4 位错交割
1、定义 2、不同面上刃型位错交割
刃型位错交割
3、刃型与螺型位错交割
刃型与螺型位错交割
4、螺型与螺型交割 5、一般情况
螺型与螺型交割
6、带割阶位错的运动 • 刃型上的刃型割阶 • 刃型上的螺型割阶 • 螺型上的刃型割阶 • 螺型上的螺型割阶？
螺型位错上的刃型割阶的守恒运动 与非守恒运动
b 刃型上的刃型割阶
b 刃型上的螺型割阶
带割阶的螺型位错的运动
带割阶的混合型位错的运动
2.6.5 位错与溶质原子间相互作用
2.7 位错的增殖 2.7.1 位错的均匀生核 2.7.2 在应力集中地方形成位错 2.7.3 不均匀变形产生位错 2.7.4 位错起源 2.7.5 位错增殖 F-R源 Frank-Read源 B-H源 Burdeen-Herring 源
F-R源动作过程
2.8 实际晶体中的位错
1、全位错 柏氏矢量为单位平移矢量的 位错，称为全位错 最短平移矢量 1）简单立方 2）面心立方 3）体心立方 4）密排六方
2.6.1 位错之间相互作用 1） 弹性应力场之间相互作用 （1） 平行刃型位错之间Байду номын сангаас互作用 （2）平行螺型位错之间相互作用 （3）平行螺型与刃型位错之间相互作用 （4）平行任意位错之间相互作用
2.6.2 位错塞积
1、定义 2、受力分析 3、求解 4、讨论
2.6.3 位错反应
1、定义 2、条件 能量条件、柏氏矢量守恒
位错塞积群
2.6.4 位错交割
1、定义 2、不同面上刃型位错交割
刃型位错交割
3、刃型与螺型位错交割
刃型与螺型位错交割
4、螺型与螺型交割 5、一般情况
螺型与螺型交割
6、带割阶位错的运动 • 刃型上的刃型割阶 • 刃型上的螺型割阶 • 螺型上的刃型割阶 • 螺型上的螺型割阶？
螺型位错上的刃型割阶的守恒运动 与非守恒运动
b 刃型上的刃型割阶
b 刃型上的螺型割阶
带割阶的螺型位错的运动
带割阶的混合型位错的运动
2.6.5 位错与溶质原子间相互作用
2.7 位错的增殖 2.7.1 位错的均匀生核 2.7.2 在应力集中地方形成位错 2.7.3 不均匀变形产生位错 2.7.4 位错起源 2.7.5 位错增殖 F-R源 Frank-Read源 B-H源 Burdeen-Herring 源
F-R源动作过程
2.8 实际晶体中的位错
1、全位错 柏氏矢量为单位平移矢量的 位错，称为全位错 最短平移矢量 1）简单立方 2）面心立方 3）体心立方 4）密排六方
位错理论——精选推荐
位错理论《位错与位错强化机制》杨德庄编著哈尔滨⼯业⼤学出版社1991年8⽉第⼀版1-2 位错的⼏何性质与运动特性⼀、刃型位错2．运动特性滑移⾯：由位错线与柏⽒⽮量构成的平⾯叫做滑移⾯。
刃型位错运动时，有固定的滑移⾯，只能平⾯滑移，不能能交叉滑移（交滑移）。
刃型位错有较⼤的滑移可动性。
这是由于刃型位错使点阵畸变有⾯对称性所致。
⼆、螺型位错1. ⼏何性质螺型位错的滑移⾯可以改变，有不唯⼀性。
螺型位错能够在通过位错线的任意平⾯上滑移，表现出易于交滑移的特性。
同刃型位错相⽐，螺型位错的易动性较⼩。
、位于螺型位错中⼼区的原⼦都排列在⼀个螺旋线上，⽽不是⼀个原⼦列，使点阵畸变具有轴对称性。
2．混合位错曲线混合位错的结构具有不均⼀性。
混合位错的运动特性取决于两种位错分量的共同作⽤结果。
⼀般⽽⾔，混合位错的可动性介于刃型位错和螺型位错之间。
随着刃型位错分量增加，使混合位错的可动性提⾼。
混合位错的滑移⾯应由刃型位错分量所决定，具有固定滑移⾯。
四、位错环⼀条位错的两端不能终⽌于晶体内部，只能终⽌于晶界、相界或晶体的⾃由表⾯，所以位于晶体内部的位错必然趋向于以位错环的形式存在。
⼀般位错环有以下两种主要形式：1. 混合型位错环在外⼒作⽤下，由混合型位错环扩展使晶体变形的效果与⼀对刃型位错运动所造成的效果相同。
2. 棱柱型位错环填充型的棱柱位错环空位型棱柱位错环棱柱位错环只能以柏⽒⽮量为轴的棱柱⾯上滑移，⽽不易在其所在的平⾯上向四周扩展。
因为后者涉及到原⼦的扩散，因⽽在⼀般条件下（如温度较低时）很难实现。
1-3 位错的弹性性质位错是晶体中的⼀种内应⼒源。
——这种内应⼒分布就构成了位错的应⼒场。
——位错的弹性理论的基本问题是对位错周围的弹性应⼒场的计算，进⽽还可以推算位错所具有的能量，位错的线张⼒，位错间的作⽤⼒，以及位错与其他晶体缺陷之间的相互作⽤等⼀些特性。
——⼀般采⽤位错的连续介质模型（不能应⽤于位错中⼼区），把晶体作为各向同性的弹性体来处理，直接采⽤胡克定律和连续函数进⾏理论计算。
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• 与科垂耳气团比较 • 1）铃木气团与温度无关 • 2）铃木气团与位错类型无关
斯诺克气团
• 体心立方晶体中间隙原子如C、N 等与螺位错切应力场发生的交互 作用
• C、N原子使得α－Fe产生四方畸变
• 间隙原子分布于α－Fe的（1/2,0,0） （0,1/2, 0） （ 0,0,1/2）间隙位置
• 在应力作用下，三个间隙位置的原子应 变能不同，从应变能大的位置跳到应变 能小的位置，即斯诺克效应
为“扭折” 在运动过程中，这种折线在线张力的作用下可能被拉长而消失
柏氏矢量互相平行的互相垂直刃型位错的交截
• 位错线AB和XY发生交割后 • AB变为APP’B，XY变为xQQ’y • PP’台阶高度为b1， QQ’台阶高度为b2，两台阶和分别与b2和b1平 行，是螺型位错 • 它们位于原位错的滑移面上，是扭折
（优选）位错和缺陷之间的相互作用
位错与溶质原子的交互作用
• 溶质原子处于位错的应力场之中，会产生弹性交互作用
• 在刃型位错中显得尤其重要 • 不论是置换型还是间隙型溶质原子均会引起晶格畸变
间隙原子以及尺寸大于溶剂原子的溶质原子使周围基体晶格原子受到压缩应力 尺寸小于溶剂原子的溶质使基体晶格受到拉伸
溶质原子与位错的交互作用
位错与溶质原子的交互作用
• 至于溶质原子能否移至理想的位置，则取决于溶 质原子的扩散能力
• 溶质原子分布于位错周围使位错的应变能下降， 位错的稳定性增加，晶体强度提高
科垂耳气团
通常把把溶质原子与位错交互作用后，围绕位错而
形成的溶质原子聚集物，称为“科垂耳气团”
（Cottrell Atmosphere） 气团阻碍位错运动，产生固溶强化效应，但气团
位错与空位的电学交互作用
• 刃位错压缩区原子间距小，电子密度增大，电子能量增大， 刃位错膨胀区原子间距大，电子密度小，电子能量小 • 压缩区电子流向膨胀区，压缩区带正电，膨胀区带负电， 形成电偶极子 • 高价原子进入膨胀区，低价原子进入压缩区
• 作用力为弹性交互作用的1/5
位错与空位的化学交互作用
c位错运动在割阶后留下一串空位
位错偶
• 割阶高度在几个原子间距到20nm之间，位错不能拖着割阶运动 • 在外力作用下，若割阶间的位错线发生弯曲，且在上下两个滑移面和割阶相连
接的位错线是异号刃型位错时，这对异号刃型位错相互吸引而平行排列起来， 形成位错偶 • 位错偶经常断开而留下一个长的位错环，原位错线仍回复原来带割阶的状态， 形成的长形位错环又可分裂成小的 是否产生结果由位错线与另外的位错的柏矢矢量决定，若 平行，无交截结果，垂直时才有交截结果
• 空位也会引起点阵畸变，空位与位错也会发生交互作用 • 空位通常被吸引到刃型位错的压缩区，降低位错的应 变能，使位错发生攀移 • 这一交互作用在高温下显得十分重要，因为空位浓度 随温度升高而上升
空位与位错在一定条件下可以互相转化
2．位错与空位的交互作用
空位通常被吸引到刃型位错的压缩区，或消失在刃型位错线上， 使位错线产生割阶
• 置换式固溶体中溶质原子与层错化学交互作用，形成铃木 （Suzuki）气团
• 比弹性交互作用小1－2个数量级 • 由于堆剁层错作用，很难靠热起伏摆脱溶质原子束缚，有
好的高温稳定性，特别是Cottrell气团消失后作用显著 • 钉扎与位错类型无关，刃位错、螺位错钉扎强弱程度一样
2．位错与空位的交互作用
溶质原子与周围原子的交互作用
位错与溶质原子的交互作用
所有溶质原子均可在刃型位错周围找到合适的位置 正刃型位错
下方原子受到拉应力，原子半径较大的置换型溶质原子和间隙原子位于位错滑 移面下方（即晶格受拉区）可以降低位错的应变能 小原子半径的间隙型溶质原子位于滑称面上方（晶格受压区）可以降低位错应 变能，使体系处于较低的能量状态
空位被吸引到刃型位错上产生割阶
空位盘转化成位错环
金属从高温急冷所固定下来的过饱和空位可以聚集成空位盘
盘的尺寸达到几十个原子间 距时，不稳定而发生崩 塌，在四周形成一个刃 型位错环
位错环的滑移面是一个环柱 面，由于柏氏矢量垂直 于环面，在位错环所处 的平面上位错只攀移， 这种位错称为“棱柱位 错”
(a)空位凝聚成盘；(b)空位盘崩塌成位错环； (c)纯铝(650℃淬火)中的位错环
两相互垂直的螺型位错经交截后产生刃型割阶 割阶高度足够小（1~2个原子间距），外力足够大且温度比较高时，
此割阶只能通过攀移跟主位错线一起移动 割阶后留下一串空位，割阶间的位错线是异号刃型位错，吸引互毁后
形成位错偶
螺型位错拖着一小段割价共同运动，后面留下一串点缺陷
带割阶的螺位错运动
a无应力下的直位错 b外加切应力后位错在滑移面弯曲
位错偶断裂成位错环
割阶的运动
3．位错的交截
在滑移面上运动的某一位错，必与穿过此滑移面上的其它位错（称为“位错林”） 相交截，该过程即为“位错交截” 位错相互切割后，将使位错产生弯折， 生成两种位错折线 割阶：垂直滑移面的折线 扭折：在滑移面上的折线
位错线互相垂直刃型位错的交截
AB，xy两根相互垂直的刃型位错线，b1// b2 交截后各产生PP′和QQ′的折线，它们均位于原来两个滑移面上，同属螺型性质，
位错与空位的交互作用---位错在运动过程中产生空位
1. 异号刃型位错互毁后产生一串空位 2.两根相互垂直的螺型位错经交截后产生一小段刃型割阶，
割阶通过攀移随主位错线移动产生空位
异号刃型位错互毁后产生空位
互毁时其中任一位错线必须每隔一定距离相对攀移一个原子间距 是产生空位的常见机制
螺型位错交截后移动产生空位
在高温条件下会消失，失去强化效果
用柯氏气团可解释合金中出现应变时效和屈服现象
铃木气团
• 溶质原子与扩展位错之间会发生化学交互作用，产生铃木 气团
• 由于扩展位错的层错区具有与周围基体不同的晶体结构（如fcc中层错 区属hcp），为保持热力学平衡，溶质原子在层错区浓度与在基体中 浓度不同，有的原子偏聚于层错区，减小表面能，使层错区宽度d增 大，不易于束集，难于交滑移，从而提高合金强度，这种由化学交互 作用而产生溶质原子在层错区偏聚，构成了“铃木气团”
斯诺克气团
• 体心立方晶体中间隙原子如C、N 等与螺位错切应力场发生的交互 作用
• C、N原子使得α－Fe产生四方畸变
• 间隙原子分布于α－Fe的（1/2,0,0） （0,1/2, 0） （ 0,0,1/2）间隙位置
• 在应力作用下，三个间隙位置的原子应 变能不同，从应变能大的位置跳到应变 能小的位置，即斯诺克效应
为“扭折” 在运动过程中，这种折线在线张力的作用下可能被拉长而消失
柏氏矢量互相平行的互相垂直刃型位错的交截
• 位错线AB和XY发生交割后 • AB变为APP’B，XY变为xQQ’y • PP’台阶高度为b1， QQ’台阶高度为b2，两台阶和分别与b2和b1平 行，是螺型位错 • 它们位于原位错的滑移面上，是扭折
（优选）位错和缺陷之间的相互作用
位错与溶质原子的交互作用
• 溶质原子处于位错的应力场之中，会产生弹性交互作用
• 在刃型位错中显得尤其重要 • 不论是置换型还是间隙型溶质原子均会引起晶格畸变
间隙原子以及尺寸大于溶剂原子的溶质原子使周围基体晶格原子受到压缩应力 尺寸小于溶剂原子的溶质使基体晶格受到拉伸
溶质原子与位错的交互作用
位错与溶质原子的交互作用
• 至于溶质原子能否移至理想的位置，则取决于溶 质原子的扩散能力
• 溶质原子分布于位错周围使位错的应变能下降， 位错的稳定性增加，晶体强度提高
科垂耳气团
通常把把溶质原子与位错交互作用后，围绕位错而
形成的溶质原子聚集物，称为“科垂耳气团”
（Cottrell Atmosphere） 气团阻碍位错运动，产生固溶强化效应，但气团
位错与空位的电学交互作用
• 刃位错压缩区原子间距小，电子密度增大，电子能量增大， 刃位错膨胀区原子间距大，电子密度小，电子能量小 • 压缩区电子流向膨胀区，压缩区带正电，膨胀区带负电， 形成电偶极子 • 高价原子进入膨胀区，低价原子进入压缩区
• 作用力为弹性交互作用的1/5
位错与空位的化学交互作用
c位错运动在割阶后留下一串空位
位错偶
• 割阶高度在几个原子间距到20nm之间，位错不能拖着割阶运动 • 在外力作用下，若割阶间的位错线发生弯曲，且在上下两个滑移面和割阶相连
接的位错线是异号刃型位错时，这对异号刃型位错相互吸引而平行排列起来， 形成位错偶 • 位错偶经常断开而留下一个长的位错环，原位错线仍回复原来带割阶的状态， 形成的长形位错环又可分裂成小的 是否产生结果由位错线与另外的位错的柏矢矢量决定，若 平行，无交截结果，垂直时才有交截结果
• 空位也会引起点阵畸变，空位与位错也会发生交互作用 • 空位通常被吸引到刃型位错的压缩区，降低位错的应 变能，使位错发生攀移 • 这一交互作用在高温下显得十分重要，因为空位浓度 随温度升高而上升
空位与位错在一定条件下可以互相转化
2．位错与空位的交互作用
空位通常被吸引到刃型位错的压缩区，或消失在刃型位错线上， 使位错线产生割阶
• 置换式固溶体中溶质原子与层错化学交互作用，形成铃木 （Suzuki）气团
• 比弹性交互作用小1－2个数量级 • 由于堆剁层错作用，很难靠热起伏摆脱溶质原子束缚，有
好的高温稳定性，特别是Cottrell气团消失后作用显著 • 钉扎与位错类型无关，刃位错、螺位错钉扎强弱程度一样
2．位错与空位的交互作用
溶质原子与周围原子的交互作用
位错与溶质原子的交互作用
所有溶质原子均可在刃型位错周围找到合适的位置 正刃型位错
下方原子受到拉应力，原子半径较大的置换型溶质原子和间隙原子位于位错滑 移面下方（即晶格受拉区）可以降低位错的应变能 小原子半径的间隙型溶质原子位于滑称面上方（晶格受压区）可以降低位错应 变能，使体系处于较低的能量状态
空位被吸引到刃型位错上产生割阶
空位盘转化成位错环
金属从高温急冷所固定下来的过饱和空位可以聚集成空位盘
盘的尺寸达到几十个原子间 距时，不稳定而发生崩 塌，在四周形成一个刃 型位错环
位错环的滑移面是一个环柱 面，由于柏氏矢量垂直 于环面，在位错环所处 的平面上位错只攀移， 这种位错称为“棱柱位 错”
(a)空位凝聚成盘；(b)空位盘崩塌成位错环； (c)纯铝(650℃淬火)中的位错环
两相互垂直的螺型位错经交截后产生刃型割阶 割阶高度足够小（1~2个原子间距），外力足够大且温度比较高时，
此割阶只能通过攀移跟主位错线一起移动 割阶后留下一串空位，割阶间的位错线是异号刃型位错，吸引互毁后
形成位错偶
螺型位错拖着一小段割价共同运动，后面留下一串点缺陷
带割阶的螺位错运动
a无应力下的直位错 b外加切应力后位错在滑移面弯曲
位错偶断裂成位错环
割阶的运动
3．位错的交截
在滑移面上运动的某一位错，必与穿过此滑移面上的其它位错（称为“位错林”） 相交截，该过程即为“位错交截” 位错相互切割后，将使位错产生弯折， 生成两种位错折线 割阶：垂直滑移面的折线 扭折：在滑移面上的折线
位错线互相垂直刃型位错的交截
AB，xy两根相互垂直的刃型位错线，b1// b2 交截后各产生PP′和QQ′的折线，它们均位于原来两个滑移面上，同属螺型性质，
位错与空位的交互作用---位错在运动过程中产生空位
1. 异号刃型位错互毁后产生一串空位 2.两根相互垂直的螺型位错经交截后产生一小段刃型割阶，
割阶通过攀移随主位错线移动产生空位
异号刃型位错互毁后产生空位
互毁时其中任一位错线必须每隔一定距离相对攀移一个原子间距 是产生空位的常见机制
螺型位错交截后移动产生空位
在高温条件下会消失，失去强化效果
用柯氏气团可解释合金中出现应变时效和屈服现象
铃木气团
• 溶质原子与扩展位错之间会发生化学交互作用，产生铃木 气团
• 由于扩展位错的层错区具有与周围基体不同的晶体结构（如fcc中层错 区属hcp），为保持热力学平衡，溶质原子在层错区浓度与在基体中 浓度不同，有的原子偏聚于层错区，减小表面能，使层错区宽度d增 大，不易于束集，难于交滑移，从而提高合金强度，这种由化学交互 作用而产生溶质原子在层错区偏聚，构成了“铃木气团”