材料的结构缺陷
材料缺陷及应用
材料缺陷及应用材料缺陷是指材料内部存在的一些不完善或不理想的特征或结构，这些特征或结构可以影响材料的性能和使用寿命。
各种材料都存在缺陷，包括金属、陶瓷、塑料等各种工程材料。
材料缺陷可以分为内部缺陷和表面缺陷两种类型。
内部缺陷主要指材料内部存在的结构性、化学性或物理性缺陷，如孔洞、裂纹、内囊等；而表面缺陷则是指材料表面上的不完整性或均匀性问题，如疏松、气孔、氧化层等。
材料缺陷对材料性能和使用寿命的影响是多方面的。
首先，材料缺陷会降低材料的强度和韧性。
孔洞、裂纹等缺陷会导致应力集中，是材料容易发生断裂的部位。
其次，缺陷会降低材料的导电性和导热性能。
气孔、疏松等表面缺陷会导致材料表面粗糙度增加，导致电子、能量的传导受阻。
再次，材料缺陷还会降低材料的耐腐蚀性能。
材料缺陷是材料与周围环境之间的接触点，容易引起电化学反应，从而导致材料的腐蚀。
此外，缺陷还可以给材料的加工、成型和加工后的性能带来一定的困难，比如对精密机械零件的加工和镜面抛光等。
然而，材料缺陷并非完全是一种不利的存在，它也可以为材料的一些特殊应用提供机会。
首先，材料缺陷可以提高材料的特殊性能。
比如，纳米孔洞材料可以具有特殊的电子传输性能，广泛应用于电池、催化剂等领域。
其次，材料缺陷还可以用于材料的改性。
比如，通过材料表面的刻蚀、改性或自组装过程，可以在材料表面形成一定的缺陷，从而实现材料的超疏水性、超疏油性等特殊表面性能。
再次，材料缺陷还可以为材料的成形提供一定的助力。
比如，在材料的成型过程中，表面气孔可以作为顶料的出气孔，在冲压过程中起到减少顶料与材料间摩擦阻力和减小压力的作用。
总结起来，材料缺陷既是材料性能和使用寿命的主要限制因素之一，又是一些特殊应用的重要机会。
在实际应用中，我们需要充分了解和评估材料缺陷对性能的影响，以提高材料的可靠性和使用寿命。
同时，也需要发挥缺陷在特殊应用中的潜力，进行合理的缺陷设计和工程应用。
只有通过科学的方法和技术手段，才能更好地利用材料缺陷和克服其带来的各种问题，以满足不同材料在各个领域的需求。
材料的缺陷结构和应力分析
材料的缺陷结构和应力分析材料是工程领域中的重要组成部分，它们广泛地应用于各种工业生产中。
在实践中，材料的缺陷结构和应力分析是理解材料特性和应用的基础。
缺陷结构和应力分析都是深奥而复杂的领域，需要深入学习和研究才能真正理解。
本文将探讨材料的缺陷结构和应力分析的基础知识，以及它们对材料的性能和应用的影响。
1. 缺陷结构缺陷是材料中不完美或无法实现理想结构的部分。
这些缺陷可以是原始的（包括缺陷和材料中的污染物），也可以是在制造过程中产生的（如晶界和位错）。
缺陷结构是由材料内部的物理和化学交互作用来驱动的。
晶体中的缺陷晶体中的原子通常有一个非常规则的排列方式。
然而，由于一些原因，它们可能会形成额外的排列模式。
这种额外的排列模式被称为缺陷。
晶体中的缺陷通常分为点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。
点缺陷是由于一个或多个晶格位置的失配而产生的。
最常见的点缺陷是原子位移，其中一个原子偏离了其正常位置。
这种偏移有时会导致位错。
位错是一种线缺陷，由两个不同的晶格结构之间的不匹配引起的。
面缺陷包括晶界、层错和薄板。
晶界是两个不同的晶体粒子之间的边界。
层错是一种晶体中的平面缺陷，其中两个晶格错位。
薄板是一种二维晶体，与三维晶体不同，它只有一个有限的厚度，同时，长和宽可以被无限地扩展。
应力导致的缺陷除了材料内在的缺陷之外，还有一种类型的缺陷是由于应力感应的，称为应力缺陷。
这些缺陷是由于材料承受外部压力，引起微观结构发生变化引起的。
2. 应力分析如何设计材料和结构，以便在应用时能够承受适当的载荷和应力，需要进行应力分析。
材料的应力分析包括对材料性能和应用的理解以及材料制造工艺的推导。
载荷和应力在进行应力分析之前，需要知道载荷和应力的基本概念。
载荷是材料所受到的力，在工程和科学中通常用于描述压力和张力。
应力是材料中受到的力有能力抵抗的程度。
应力可以是压应力或张应力，单位为赫兹（Pa）。
应变和杨氏模数在材料承受压力或张力时，它会发生变形。
金属材料的常见缺陷
金属材料的常见缺陷
金属材料的常见缺陷包括以下几种：
1. 晶界缺陷：金属材料由多个晶粒组成，在晶界处形成缺陷，如晶界间隙、晶界滑移带等。
2. 沿晶裂纹：沿着晶粒的晶体方向产生的裂纹，通常是由于应力集中引起的。
3. 孔隙：在金属材料中存在的空洞或气体缺陷，通常由于固化过程中的气体冷凝或挥发物的损失引起。
4. 气孔：类似于孔隙，但气孔是由于金属凝固过程中的气体冷凝导致的。
5. 夹杂物：金属材料中的不纯物质或其他元素，如氧化物、硫化物、氮化物等，它们会削弱金属的力学性能。
6. 位错：金属晶体内的原子错位导致的缺陷。
7. 晶粒尺寸：晶粒尺寸不均匀可能会导致材料的机械性能差异。
8. 冷焊接：金属材料接触表面在冷态下加热，形成的焊接疵点。
这些缺陷可能会导致金属材料的性能下降或失效，因此在金属加工和制造过程中需要采取相应的措施来减少缺陷的产生。
金属材料缺陷的特点
金属材料缺陷的特点金属材料是一类重要的工程材料，广泛应用于制造业和建筑业中。
然而，金属材料在制造过程中往往会出现一些缺陷，这些缺陷会对材料的性能和使用寿命产生不利影响。
本文将从金属材料缺陷的特点出发，对其进行详细解释，并探讨其对金属材料的影响以及相应的改善措施。
金属材料缺陷的特点之一是多样性。
金属材料的缺陷形式多种多样，包括晶体缺陷、结构缺陷和成分缺陷等。
晶体缺陷是指晶体中存在的原子位移、扭曲或缺失等现象，如晶界、位错和孪晶等。
结构缺陷主要指金属材料的内部结构存在的缺陷，如夹杂物、气孔和裂纹等。
成分缺陷是指金属材料中组分存在的异常或不均匀现象，如偏析和杂质等。
这些不同类型的缺陷对金属材料的性能和使用寿命产生不同程度的影响。
金属材料缺陷的特点之二是分布广泛。
金属材料的缺陷往往分布于整个材料的体积中，而不是局限于某个特定位置。
这是因为金属材料在制备和加工过程中，很难完全避免缺陷的产生。
缺陷的广泛分布会导致金属材料的强度和韧性下降，从而影响其承载能力和使用寿命。
因此，在金属材料的设计和制造过程中，需要采取相应的措施来减少和控制缺陷的产生。
金属材料缺陷的特点之三是难以检测。
由于金属材料缺陷的分布广泛、形式多样，以及一些缺陷的微小尺寸和隐蔽性，使得缺陷很难通过肉眼观察或常规的无损检测方法进行有效的检测。
这就给金属材料的质量控制和检验带来了一定的困难。
因此，需要使用一些先进的无损检测技术，如超声波检测、射线检测和磁粉检测等，来对金属材料中的缺陷进行精确的检测和评估。
金属材料缺陷的特点之四是可通过改善措施进行修复或修复。
与其他材料相比，金属材料具有较好的可加工性和可修复性。
一些金属材料的缺陷可以通过热处理、焊接、热压和热喷涂等工艺进行修复或修复。
此外，通过改变金属材料的配方和制备工艺等，也可以有效地减少和控制缺陷的产生。
因此，在金属材料的设计和制造过程中，需要充分考虑缺陷的形成机制和改善措施，以提高金属材料的质量和性能。
材料化学-晶体结构缺陷详解
V (V V ) VNa
Cl Na Cl
2 书写点缺陷反应式的规则
（1）位置关系（溶剂）： 对于计量化合物（如NaCl、Al2O3），在缺陷反应式中 作为溶剂的晶体所提供的位置比例应保持不变，但每类位置 总数可以改变。
2ClCl CaCl2 ( s) Ca VK
（3）溶质原子（杂质原子）：
LM 表示溶质L占据了M的位置。如：CaNa SX 表示S溶质占据了X位置。
（4）自由电子及电子空穴：
有些情况下，价电子并不一定属于某个特定位置的原子，在 光、电、热的作用下可以在晶体中运动，这样电子和空穴称 为自由电子（符号e/ ）和电子空穴（符号h. )。
(5)带电缺陷 不同价离子之间取代如Ca2+取代Na+——Ca · Na Ca2+取代Zr4+——Ca”Zr 把离子化合物看作完全由离子构成（这里不考虑化学 键性质），则在 NaCl晶体中，如果取走一个Na+与取走Na 原子相比较，相当于少取走一个电子e ， 晶格中多了一个e, 因此VNa 必然和这个e/相联系，形成带电的空位——
Schottky缺陷的产生
2 组成缺陷
概念——杂质原子进入晶体，或者外界气氛等因素引起基质产生空位的缺陷。 原子进入晶体的数量一般小于0.1%。 种类——间隙杂质 置换杂质空位
特点——杂质缺陷的浓度与温度无关，只决定于溶解度。
存在原因——本身存在，有目的加入(改善晶体的某种性能)
3 电荷缺陷
晶体内原子或离子的外层电子由于受到外界激发，有少部 分电子脱离原子核对它束缚，而成为自由电子，对应留下空穴。
VCl NaCl VNa
形成——正常格点的原子由于热运动跃迁到晶体表面， 在晶体内正常格点留下空位。 从形成缺陷的能量来分析—— Schttky缺陷形成的能量小Frankel 缺陷形成的能量 因此对于大多数晶体来说，Schttky 缺陷是主要的。 热缺陷浓度表示 ：
材料的结构缺陷
金属
W Fe Ni Cu Ag Mg Al Pb Sn
熔点。C 3410 1535 1452 1083 962 650 660 327 232
∆EV/eV 2.20 1.50 1.40 1.15 1.10 0.89 0.76 0.60 0.50
金属熔点越高，空位形成能越大，空位数越少
一般地，晶体中间隙原子的形成能比空位的形成能 大3-4倍，间隙原子的量与空位相比可以忽略。 例如： Cu的空位形成能为1.7×10-19J，间隙原子的形成能为 4.8×10-19J，A取 1。在1273K时， 空位的 平 衡浓度 C~10-4，间隙原子的C’~10-14， C/C’ ~ 1010。 所以间隙原子可忽略不计。
材料缺陷的分类：（按几何形象特征）
➢ 点缺陷（Point defect）：最简单的晶体缺陷，在结点上或邻近的微
观区域内偏离晶体结构的正常排列。在空间三维方向上的尺寸都很小，约 为一个、几个原子间距，又称零维缺陷。 • 包括空位(Vacancy)、间隙原子(Interstitial atom)、杂质(Impurity)、溶质 原子(Solute atom)等。
铅锭宏观组织
沿晶断口
变形金属晶粒尺寸约1~100m，铸造金属可达几个mm。
实 际 金 属 材 料 几 乎 都 是 多 晶 体 (Multicrystal) ， 即由许多彼此位向不同、外形不规则的小晶体(单晶体, Single Crystal)组成，这些小晶体称为晶粒 (Grain)。 纯铁组织
晶 粒 示 意 图
ΔSc=S(n个空位)-S(0个空位)=klnΩn-klnΩ0=klnΩn，Ωn=Wn
N和n的值非常大，用斯特林近似 得：
可得ΔSc>0，表明，增加空位过程，结构熵增加，有利于
钢结构材料的瑕疵与缺陷分析
钢结构材料的瑕疵与缺陷分析1. 引言钢结构是目前广泛应用于建筑、桥梁和其他工程中的一种重要结构材料。
然而，钢结构材料在生产和使用过程中往往会出现一些瑕疵和缺陷，这些问题对结构的安全性和可靠性造成了不可忽视的影响。
因此，深入了解钢结构材料的瑕疵与缺陷，并进行有效的分析和控制，对于确保结构的正常运行具有重要意义。
2. 钢结构材料的常见瑕疵与缺陷2.1 气孔气孔是钢结构材料中常见的瑕疵之一。
在钢材的冷却过程中，由于快速凝固和固态相变导致液态钢中的气体无法完全顶出，从而形成气孔。
气孔的存在会导致钢材的强度和韧性下降，从而影响结构的承载能力和耐久性。
2.2 夹杂物夹杂物是指钢材中存在的杂质。
常见的夹杂物有碳化物、氧化物、硫化物等。
夹杂物会降低钢材的冲击韧性和断裂韧性，从而影响结构的抗震性能和耐久性。
2.3 晶界偏差晶界偏差是指钢材中晶格的错位和变形。
晶界偏差会引起钢材的局部应变集中，在外力作用下易发生断裂和损伤，影响结构的强度和稳定性。
2.4 疲劳裂纹疲劳裂纹是钢结构材料常见的缺陷之一。
在结构长时间受到循环载荷作用下，钢材会产生疲劳裂纹。
疲劳裂纹会导致结构的强度和稳定性下降，甚至引发结构的破坏。
3. 钢结构材料瑕疵与缺陷的分析方法3.1 目视检查目视检查是最常用的瑕疵与缺陷分析方法之一。
通过对钢材外观的检查，可以初步判断瑕疵和缺陷的类型和程度。
目视检查需要依靠专业的检验人员，并结合经验判断瑕疵和缺陷的严重性以及对结构安全性的影响。
3.2 无损检测无损检测是钢结构材料瑕疵与缺陷分析中常用的方法之一。
通过应用超声波、射线、涡流、磁粉等无损检测技术，可以发现钢材内部的瑕疵和缺陷，获取结构材料的内部情况，并评估其对结构安全性的影响。
无损检测具有操作简便、快速、准确等特点，被广泛应用于结构材料瑕疵与缺陷的分析。
3.3 机械性能测试机械性能测试是对钢结构材料进行瑕疵与缺陷分析的重要手段之一。
通过对钢材的拉伸、冲击、硬度等机械性能测试，可以评估材料的强度、韧性和硬度等性能指标，揭示瑕疵和缺陷对机械性能的影响程度。
材料中的缺陷行为与机械性能
材料中的缺陷行为与机械性能材料是我们日常生活中不可或缺的一部分，它们的质量和性能直接影响到我们使用的产品的安全性和寿命。
然而，没有一个材料是完美的，它们总会存在一些缺陷。
这些缺陷的行为会对材料的机械性能产生不同程度的影响。
一个常见的材料缺陷是晶格缺陷。
晶格缺陷是在材料的原子排列中出现的异常。
例如，点缺陷是晶体结构中原子的位置存在错误或缺失。
点缺陷可以是空位、间隙、杂质或原子的位错。
这些点缺陷会导致晶格的局部失序，从而降低材料的机械强度和硬度。
除了晶格缺陷，材料中还存在着一些表面缺陷。
表面缺陷是指材料的表面出现的异常，如裂纹、凹坑和划痕等。
这些表面缺陷的行为对材料的耐磨性和耐腐蚀性产生重要影响。
表面缺陷会降低材料的阻尼效应和强度，使材料更容易受到外界环境的侵蚀。
此外，材料中还有一种常见的缺陷是内部缺陷。
内部缺陷是材料内部出现的异常，如夹杂物、空腔和气泡等。
内部缺陷一般是由材料在制备过程中的不完全冷却、沉淀或非均匀加热导致的。
这些内部缺陷会在材料的应力集中区域产生更高的应力，从而导致材料的断裂和变形。
缺陷行为对材料的机械性能产生的影响是多方面的。
首先，缺陷会降低材料的强度和硬度。
晶格缺陷会导致晶体的局部失序，减弱晶体结构的稳定性。
表面缺陷会使材料的结构变得不均匀，从而降低材料的硬度。
内部缺陷会在材料内部形成应力集中区域，使材料更容易发生断裂。
其次，缺陷行为会影响材料的韧性和延展性。
缺陷会在材料中引发应力集中并导致局部能量增加。
这些应力和能量的集中会导致缺陷附近发生变形和塑性屈服，从而降低材料的韧性和延展性。
材料中的缺陷行为会使材料更容易发生断裂和形成裂纹，降低材料的可靠性和寿命。
最后，缺陷行为还会影响材料的疲劳寿命和耐蚀性。
缺陷会在材料中形成应力集中区域，加速疲劳裂纹的形成和扩展。
这会降低材料的疲劳寿命和耐久性。
对于金属材料而言，缺陷还会使其更容易受到腐蚀的侵蚀，降低其耐蚀性能。
综上所述，材料中的缺陷行为对材料的机械性能产生重要影响。
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C. 混合位错 (Mixed dislocation)
混合位错：一种更为普遍的位错形式，其滑移矢量既不平行也 不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度。可看作是刃型 位错和螺型位错的混合形式。
螺型位错
刃型位错
混合位错的特点：
混合位错线是一条曲线；
在 A 处，位错线与滑移矢量
平行，故为螺型位错；
在一定温度下具有一定的平衡浓度
4.1.1 空位的平衡浓度
设在1个含有N个阵点的晶体点阵中引进n个空位，则体 系的自由能变化为
G E TS
令：形成一个空位所需能量为 ΔEv，当含有 n个空位时， 其内能增加为 ΔE=nΔE v，振动熵的改变为nΔS v，体系结构 熵（或称组态熵、排列熵）的改变为ΔSc，则自由能的变化 为
螺型位错的特点：
A.螺型位错无额外半原子面，原子错排呈轴对称。 B.根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向不同，可分 为右旋和左旋螺型位错。
螺型位错的特点： C.螺型位错的位错线与滑移矢量平行， 因此一定是直线；位错线的移动方向与 晶体滑移方向互相垂直。 D.纯螺型位错的滑移面不是唯一的；凡 包含位错线的平面都可作为滑移面；一 般，滑移通常在原子密排面上进行，故 也有限。 E.螺型位错周围的点阵发生弹性畸变，只有平行于位错线的 切应变，无正应变，故不会引起体积膨胀和收缩。 F.螺型位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧减 少，故也是几个原子宽度的线缺陷。
金属学与热处理
Metallography & Heat Treatment
第4章 金属材料结构缺陷
主讲人：潘尧坤
知识回顾：单晶体和多晶体的区别
单晶体：在整个晶体内部原子都按照一定规律周期性规则排列。
多晶体：在晶体内每个局部区域里原子按周期性的规则排列， 但不同局部区域之间原子的排列方向并不相同，因此多晶体也 可看成由许多取向不同的小单晶体（晶粒）组成。
铅锭宏观组织
沿晶断口
变形金属晶粒尺寸约1~100m，铸造金属可达几个mm。
实际金属材料几乎都是多晶体 (Multicrystal) ， 即由许多彼此位向不同、外形不规则的小晶体(单晶体, Single Crystal)组成，这些小晶体称为晶粒 (Grain)。 纯铁组织
晶 粒 示 意 图
材料缺陷的分类：（按几何形象特征）
一般地，晶体中间隙原子的形成能比空位的形成能 大3-4倍，间隙原子的量与空位相比可以忽略。 例如：
Cu 的空位形成能为 1.7 × 10 -19 J，间隙原子的形成能为 4.8 × 10 - 1 9 J，A 取 1 。在 1273K 时，空位的平衡浓度 C~10-4，间隙原子的C’~10-14，
C/C’ ~ 1010。 所以间隙原子可忽略不计。
4.1 空位的形成与平衡浓度
A. 空位 (Vacancy)
晶体中点阵结点上的原子以其平 衡位置为中心作热振动，当某些原子 振动能量起伏高于势垒时，将克服周 围原子的制约而跳离平衡位置，使得 点阵中形成空结点，称为空位。
空位
晶格中某些缺排 原子的空结点
空位产生后，其周围原子相互间的作用力失去平衡，因而它 们朝空位方向稍有移动，形成一个涉及几个原子间距范围的弹性 畸变区，即晶格畸变。
G nEv T (nSv Sc )
结构熵（组态熵）
几个空位在点阵中可以有许多种不同的几何排列方式， ΔSc可由S=klnΩ确定。Ω为构成某种宏观状态中微观可以存在 的组态数目。
在N个点阵上，n个空位的引入，可能的原子排列方式有Wn个：
在N个阵点的晶体系统中，有n个空位，其结构熵变
线缺陷 （ Linear defect）： 在一个方向上的缺陷扩展很大（尺寸很
大），其它两个方向上尺寸很小，也称为一维缺陷。 • 主要为位错(Dislocation)。
面缺陷（Planar defect）：在两个方向上的缺陷扩展很大，其它一个
方向上尺寸很小，也称为二维缺陷。 • 包 括 晶 界 (Grain boundary)、 相 界 (Phase boundary)、 孪 晶 界 (Twin boundary)、堆垛层错(Stacking fault)等。
v
v
v
其中， k为波尔兹曼常数（1.38x10-23 J/K或8.62x10-5 eV/K) 类似地，间隙原子平衡浓度C’ ：
n' S ' E ' E ' C ' exp exp A'exp N' k kT kT
现在，位错是晶体性能研究中最重要的概念
被广泛用来研究固态相变、晶体光、电、声、磁、热力学， 表面及催化等。
4.2.2 位错的基本类型和特征 位错是原子排列的一种特殊组态。
刃型位错 (Edge dislocation)
根据几何结构
螺型位错 (Screw dislocation)
混合位错 (Mixed dislocation)
点缺陷（Point defect）：最简单的晶体缺陷，在结点上或邻近的微
观区域内偏离晶体结构的正常排列。在空间三维方向上的尺寸都很小，约 为一个、几个原子间距，又称零维缺陷。 • 包括 空位 (Vacancy)、间隙原子 (Interstitial atom)、杂质 (Impurity)、溶 质 原子(Solute atom)等。
在 C 处，位错线与滑移矢量 垂直，因此是刃型位错； 在 A 与 C 间位错线：既不垂 直也不平行于滑移矢量，其 中每一小段位错线都可分解 为刃型和螺型两个分量。
刃形位错平面示意图 正刃型位错－⊥；负刃型位错－ㄒ
A. 若额外半原子面位于晶体的上半部，则此处的位错线称为 正刃型位错（ ┴ ），反之，则称为负刃型位错（ ┬ ）。两者 没有本质区别。 B. 刃型位错线可以理解为已滑移区和未滑移区的分界线，它 不一定是直线。
C. 滑移面是同时包括位错线和滑移矢量的平面，刃型位错的位错线和滑移 矢量互相垂直，一个刃型位错所构成的滑移面只有一个；
改变外部条件形成的点缺陷，包括高温淬火、冷 变形加工、高能粒子辐照等，这时的点缺陷浓度超过
了平衡浓度，称为过饱和点缺陷 。
4.1.2 空位的力学行为
空位迁移能Em
点缺陷的运动产生的影响： 晶体中的原子正是由于空位和间隙原子不断的产生和复合， 才不停地由一处向另一处作无规则的布朗运动，这就是晶体中 原子的自扩散。它是固态相变、表面化学热处理、蠕变、烧结 的基础。 晶体结构的变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子 引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀。） 晶体性能的变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小）
据ΔG=nΔE-T(nΔSν+ΔSc)绘图
ne
平衡时自由能最小，求导，即
G F ( )T 0 n
则空位在T温度时的空位平衡浓度C为：
n S E E C exp exp A exp N kT kT k
A. 刃型位错 （Edge dislocation）
• 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子
面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就 是刃型位错。
• 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“”表示。 • 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ㅜ”表示。
刃型位错
刃型位错的特点
力学性能（屈服强度提高）
原子自扩散激活能相当于空位形成能与迁移能的总和。
4.2 位错 Dislocation
线缺陷—各种类型的位错。它 是指晶体中的原子发生了有规律 的错排现象。 其特点是原子发生错排的范围 只在一维方向上很大，是一个直 径为3～5个原子间距，长数百个 原子间距以上的管状原子畸变区。 位错是一种极为重要的晶体缺 陷，对金属强度、塑性变形、扩 散和相变等有显著影响。 位错基本类型：刃型位错、螺 型位错和混合位错。
v
v
v
一些常见金属的熔点和空位形成能（∆EV/eV）
金属 W Fe Ni Cu Ag Mg Al Pb Sn
熔点。C ∆EV/eV
3410 1535 2.20 1.50
1452 1.40
1083 1.1589
660 0.76
327 0.60
232 0.50
金属熔点越高，空位形成能越大，空位数越少
Dislocations in Titanium alloy TEM 51450 x
4.2.1 位错（Dislocation）理论的提出
起源：塑性变形(plastic deformation)—滑移痕迹 —滑移线滑移(slip) 最初模型：“刚性相对滑动模型” 近似计算临界切应力 m = G/2π (G —晶体切变模量）
形成1个空位的形成能1eV~形成1mol空位的形成能约100 kJ/mol
点缺陷的产生
平衡点缺陷 (Thermal equilibrium point defect)
由于热振动中的能量起伏促使原子脱离点阵位置
而形成的点缺陷。
这是晶体内原子热运动的内部条件决定的。
过饱和点缺陷 (Supersaturated point defect)
(c) 还可以跑到其他空 位中，使空位消失或 者空位移位。
B. 间隙原子 (Interstitial atom)
间隙原子
挤进晶格间隙中的原子， 可以是基体金属原子，也 可以是外来原子。
间隙原子同样会使周围点阵产生弹性畸变，而且畸变程度 要比空位引起的畸变大的多，因此，形成能大，在晶体中的浓 度很低。
D. 位错的存在使得位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应
变。对正刃型位错而言， 位错线上、下部临近范围内原子受到压应力、拉 应力, 离位错线较远处原子排列恢复正常； E. 在位错线周围的畸变区内，每个原子具有较大的平均能量。这个区域只 有几个原子间距宽，是狭长的管道，所以刃型位错是线缺陷。