材料科学基础-晶体缺陷

τ
滑移面
τ
滑移台阶
刃型位错滑移特征
┻
•
• • • •
位错逐排依次前进，实现两原子面的相对滑移；
滑移量=柏氏矢量的模； 外力τ // b，位错线⊥τ ，位错线运动方向//τ τ一定时，正、负位错运动方向相反，但最终滑移效果相同； 滑移面唯一。
┻
(2) 螺型位错的滑移
在切应力作用下，螺型位错使晶体右半部沿滑移面上下相对的 移动了一个原子间距 (a) 。这种位移会随着螺型位错向左移动而逐 渐扩展到晶体左半部分的原子列(b)。

位错的攀移:在垂直于滑移面方向上运动. 攀移的实质:刃位错多余半原子面的扩大和缩小. 刃位错的攀移过程:正攀移,向上运动；负攀移, 向下运动。
（1）攀移方式
原子扩散离开（到）位错线—半原子
面缩短（伸长）—正（负）攀移 空位扩散离开（到）位错线 —半原子面伸长（缩短）—负（正）攀移 注意：只有刃型位错才能发生攀移；滑移不涉及原子扩散， 而攀移必须借助原子扩散；外加应力对攀移起促进作用， 压（拉）促进正（负）攀移；高温影响位错的攀移.
负刃 沿位错线各点的法线方向在滑移面上扩展，滑动方向垂直于 位错线方向。但滑动方向与柏氏矢量有夹角。
类型
b与
位错线 //
位错线运 动方向
与 b
//
//
位错线
与

//
滑移面 个数
刃位错
螺位错
法线
法线
唯一
无限多个
混合位错 一定角度
法线
//
一定角度
2）攀移(climbing of disloction)
2.
1. 刃位错
┻
多出（或少） 称为 刃位错 半排原子面
刃型位错线：多余半原子面与滑移面的交线。
┻ 用 ┻ （ 或 形成 正：上压下拉 ┳）表示 负：上拉下压
畸变区
2. 螺位错
c b a
d e 8 4 5 1
7 3 2
6
5 1
8 4
76 3 2
原子面部分错动 一个原子间距
形成
不吻合 过渡区
称作
螺位错
正负均为相对而言，位错线方向改变，正负随之改变。
正刃
L
负刃
L
4. 位错运动
基 本 形 式 : 滑 移 （ slip ） 和 攀 移 （ climb ） , 还 有 交 割 （cross/interaction）和扭折（kink）
位错的滑移(slipping of dislocation):位错在滑移面上的运动。滑 移面即位错线和柏氏矢量构成的平面。任何类型的位错均可进 行滑移. (1) 刃位错的滑移过程（教材图 3.13 ） ∥ b 、 b⊥ 、 滑移方 向⊥ 、滑移方向∥b，单一滑移面。 (2) 螺型位错的滑移过程（教材图 3.14 ） ∥ b 、 b ∥ 、滑 移方向⊥ 、滑移方向⊥ b ，非单一滑移面。可发生交滑移。 (3) 混合位错的滑移过程（教材图 3.15 ）沿位错线各点的法 线方向在滑移面上扩展，滑动方向垂直于位错线方向。但滑动 方向与柏氏矢量有夹角。
三种位错伯氏矢量的主要特征
位错类型 刃位错 螺位错 混合位错 伯氏矢量与位 错线关系 畸变应力场
垂直（顺正、逆负） 主要是正应力 平行（正右、负左） 一定角度 纯剪应力 复杂
3）伯氏矢量表示法
伯氏矢量的表示方法与晶向指数相似，伯氏矢量必须在晶向指 数的基础上把矢量的模也表示出来.如：
立方晶系百度文库 b=（a/n）[uvw] ，其大小为位错强度，用模表示 ，模的 大小表示该晶向上原子间的距离。 六方晶系中: b=（a/n）[uvtw]
C= n u = Aexp - V KT N
UV…….单个空位的形成能
K……..波尔茲曼常数 1.38×10－23J/mole.K T………绝对温度(℃) A为常数
n N
……空位数(n)与原子总数(N)之比.
空位形成能UV越大，空位浓度越小。 3.空位浓度越高，点阵畸变越大，材料的强度 升高，硬度增大； 4.空位浓度越高（C↑）,电阻↑,导电性能↓， 点缺陷浓度增大导致晶体体积↑。
a 对于立方晶系 a = b = b [uvw] ua vb wc n a 2 模 b u v 2 w2 n 2 2 2 b a [100] b a 1 0 0 a 1 例1： 1 a b2 [101] b2 a 12 02 (1)2 2 a 2 2 2
第3章 晶体缺陷
一、点缺陷（point Defect）空位和间隙原子 二、线缺陷（Line Defect）-位错
三、面缺陷（Face Defect）-晶界、相界、表面 和堆垛层错
一、点缺陷类型：
（一）
空位
肖脱基空位（简称肖氏空位） 弗兰克尔空位（简称弗氏空位）
（二）
间隙原子：同类和异类间隙原子。
（四）点缺陷的特性 1.点缺陷是热力学平衡缺陷，T↑C ↑。
a b5 [101] 2
a b6 [011] 2
a a a b5 b6 [101] [011] [110] 2 2 2
5）位错正、负（左、右）的确定
人为规定位错线方向 刃位错： 有晶体图时用右手法则 ——中指b方向，食指位错线方向，拇指：上正下负 无晶体图时用旋转法 ——b顺时针方向转90°，与位错线方向：顺正逆负
形成 畸变区
纯剪切 应力区
3. 混合位错
剪切力方向
刃型位错分量 ＋ 螺型位错分量
混合位错的空间模型
伯氏矢量b的守恒性
如果若干条位错线交于一点，此交汇点称为节点，那么“流入”节点的位错线的 伯氏矢量之和等于“流出”节点的位错线的矢量之和。
b
in i
b
out j
推论：一条位错线只能有一个伯氏矢量。
螺型位错滑移动态示意图
螺型位错滑移特征 a） 位错逐排依次滑移，实现原子面的滑移；
b） 滑移量=柏氏矢量的模；
c）τ // b，位错线//τ ，位错线运动方向⊥τ ； d）τ一定时，左、右螺位错位错运动方向相反，但 最终滑移效果相同； e） 滑移面不唯一。
（3）混合位错的滑移
正刃
右螺
b
τ 左螺
c
a 例2： b3 [111] 3
a b4 [112] 6
例3 ：
a a b3 b4 [111] [112] 3 6 1 1 1 1 1 2 ( a b c) ( a b c) 3 3 3 6 6 6 1 1 a b 0c 2 2 a [110] 2