7.3 位错的运动
位错运动与交割(课堂PPT)
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• 1）交割结果：产生两段曲折线段PP'和QQ'； • 2）新位错性质：曲折线段QQ'的长度和方向由b2
决定；由于PP'平行b2，故PP'曲折线段为螺型位 错，同理曲折线段QQ'平行b1，所以QQ'也为螺型 位错。曲折线段PP'和QQ'都为螺型扭折。
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两个伯氏矢量相互垂直的刃型位错与螺型位错交割
决定，性质取决于其与bA的关系，由于PP'垂直bA ，故新产生的PP'为刃型位错；新位错为割阶； • 3）新产生的刃型割阶的可动性：理论上原位错与 PP'可以在各自的滑移面上运动，实际上，割阶 PP'很难移动。
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两个伯氏矢量相互平行的刃型位错交割
a）交割前
b）交割后
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滑移方向
刃型位错 螺型位错 混合型位错
一致 垂直 成一定角度
柏氏矢量b
一致 垂直 成一定角度
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注：正、负刃型位错运动方 向相反；左、右螺旋位错运 动方向相反；
最终晶体的滑移方向都 是与外加切应力及柏氏矢量 的方向一致。
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5、螺型位错的交滑移
对于螺型位错，由于所有包 含位错线的晶面都可以成为其滑 移面，因此当某一螺型位错在原 滑移面上运动受阻时，有可能从 原滑移面转移到与之相交的另一 滑移面上继续滑移，这一过程为 交滑移。
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2、刃型位错的攀移
刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移。 通常把多余半原子面向上运动的攀移称为正攀移，向 下运动的攀移称为负攀移。
第三章位错的运动
3.1位错的滑移⑴刃型位错的滑移⑵螺型位错的滑移⑶理论强度与实际强度产生差异的原因①位错处原子能量高→滑移能垒小→所需外力小②位错滑移仅需打断位错线附近少数原子的键合，因此所需的外加剪应力将大大降低。
③混合位错的滑移位错线沿各点的法线方向在滑移面上运动，滑动方向垂直于位错线方向，与柏氏矢量有夹角。
⑷位错滑移面与滑移方向①位错的滑移面：b与位错线所组成的面。
注：位错的滑移面与晶体的滑移面不是一回事。
②位错的滑移方向晶体滑移方向：与外力方向、柏氏矢量方向一致位错滑移方向：位错线的法向⑸判断晶体滑移方向的右手定则3.2 位错的攀移位错的攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动⑴正攀移:在刃位错处的一排原子可因热运动而移去，成为填隙原子或者吸收空位，使位错向上移到另一个滑移面攀移伴随原子的迁移，需要空位的扩散，需要热激话，比滑移需更大能量。
⑵攀移的阻力对抗攀移阻力所作的功=产生点缺陷所需能量。
⑶攀移的动力Ⅰ化学攀移力①过饱和空位（或间隙原子），向位错线附近渗透而聚集在位错线上，促使正刃位错向上攀移，好像有力沿攀移方向作用在位错上，这种力称为渗透力 ②温度越高并存在过饱和空位时，刃型位错易于攀移。
Ⅱ弹性攀移力作用于半原子面上的正应力分量作用下，刃位错所受的力F y应力的作用：（半原子面侧）压应力有利于正攀移，拉应力有利于负攀移 3.3 位错的交滑移①交滑移：螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移。
②双交滑移：交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动3.4位错的密度⑴①位错的密度（定义）：单位体积中包含位错线的总长度。
②位错密度（计算）：垂直于位错线的平面上单位面积内的位错露头数，即单位观察表面内的蚀坑数（蚀坑法）⑵位错密度和晶体的强度位错密度较低时，τ随ρ的增加而减小；位错密度较高时，τ随ρ的增加而增大⑶提高晶体强度途径①尽量减小位错密度：晶须——极细的丝状单晶体，直径只有几个微米，基本不含位错，强度比块状材料高几个数量级。
材料科学基础-§3-3 位错的运动
O y R(r,θ) r θ
x
间隙溶质原子在刃型位错附近聚集形成偏聚——柯垂尔 （Cottrell,A.H.)气团，螺型位错——史氏(Snoeck,J.)气团。
分析位错应力场时，常设想把半径约为0.5～1nm的
中心区挖去，而在中心区以外的区域采用弹性连续介质 模型导出应力场公式。
xx、 yy、 zz、 xy、 yz、 zx
rr、 、 zz、 r、 z、 z
rr、 、 zz、 r、 z、 z
xx、 yy、 zz、 xy、 yz、 zx
Gb2 R WS ln 4 r0
☺对于刃型位错，单位长度的弹性应变能为：
Gb2 R WE ln 4 (1 ) r0
上述分析表明单位长度位错的位错的应变能可以表示为
W / L Gb2 (J / m)
其中是α与几何因素有关的系数，约为0.5～1.0。此式表 明由于应变能与柏氏矢量的平方成正比，故柏氏矢量越 小，位错能量越低。 五. 位错的线张力 为了降低能量，位错有由曲变直，由长变短的倾 向。线张力T表示增加单位长度位错线所需能量，在数 值上等于位错应变能。
Thanks
1. 刃型位错的滑移
刃位错的滑移
τ
滑移面
τ
滑移台阶
刃位错的滑移
刃型位错的滑移运动： 位错的运动在外加切应力的作用下发生；
位错移动的方向和位错线垂直；
运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大 小的相对运动(滑移)； 位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大 小的台阶。
T K Gb2
( K 0.5 ~ 1)
位错的运动
由图可知，刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直，这 是刃型位错的一个重要特征。刃型位错的正负可用 刃型位错的正负可用 右手法则来确定，如图所示。 右手法则来确定
用右手的拇指、食指和 中指构成直角坐标，以 食指指向位错线的方向， 中指指向柏氏矢量的方 向，则拇指的指向代表 多余半原子面的位向， 且规定拇指向上者为正 刃型位错，反之为负刃 型位错。
3.3螺型位错的运动
下图a表示螺型位错的滑移过程。图中“○” 表示滑移面下方的原子，“●”表示滑移面上方 的原子；虚线表示点阵的原始状态，实线表示位 错滑移一个原子间距后的状态。可以看出，在切 应力τ的作用下，只要位错周围的原子作微小的 位移，这种位移随螺型位错向左移动而逐渐扩展 到晶体左半部分的原子列。位错线向左移动一个 原子间距（从图中第6原子列移到第7列），则晶 体因滑移而产生的台阶亦扩大了一个原子间距， 如图b所示。
a正刃型位错的滑移
b负刃型位错的滑移
当一个刃型位错沿滑移面滑过整个晶体，就会在晶体 表面产生宽度为一个柏氏矢量b的台阶，即造成了晶体的 塑性变形。若有n个b相同的位错扫过滑移面，则晶体将产 生nb的宏观滑移量，表面上产生nb高的台阶，成为电子 显微镜下看到的滑移线。下图a为原始状态的晶体以及所 加切应力的方向；b、c则为正刃型位错滑移的中间阶段， 可以看见位错线AB沿滑移面逐渐向后移动；应当注意， 在滑移时，刃型位错的移动方向一定是与位错线相垂直， 即与其柏氏矢量相一致。因此，刃型位错的滑移面应是由 位错线与其柏氏矢量所构成的平面。
a原始间距
b向左滑移一个原子间距
a原始晶体
b滑移过程
c滑移过程
d滑移结束形成的台阶面
刃型位错与螺型位错滑移比较
位错总结
位错总结一. 位错概念1.晶体的滑移与位错2. 位错模型● 刃型位错： 正负刃型位错， ※位错是已滑移区与未滑移区的边界※位错线必须是连续的－位错线不能中止在晶体内部。
∴ 起止与晶体表面（或晶界）或在晶体内形成封闭回路或三维网络● 螺型位错： 左螺旋位错，右螺旋位错 ● 混合位错3.位错密度 单位元体积位错线总长度，3/m m或单位面积位位错露头数，2m4. 位错的柏氏矢量 （Burgers Vector ）● 确定方法： 柏氏回路 ●意义：1) 柏氏矢量代表晶体滑移方向(平行或反平行)和大小 2) 位错引起的晶格畸变的大小 3）决定位错的性质（类型）刃型位错 b ┴位错线 螺型位错 b//位错线混合位错 位错线与b斜交s e b b b+→,sin θb b e= θcos b b s=4）柏氏矢量的表示]110[2a b = 或 ]110[21=b●柏氏矢量的性质1）柏氏矢量的守恒性－流入节点的柏氏矢量之和等于流出节点的柏氏矢量之和2）一条为错只有一个柏氏矢量二．位错的运动1．位错的运动方式●刃型位错滑移―――滑移面：b l⨯，唯一确定的滑移面滑移方向：l v b v⊥,//滑移应力： 滑移面上的切应力－沿b 或b-攀移――攀移面： 附加半原子面攀移方向：)(b l v⨯⊥攀移应力：攀移面上的正应力； 拉应力－负攀移 压应力－正攀移 攀移伴随原子扩散，是非守恒运动，在高温下才能发生 ● 螺型位错滑移―――滑移面：包含位错线的任何平面滑移方向：l v b v⊥⊥,滑移应力 滑移面上的切应力－沿b 或b-交滑移―――同上●混合位错滑移（守恒运动）――同刃型位错非守恒运动 ――在非滑移面上运动－刃型分量的攀移和螺型分量的滑移的合成运动2．位错运动与晶体变形的关系1）滑移面两边晶体运动方向 V右手定则――以位错运动面为界， )(b l⨯所指的那部分晶体向b方向运动位错运动相关量：V v b l j i,,,,σb l⇔ ： 确定位错的性质V j i⇒σ： 确定晶体相对运动V v l⇔⇔b ⇒确定位错运动方向或晶体运动方向上述规则对位错的任何运动方式均使用2）位错运动与晶体变形的定量关系v b ρε=， v b ρε= 3） 位错增殖Frank-Read 源 LGbL Gb ≈=ατ2 L 型增殖 双交滑移4）位错的交割刃－刃交割――21//b b 21b b ⊥刃－螺交割 螺－螺交割三．实际晶体的位错 （FCC ） 1．全位错的分解2. 堆垛层错内禀层错―――滑移型， 抽出型 A B C A B C A B C A B C↓↓↓↓↓↓ B C A B C A A B C A B C ∣B C A B C A外禀层错―――插入型C A B C A C B C A B C A3．分位错――完整晶体和层错的边界● Shockley 分位错 ：特点： 1） ><=11261b 滑移型层错的边界2） 只能滑移，刃型不能攀移，螺型不能交滑移● Frank 分位错特点： 1） ><=11131b插入型或抽出型层错与完整晶体的边界2）只能攀移不能滑移4．扩展位错特点： 扩展宽度 πγπγ2422210Ga b b G d =⋅=只能滑移，不能交滑移；但束集后可交滑移5．位错反应● 位错反应的条件1） 几何条件： ∑∑='iib b2）能量条件：∑∑≤'22)()(iib b● Thompson 记号 ●形成扩展位错的反应 ●形成压杆位错的反应。
6第六节课-位错运动和交互作用和实际晶体中的位错
材料科学基础
5、位错与位错之间的交互作用
1）两平行螺位错的交互作用
设有两个平行螺型位错s1，s2，其柏氏矢量分别为b1，b2，位错线平行于z轴，且位错 s1位于坐标原点O处，s2位于（r，θ ）处。由于螺位错的应力场中只有切应力分量， 且具有径向对称之特点，位错s2在位错s1的应力场作用下受到的径向作用力为：
材料科学基础
刃型位错应力场具有以下特点：
1、同时存在正应力分量与切应力分量，而且各应力分量的大小与G和b成正比，
与r成反比，即随着与位错距离的增大，应力的绝对值减小。 2、各应力分量与z无关，表明在平行于位错线的直线上，任何一点的应力相等 。
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材料科学基础
2、位错的应变能：位错周围点阵畸变引起弹性应力场，导致晶体能量增加，这
图2-11刃型位错攀移运动模型
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材料科学基础
螺型位错没有半原子面，不会发生攀移。
由于攀移伴随着位错线附近原子增加或减少，即有物质迁移，需要通过扩
散才能进行。所以，位错攀移需要热激活，较之滑移所需的能量更大。 常温下位错靠热激活来攀移是很困难的。但是，在许多高温过程如蠕变、
位错线沿滑移面滑移过整个基体
时，在晶体表面产生一个宽度为 柏氏矢量大小的台阶。
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图2-8刃型位错滑移过程
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材料科学基础
b）螺型位错的滑移
图2-9 螺型位错的滑移 螺型位错运动特征：位错移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂直。
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晶体结构缺陷(二) 位错的运动
知识点058. 位错的运动滑移攀移位错的运动刃位错的运动螺位错的运动 滑移攀移 滑移刃位错的滑移有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）刃位错的滑移注意：晶体不同部分的相对滑移形成了位错，而位错的滑移是实现塑性变形的机制。
要区别晶体的滑移与位错的滑移。
此例中晶体滑移方向与位错滑移方向相同（相互平行）。
刃位错滑移方向与外力及伯氏矢量平行正、负刃位错滑移方向相反螺位错的滑移注意：晶体不同部分的相对滑移造成位错，而位错的滑移是实现塑性变形的机制。
要注意区别晶体的滑移与位错的滑移。
此例中晶体滑移方向与位错滑移方向不同（相互垂直）。
螺位错滑移方向与外力及伯氏矢量垂直左、右螺位错滑移方向相反混合位错的滑移注意：晶体不同部分的相对滑移造成位错，位错的滑移是实现塑性变形的机制。
要区别晶体的滑移与位错滑移。
此例中晶体滑移方向与位错滑移方向部分相同，部分不相同。
混合位错滑移方向与外力及伯氏矢量成一定角度（沿位错线法线方向滑移）刃位错和螺位错滑移的比较晶体的滑移方向与外力及位错的伯氏矢量相一致但并不一定与位错的滑移方向相同。
位错类型柏氏矢量位错线运动方向晶体滑移方向切应力方向刃位错垂直于位错线垂直于位错线与伯氏矢量方向一致与伯氏矢量方向一致螺位错平行于位错线垂直于位错线与伯氏矢量方向一致与伯氏矢量方向一致混合位错与位错线成角度垂直于位错线与柏氏矢量方向一致与伯氏矢量方向一致有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）位错的攀移定义：分类：正攀移负攀移攀移的特点及与滑移的不同：有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）随堂练习：答：。
位错的运动PPT课件
正攀移：正刃位错原子从多余的半原子面边缘跳入 晶格间隙位置，作为间隙原子扩散开来，或者跳 入晶体中扩散到附近的空位时，都能使位错向上 攀移。
负攀移：反之若间隙原子扩散到位错线上，位错向
7 下攀移。
a
位错的线张力
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线张力：位错线增加一个单位 长度时，引起晶体能量的增加， 即位错的线张力就等于：单位 长度位错的应变能T=W=α Gb2。 直线α=1，弯曲α=0.5。
a
二、位错的增殖与塞积
1.位错源： 一段被钉扎的位错,受
到各处相同的滑移力 而向前滑移,但A,B两 点被钉扎,变成曲线形 式,并逐渐扩大,分裂出 一位错环.这一过程所 需的外力越来越大,弯 成半圆时,达到最大.此 后位错再向外膨胀,曲 率减小,外力下降. 位错也可一端被钉扎.
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a
2. 螺位错的双交滑移增殖
一、位错间的交互作用
1. 两平行螺位错的相互作 用： 螺应位力错分（ 量:bτθ1z) 只有纯切
位错b2受力为：
F = b2 τθz
= (Gb1b2 / 2πr)
可见，合力F是一种径 向力.当位错同向时， 两位错在F的作用下表
现为互相排斥。当位 错反向时，两位错在F
的作用下表现为互相 吸引。
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a
纯刃位错的滑移沿位错线的法线方向进行，滑移面由位
错线与其柏矢量组成。位错在滑移面上的运动叫滑移。对刃
3 型位错，柏矢量与位错线垂直，滑移面是唯一的。
a
2. 螺位错的滑移：
柏矢量与位错线平行，在切应力作用下，螺 位错的移动方向与柏氏矢量相垂直，也与 切应力及晶体滑移的方向相垂直。螺位错 具有多个滑移面，在滑移运动时可从一个 滑移面到另一个滑移面上去，这一过程称 为交滑移。
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螺位错滑移
5、位错的滑移特点
5）只有螺型位错才能够交滑移： 螺位错：因其位错线与柏氏矢量b 平行，故无确 定滑移面，通过位错线并包含b 的所有晶面都可 能成为它的滑移面。 若螺位错在某一滑移面滑移后受阻，可转移到与 之相交的另一个滑移面上去，此过程叫交叉滑移， 简称交滑移。 由此看出，不论位错如何移动，晶体滑移总是沿 柏氏矢量相对滑移，故晶体滑移方向就是位错的 柏氏矢量 b 方向。
（a）
（b）
（c）
（d）
刃型位错滑移导致晶体塑性变形的过程
（a）原始状态的晶体（b）（c）位错滑移中间阶段 （d）位错移出晶体表面，形成一个台阶
2、螺型位错滑移
螺位错沿滑移面运动时，周围原子动作情况如图。 虚线－－为螺旋线原始位置， 实线－－位错滑移一个原子间距后的状态。 在切应力τ作用下，当原 子做很小距离的移动时， 螺位错本身向左移动了一 个原子间距。 滑移台阶(阴影部分)亦向 左扩大了一个原子间距。
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一、位错的滑移
下图（a）表示含有一个正刃型位错的晶体点阵，图中实线表示位 错（半原子面PQ）原来的位置，虚线表示位错移动一个原子间距（如 P’Q’）后的位置，可见，位错虽然移动了一个原子间距，但位错附近的 原子只有很小的移动。图（b）为负刃型位错再切应力下的滑动。 位错的滑移：是通过位错线及附近原子逐个移动很小距离完成的，故只 需加很小切应力就可实现。 正刃位错滑移方向与外力方向相同；负刃位错滑移方向与外力方向相反。
（a）位错环
（b）位错环运动后产生的滑移位错环的滑移
位错的滑移
刃型位错的运动
螺型位错的运动
混合 ⊥位错线
位错线 运动方向 ⊥位错线本身
晶体滑移方 向 与b一致 与b一致 与b一致
切应力 方向 与b一致 与b一致 与b一致
滑移面 数目 唯一
刃型 位错
螺型 位错 混合 位错
二、位错的攀移
当空位扩散到位错的刃部，使多余半原子面缩短 叫正攀移。 当刃部的空位离开多余半原子面，相当于原子扩 散到位错的刃部，使多余半原子面伸长，位错向 下攀移称为负攀移。
(a) 空位运动引起的攀移
二、位错的攀移
负攀移 ——原子面下移，原子加入
间隙原子运动引起的攀移（负）
二、位错的攀移
第7章 晶体缺陷
§7.3 位错的运动
晶体的宏观滑移变形，实际上是通过位错的运动实现的，位错可在晶 体中运动是其最重要的性质。 位错线在晶体中的移动－位错运动。 刃型位错的运动方式有两种：滑移和攀移。 1）滑移：位错线沿着滑移面的移动。 2）攀移：位错线垂直于滑移面的移动。 刃位错的运动：可有滑移和攀移两种方式。 螺位错的运动：只作滑移、而不存在攀移。
3、螺型位错滑移
螺位错沿滑移面运动时，周围原子动作情况如图。 虚线－－为螺旋线原始位置， 实线－－位错滑移一个原子间距后的状态。
（a）原始位置；
（b）位错向左移动一个原子间距 螺型位错滑移
3、螺型位错滑移
位错线向左移动一个原子间距，则晶体因滑移而产生的台 阶亦扩大了一个原子间距。
螺型位错滑移导致晶体塑性变形的过程 （a）原始状态的晶体；（b）（c）位错滑移中间阶段；（d）位错移出晶体表面，形成一个台阶。
混合位错滑移：混合位错可分解为刃型和螺型两部分。 在切应力作用下，沿其各线段的法线方向滑移，并同样使 晶体产生与其柏氏矢量相等的滑移量。
4、混合位错滑移
圆环形位错：位于滑移面上，在切应力作用下，正刃位错 运动方向与负刃位错相反；左、右旋螺型位错方向也相反。 各位错线分别向外扩展，一直到达晶体边缘。 各位错移动方向虽不同，但所造成晶体滑移却是由其柏氏 矢量b 所决定的。 故位错环扩展结果使晶体沿滑移面产生了一个b 的滑移。
4）作用于攀移面的正应力有助于位错的攀移。 压应力将促进正攀移，拉应力可促进负攀移。
5）晶体中过饱和空位也有利于攀移。
作业:
1.什么叫柏氏矢量？柏氏矢量和刃型位错及螺型位错之间有什么位向关 系？试分析下图所示位错环各部分位错的类型。
2.已知位错环ABCD(位错线方向ABCD)的 柏氏矢量为b,外应力为和，求： （1）位错环的各边分别是什么位错？ （2）在足够大的切应力作用下，位错 环将如何运动？
∥位错线 成角度
⊥位错线本身 ⊥位错线本身
多个
5、位错的滑移特点
1）刃位错滑移方向：与外应力 及伯氏矢量b 平行，正、 负刃位错滑移方向相反。 2）螺型位错的移动方向：与外应力 及柏氏矢量b 垂直， 也与晶体滑移方向相垂直，左、右螺位错滑移方向相反。
刃位错
螺位错
5、位错的滑移特点
3）混合位错滑移方向与外力 及伯氏矢量b 成一 定角度（即沿位错线法线方向滑移）。 4）晶体的滑移方向与外力 及位错的伯氏矢量b 相一致，但并不一定与位错的滑移方向相同。
（a）正刃型位错
（b）负刃型位错 刃型位错滑移
1、刃位错滑移
当一个刃型位错沿滑移面滑过整个晶体，就会在晶体表面产生宽度为 一个柏氏矢量b的台阶，即造成了晶体的塑性变形。即位错运动移出 晶体表面时，滑移面两边晶体将产生一个柏氏矢量（b）的位移。若 有n个b相同的位错扫过滑移面，则晶体将产生nb的宏观滑移量，表 面上产生nb高的台阶。 刃位错移动方向：与位错线垂直，即与其柏氏矢量b 一致。 刃位错滑移面：由位错线与其柏氏矢量所构成平面。
（a）正攀移 （半原子面缩短）
(b)未攀移
刃位错攀移示意图
（c）负攀移 （半原子面伸长）
二、位错的攀移
攀移与滑移不同：
1）攀移伴随物质的迁移，需要空位的扩散，需要热激话， 比滑移需更大能量。
2）低温攀移较困难，高温时易攀移。在许多高温过程如 蠕变、回复、单晶拉制中，攀移却起着重要作用。 3）攀移通常会引起体积的变化，故属非保守运动。
二、位错的攀移
位错的攀移：指在热缺陷或外力作用下，位错线 在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中 空位或间隙质点的增殖或减少。 攀移的实质：是多余半原子面的伸长或缩短。 刃位错：除可在滑移面上滑移外，还可在垂直滑 移面的方向上进行攀移运动。 螺位错：没有多余半原子面，故无攀移运动。 常把多余半原子面向上移动称正攀移，向下移动 称负攀移。