无机材料科学基础--4位错
4-位错运动与受力-51解析
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
• 假设，位错线dl,向任意方向移动ds,扫过的面积为
• 晶体体积变化 V b dA b ndA
• 滑移时，体积不变，保守运动； • 攀移时，体积变化，非保守运动
dA dl ds n dA
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材料科学基础
位错应变能及受力
2.4
位错的运动
晶体的宏观塑性变形是通过位错运动来 实现的。 当晶体中存在位错时，只需用一个很小 的推动力便能使位错发生滑动，从而导致金 属的整体滑移，这揭示了金属实际强度和理 论强度的巨大差别。 金属的许多力学性能均与位错运动密切 相关。
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材料科学基础
位错应变能及受力
攀移的特点
• 攀移是刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动； • 空位和原子的扩散，是半原子面的扩大或缩小， 引起体积变化（非保守运动）； • 阻力很大，接近理论强度； • 垂直于额外半原子面的压应力，促进正攀移，拉 应力，促进负攀移。 • 温度升高，原子扩散能力增大，攀移易于进行； 室温下难以进行。
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材料科学基础
位错应变能及受力
螺型位错的运动
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
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，反映在晶体表面上即产生了一个台阶。 19 它与刃型位错一样，原子移动量很小，移动所需的力也很小。
10
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(材料科学基础)位错反应和扩展位错
2、不对应的罗-希向量
由四面体顶点（罗马字母）和通过该顶点的外表面中心（不 对应的希腊字母）连成的向量：
这些向量可以由三角形重心性质求得
A 1 [2 11] 6
B 1 [21 1] 6
D
A 1 [121] 6
B 1 [112] 6
A 1 [1 12] 6
B 1 [12 1]
2
结构条件： a [121] a [110] a [011] 满足
2
2
2
能量条件：
3a2 a 2 a 2
2
22
满足
a [121] 2
a [110] 2
a [011] 2
5. 面心立方晶体中的位错
1) 汤普森四面体
Thompson四面体：可以帮助 确定fcc结构中的位错反应。
A(12
(材料科学基础)位错反应和扩 展位错
(材料科学基础)位错反应和扩 展位错
面心立方晶体中的典型位错
位错名称
全位错
柏氏矢量 位错类型
a 2
110
刃、螺、混
位错线形状 空间曲线
可能运动方式 滑移、攀移
肖克莱位错
a 6
112
刃、螺、混
｛111｝面 上任意曲线
只滑不攀
弗兰克位错
a 3
111
纯刃
α
2
6
3
B
(a (d) )
C C CA A 1 [10 1] 1 [121] 1 [1 1 1]
δ
2
6
3
D DA A 1 [110] 1 [1 12] 1 [111]
γ
无机材料科学基础辅导4
第七章固体中的扩散【例7-1】什么叫扩散？在离子晶体中有几种可能的扩散机构？氧化物晶体中哪种扩散是主要的，为什么？【解】固体中的粒子（原子、离子或分子）由浓度高处迁移至浓度低处的现象称为扩散。
离子晶体中有五种可能的扩散机构：易位扩散、环形扩散、间隙扩散、准间隙扩散、空位扩散。
氧化物晶体中空位扩散是最主要的扩散，原因：空位扩散所需活化能最小。
【例7-2】试说明扩散系数的定义、物理意义及量纲。
【解】扩散系数：表征物质扩散本领大小的一个重要参量，是物质的一个多性指标。
物理意义：单位浓度梯度、单位时间内通过单位面积所扩散的物质的量。
量纲：L2T－1（cm2/秒）【例7-3】试分析具有肖特基缺陷的晶体中阴离子的扩散系数小于阳离子的扩散系数的原因。
【解】在晶体中，阴离子半径较大，还常作密堆积，形成结构骨架。
阳离子的半径较小，填充于空隙中。
则阳离子的肖氏缺陷（空位）的（形成能及）迁移能小于阴离子空位的（形成能及）迁移能。
由式中：：缺陷形成能：缺陷迁移能因为Q增大所以D减小（）Q阳<Q阴则D阳离子>D阴离子【例7-4】扩散系数与哪些因素有关？为什么？为什么可以认为浓度梯度大小基本上不影响D值，但浓度梯度大则扩散得快又如何解释？【解】影响扩散系数D的因素：（1）T增大，D增大；Q增大，D减小；（2）扩散物质的性质：扩散粒子性质与扩散介质性质间差异越大，D值越大。
扩散粒子半径越小，D值越大。
（3）扩散介质的结构：结构越致密，D越小。
（4）位错、晶界、表面：处于位错、晶界、表面处的质点，D较大。
D表面（10－7cm2/s）>D晶界（10－10 cm2/s）>D内部（10－14 cm2/s）（5）杂质（第三组元）：第三组元与扩散介质形成化合物——对扩散离子产生附加键力，则D减小。
第三组元不与扩散介质形成化合物——使扩散介质晶格产生畸变，则D增大。
（6）粘度：r减小D增大式中：T—温度r—扩散粒子半径η—扩散介质系数η增大D减小即；扩散介质粘度越大，D越小。
无机材料科学基础-1-6章
第一章一、是非题：1、在物体诸态中，晶体是最稳定的。
2、空间群包含了宏观晶体中全部要素的总和以及它们相互间的结合关系。
3、离子晶体的结构取决于其正负离子半径之比。
4、空间点阵中按平行六面体选取原则所得到的空间格子的基本单位称为晶胞。
5、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（001）面。
6、聚形均为闭形。
7、在单质晶体中，原子作等大球体的紧密堆积，不论是六方还是立方其每个原子的配位数CN=12。
8、阳离子在配位数相同的情况下，其配位多面体形状都是完全相同的。
9、八面体空隙的空间小于四面体空隙的空间。
10、立方晶系的单位平行六面体参数为a 0≠b 0≠c 0，α=β=900，γ=1200。
二、选择题1、下列性质中 不是晶体的基本性质。
A 、对称性B 、有限性C 、均一性D 、各向异性 2、点群L 6PC 属 晶族 晶系。
A 、高级等轴B 、高级六方C 、中级六方D 、低级正交 3、在Si —O 四面体中，一般采用 方式相连。
A 、共顶 B 、共面 C 、共棱 D 、不确定 4、晶体结构中一切对称要素的集合称为 。
A 、对称性B 、点群C 、微观对称要素的集合D 、空间群5、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a 、3b 、6c 。
该晶面的晶面指数为 。
A 、（236） B 、（326） C 、（321） D 、（123）6、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数 面心立方堆积的堆积系数。
A 、大于 B 、小于 C 、等于 D 、不确定7、晶体中具有方向性的化学键为 。
A 、共价键B 、离子键C 、金属键D 、分子键8、某晶体AB ，A —的电荷数为1，A —B 键的S=1/6，则A +的配位数为 。
A 、4 B 、6 C 、8 D 、129、某晶体ABO 3，B —O 键的S=2/3，在单位晶胞中，A 2+的个数为8，B 4+的个数为1，则A 2+的配位数为 。
A 、4B 、6C 、8D 、1210、在单位晶胞的NaCl 晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为 。
无机材料科学基础复习知识点总结
无机材料科学与基础1.名词解释二八面体：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体结构。
三八面体：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体结构。
稳态扩散：扩散质点浓度不随时间变化。
不稳态扩散：扩散质点浓度随时间变化，扩散通量与位置有关。
互扩散：有浓度差的空间扩散。
自扩散：没有浓度差的扩散。
顺扩散：由高浓度区向低浓度区的扩散叫顺扩散，又称下坡扩散。
逆扩散：由低浓度区向高浓度区的扩散叫逆扩散，又称上坡扩散。
本征扩散：不含有不含有任何杂质的物质中由于热起伏引起的扩散。
非本征扩散：非热能引起，如由杂质引起的扩散。
刃型位错：滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。
螺型位错：位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错热缺陷：在没有外来原子时，当晶体的热力学温度高于0K时，由于晶格内原子热振动，使一部分能量较大的原子离开正常的平衡位置，造成缺陷，这种由于原子热振动而产生的缺陷称为热缺陷。
杂质缺陷：由于杂质进入晶体而产生的缺陷。
点缺陷：在三维方向上尺寸都很小（远小于晶体或晶粒的线度）的缺陷。
线缺陷：是指晶体内部结构中沿着某条线（行列）方向上的周围局部范围内所产生的晶格缺陷。
它的表现形式主要是位错。
弗兰克尔缺陷：在晶格内原子振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，进入晶格点的间隙位置，变成间隙原子，而在原来的位置上形成一个空位，这样的缺陷称为弗兰克尔缺陷。
肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，跳跃到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。
类质同晶：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其他离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。
同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。
一致熔融化合物：是一种稳定的化合物，它与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时所产生的液相与化合物组成一致，故称一致熔融化合物。
无机材料科学基础课后习题答案
名师整理优秀资源4.1 名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错解：（a）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。
如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。
（b）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。
位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。
4.2试述晶体结构中点缺陷的类型。
以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。
试举例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式。
解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。
在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；空位缺陷的表示符号为：VM或VX。
如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：AM或AX（取代式）以及Ai（间隙式）。
当CaCl2中Ca2+置换KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：++2Cl CaCl Cl2CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：+2CaCl+2Cl Cl24.3在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确。
电中性是指在方程式两边应具有相同的b：X=a：M的比例关系，即．名师整理优秀资源有效电荷。
质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。
4.4（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。
（b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。
解：（a）根据热缺陷浓度公式：（－）exp由题意△G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19JK=1.38×10-23 J/KT1=25+273=298K T2=1600+273=1873K-5110=1.92：×exp 298K-9×10=8exp1873K：（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应方程为：[ ]杂质。
无机材料科学基础习题与解答
4.1 名词解释（a ）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b ）刃型位错和螺型位错 （c ）类质同象与同质多晶解：（a ）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。
如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。
（b ）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。
位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。
（c ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。
同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。
6-3 名词解释（并比较其异同）⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。
它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。
无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。
这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。
晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。
⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。
⑶分化过程：架状[SiO 4]断裂称为熔融石英的分化过程。
缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。
⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃。
即凡氧化物的单键能/熔点﹥0.74kJ/mol .k 者称为网络形成剂。
网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点﹤ 0.125kJ/mol .k 者称为网络变形剂。
5.1试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。
解：1.离子尺寸因素 ：从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。
无机材料科学基础名词解释
名词解释弗伦克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位。
这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。
肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中活的能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，在晶体内正常格点上留下空位，这即是肖特基缺陷。
刃型位错：伯格斯矢量b与位错线垂直的位错称为刃型位错。
螺形位错：位错线和滑移方向（伯格斯矢量b）平行，由于位错线垂直的平行面不是水平的，而是像螺旋形的，故称螺旋位错。
类质同晶：物质结晶时，其晶体结构中原有离子或原子的配位位置被介质中部分类质类似的它种离子或原子占存，共同结晶成均匀的，单一的混合晶体，但不引起键性。
同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下结晶或结构不同的晶体。
正尖晶石：二价阳离子分布在1/8四面体空隙中，三价阳离子分布在1/2八面体空隙的尖晶石。
反尖晶石：如果二价阳离子分布在八面体空隙中，而三价阳离子一半在四面体空隙中，另一半在八面体空隙中的尖晶石。
晶子学说：硅酸盐玻璃是由无数“晶子”组成，“晶子”的化学性质取决于玻璃的化学组成。
所谓“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大。
“晶子”分散在无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界线。
晶子学说的核心是结构的不均匀性及进程有序性。
无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。
这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。
晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。
分化过程:架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。
缩聚过程:分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。
网络形成剂：正离子是网络形成离子，单键强度大于335 kJ/mol，能单独形成玻璃的氧化物。
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2. 螺型位错
设想在简单立方晶体右端施加一切应力，使右端ABCD滑移面 上下两部分晶体发生一个原子间距的相对切变，在已滑移区与未 滑移区的交界处，两侧的上下两层原子发生了错排和不对齐现象， 这个过渡区内的上下二层的原子相互移动的距离小于一个原子间 距，因此它们都处于非平衡位置。这个过渡区就是螺型位错，也 是晶体已滑移区和未滑移区的分界线。之所以称其为螺型位错， 是因为如果把过渡区的原子依次连接起来可以形成“螺旋线”。 此种晶格缺陷被称为螺型位错。螺旋位错分为左旋和右旋。 以大拇指代表螺旋面前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转 方向，符合右手法则的称右旋螺旋位错，符合左手法则的称左旋 螺旋位错。
混合位错
2. 位错的攀移 刃型位错还可以在垂直滑移面的方向上运 动即发生攀移。攀移的实质是多余半原子 面的伸长或缩短。
(a)正攀移
刃型位错的攀移 (b)原始位置
(c)负攀移
攀移伴随物质迁移，需要较高能量； 作用于攀移面的正应力、过饱和空位等都有助于攀移。
攀移与滑移区别：
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。 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。
2.位错的增殖 在晶体塑性变形过程中，有大量的位错滑移出 晶体表面而消失，晶体中位错数量按理将越来越少， 但是实验表明，塑性变形过程中位错的数量不仅没 有减少，反而大大增加了，这表明，位错在以某种 方式进行增殖，这个能增殖位错的地方就是位错源。 位错增殖模型： ①L型位错滑移增殖 ②F－R源增殖 ③双交滑移增殖模型 ④位错攀移增殖模型(正攀移 负攀移)
目录
• • • • • 概述 位错基本类型 位错描述—伯格斯矢量 位错的运动 位错的形成与增殖
位
• 位错（dislocation） 是一种线缺陷 , 它是晶体 中某处一列或若干列原子 发生了有规律错排现象； 错排区是细长的管状畸变 区 , 长度可达几百至几万 个原子间距 , 宽仅几个原 子间距。如右图是位错的 一种。 • 特点:在一维方向的 尺寸较长，另外二维方向 上尺寸很小，从宏观看缺 陷是线状的。从微观角度 看，位错是管状的。
1926年，弗兰克（ Frankel） 从刚体滑移模型出发，推算 晶体的理论强度。 晶体的理论切变强度：
G m 2
一般金属： τm=104~105MPa 实际金属单晶： 1~10MPa
• 理论切变强度与实际切变强度间的巨大差异： • 从根本上否定理想完整晶体的刚性相对滑移的假 设，即实际晶体是不完整的，而有缺陷的。 • 滑移也不是刚性的，而是从晶体中局部薄弱地区 (即缺陷处)开始，而逐步进行的。
• 6）螺位错形成后，所有原来与位错线相垂直的晶 面，都将由平面变成以位错线为中心轴的螺旋面。
与螺位错垂直的晶面的形状
螺型位错和刃型位错的结构特征对比
无额外的半原子面，原子错 排呈轴对称，分右旋和左旋 螺型位错； 一定是直线，与滑移矢量平 行，位错线移动方向与晶体 滑移方向垂直； 滑移面不是唯一的，包含螺 型位错线的平面都可以作为 它的滑移面； 位错周围点阵也发生弹性畸 变，但只有平行于位错线的 切应变而无正应变，即不引 起体积的膨胀和收缩； 位错畸变区也是几个原子间 距宽度，同样是线位错。 刃形位错有一个额外半原 子面; 刃形位错线是一个具有一 定宽度的细长晶格畸变管 道,其中既有正应变,又有 切应变; 位错线与晶体滑移的方向 垂直,即位错线运动的方向 垂直于位错线
透射电镜下观察到的位错线
位错的基本类型
1. 刃型位错
设有一简单立方结构的晶体，在切应力的作用 下发生局部滑移，发生局部滑移后晶体内在垂直方 向出现了一个多余的半原子面，显然在晶格内产生 了缺陷，这就是位错，这种位错在晶体中有一个刀 刃状的多余半原子面，所以称为刃型位错。 通常称晶体上半部多出原子面的位错为正刃型 位错，用符号“┴”表示，反之为负刃型位错，用 “┬”表示。
(a)
(b) 刃型位错的滑移
(c)
τ
滑移面
τ
滑移台阶
位错滑移的比喻
螺型位错： 沿滑移面运动时，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低移动了一个 沿原子间距。这种位移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。 螺型位错的移动方向与b垂直。此外因螺型 位错b 与t平行，故通过位错线并包含b的随所有 晶面都可能成为它的滑移面。当螺型位错在原滑 移面运动受阻时，可转移到与之相交的另一个滑 移面上去，这样的过程叫交叉滑移，简称交滑移。
螺型位错特点
• 1）无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。 • 2）螺位错线一定是直线，且位错线的移动方向与晶体滑 移方向互相垂直。 • 3）纯螺位错滑移面不唯一。凡包含螺型位错线的平面都 可为其滑移面，故有无穷个，但滑移通常在原子密排面上， 故也有限。
• 4）螺位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行 于位错线的切应变。 • 5）螺位错周围点阵畸变，随离位错线距离的增加 而急剧减少，故它也是包含几个原子宽度的线缺 陷。
弗兰克-瑞德源（Frank-Read Source）.
3.位错的塞积
位错的塞积：在切应力作用下由同一个位错源放出的位错 在障碍前受阻，这个源放出的位错在障碍前排列起来，这一位 错组态称为位错的塞积。
小
基本概念：
结
刃型位错、螺型位错、位错密度、滑移、攀移
刃型位错和螺型位错的特征。 柏氏矢量的确定。 理解滑移的过程及刃型位错和螺型位错滑移的 特点。 位错的形成与增殖
错
位错理论是现代物理冶 金和材料科学的基础。
• 位错是晶体中普遍存在的一种线缺陷，它对晶体 生长、相变、塑性变形、断裂及其它物理、化学 性质具有重要影响。 • 位错概念并不是空想的产物，相反，对它的认识 是建立在深厚的科学实验基础上。 人们最早提出对位错的设想，是在对晶体强度作 了一系列的理论计算，发现在众多实验中，晶体 的实际强度远低于其理论强度，因而无法用理想 晶体的模型来解释，在此基础上才提出来的。
• 2）刃位错线不一定是直线，也可是折线或曲线或环。但必与滑移方 向相垂直，也垂直于滑移矢量b。
• •
3）刃位错存在晶体中，使其周围点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正 应变。 正刃位错：滑移面上方点阵受压应力，下方点阵受拉应力。负刃型位错与此 相反。
• 4）在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原子具有较大 的平均能量。但只有2～5个原子间距宽，呈狭长的管道。
1. 位错的滑移 刃型位错：对含刃型位错的晶体加切应力，切应力 方向平行于柏氏矢量，位错周围原子只要移动很小 距离，就使位错由位臵(a)移动到位臵(b)。 当位错运动到晶体表面时，整个上半部晶体相 对下半部移动了一个柏氏矢量晶体表面产生了高度 为b的台阶。 刃型位错的柏氏矢量b与位错线t互相垂直，故 滑移面为b与t 决定的平面，它是唯一确定的。刃 型位错移动的方向与b方向一致，和位错线垂直。
待变形晶体
弹性变形
出现位错
位错迁移
晶体的逐步滑移
晶体形状改变，ffrey Taylor爵士1934年从晶体学角度提出位错概念。 特别是，把位错和晶体塑性变形联系起来，开始建立并逐步 发展了位错理论。
τ
τ
τ
1950年后，电子显微镜实验技术的发展， 才证实了位错的存在及其运动。
位错的运动
位错的运动有两种基本形式：滑移和攀移。 在一定的切应力的作用下，位错在滑移面上受 到垂至于位错线的作用力。当此力足够大，足以克 服位错运动时受到的阻力时，位错便可以沿着滑移 面移动，这种沿着滑移面移动的位错运动称为滑移。 刃型位错的位错线还可以沿着垂直于滑移面的 方向移动，刃型位错的这种运动称为攀移。 滑移：体积不变，保守运动。 攀移：体积变化，非保守运动。
EF：位错线 ABCD：滑移面
刃型位错结构特点
• 1）有一个额外半原子面，晶体上半部多出原子面的位错称正刃型位 错，用符号“⊥”表示，反之为负刃型位错，用“ㄒ”表示。 • 此正、负之分只具相对意义而无本质区别。 • 如将晶体旋转180°，同一位错的正负号发生改变。
刃形位错平面示意图 正刃型位错－⊥ 负刃型位错－ㄒ
位错的滑移特征
位错 类型 柏氏 矢量 位错线 运动方向 晶体滑移 切应力 滑移面 方向 方向 数目
刃型 位错
螺型 位错
⊥位错线
∥位错线
⊥位错线本身 与b一致
⊥位错线本身 与b一致
与b一致 唯一 确定 与b一致 多个
位错的形成和增殖
1. 位错的形成 （1）过饱和的空位凝聚，崩塌产生位错环。 （2）晶体结晶过程中形成。 （3）当晶体受到力的作用，局部地区会产 生应力集中形成位错。
TEM下观察到不锈钢316L (00Cr17Ni14Mo2) 的位错线与位错缠结
位错概念的提出： 用于解释晶体的塑性变形。
钴单晶形变扫描电镜图
位错的观察 KCl晶体是透明的，用 杂质辍饰后可以见到 白色的“位错”。
氟化锂表面浸蚀出的 位错露头的浸蚀坑
TEM观察到的位错 与第二相相互作用
TEM观察到的钛合金 中的位错
3. 混合位错
如果局部滑移从晶体的一角开始，然后逐渐扩大滑 移范围，滑移区和未滑移区的交界为曲线AB，在A处，位 错线和滑移方向平行，是纯螺型位错；在B处，位错线和 滑方向垂直，是纯刃型位错。其他AB上的各点，曲线和 滑移方向既不垂直又不平行，原子排列介于螺型和刃型 位错之间，所以称为混合型位错。
位错描述——柏氏矢量
（1）柏氏矢量的确定方法
先确定位错的方向（一般规定位错线垂直纸 面时，由纸面向外为正），按右手法则做柏氏回 路，右手大拇指指位错正方向，回路方向按右手 螺旋方向确定。从实际晶体中任一原子M 出发， 避开位错附近的严重畸变区作一闭合回路MNOPQ， 回路每一步连结相邻原子。按同样方法在完整晶 体中做同样回路，步数，方向与上述回路一致， 这时终点 Q 和起点 M 不重合，由终点Q 到起点M 引一矢量QM 即为柏氏矢量b。柏氏矢量与起点的 选择无关，也与路径无关。