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1、第一章第三节实际金属的晶体结构第1页，本讲稿共45页 前前前前面面面面讨讨讨讨论论论论的的的的晶晶晶晶体体体体是是是是所所所所谓谓谓谓的的的的理理理理想想想想晶晶晶晶体体体体，即即即即原原原原子子子子或或或或分分分分子子子子在在在在空空空空间间间间呈呈呈呈绝绝绝绝对对对对规规规规则则则则的的的的排排排排列列列列。但但但但实实实实际际际际上上上上晶晶晶晶体体体体的的的的某某某某些些些些区区区区域域域域总总总总是是是是存存存存在在在在原原原原子子子子或或或或分分分分子子子子的的的的不不不不规规规规则则则则排排排排列列列列，这这这这就就就就是是是是晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构缺缺缺缺陷陷陷陷，以
2、以以以下下下下简简简简称称称称晶体缺陷晶体缺陷晶体缺陷晶体缺陷。晶晶晶晶体体体体缺缺缺缺陷陷陷陷对对对对晶晶晶晶体体体体的的的的性性性性能能能能和和和和物物物物理理理理化化化化学学学学变变变变化化化化(如如如如强强强强度度度度、塑塑塑塑性性性性、扩散、固态相变等扩散、固态相变等扩散、固态相变等扩散、固态相变等)都有着重大的影响。都有着重大的影响。都有着重大的影响。都有着重大的影响。引言引言第2页，本讲稿共45页 晶体结构缺陷的类型晶体结构缺陷的类型缺陷的缺陷的缺陷的缺陷的类型类型类型类型点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷其其其其特特特特点点点点：在在在在三三三三维维维维方方方方向向向向上上上
3、上的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸都都都都很很很很小小小小，缺缺缺缺陷陷陷陷的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸处处处处在在在在一一一一、两两两两个个个个原原原原子子子子大大大大小小小小的的的的级级级级别，又称别，又称别，又称别，又称零维缺陷。零维缺陷。零维缺陷。零维缺陷。其其其其特特特特点点点点：仅仅仅仅在在在在一一一一维维维维方方方方向向向向上上上上的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸较较较较大大大大，而而而而另另另另外外外外二二二二维维维维方方方方向向向向上上上上的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸都都都都很很很很小小小小，故故故故也也也也称称称称一一一一维维维维缺缺缺缺陷陷陷陷，通通通通常常常常是指是指是指是指位错位错位错位错。
4、其其其其特特特特点点点点：仅仅仅仅在在在在二二二二维维维维方方方方向向向向上上上上的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸较较较较大大大大，而而而而另另另另外外外外一一一一维维维维方方方方向向向向上上上上的的的的尺寸很小，故也称尺寸很小，故也称尺寸很小，故也称尺寸很小，故也称二维缺陷二维缺陷二维缺陷二维缺陷。第3页，本讲稿共45页点缺陷点缺陷 间隙原子、空位、置换原子间隙原子、空位、置换原子间隙原子、空位、置换原子间隙原子、空位、置换原子面缺陷面缺陷 晶体表面、晶界、相界面等晶体表面、晶界、相界面等晶体表面、晶界、相界面等晶体表面、晶界、相界面等线缺陷线缺陷 位错（刃型、螺旋）位错（刃型、螺旋）位错（刃型、螺
5、旋）位错（刃型、螺旋）第4页，本讲稿共45页晶体中的各种点缺陷晶体中的各种点缺陷11大置换原子大置换原子 2 2肖脱基空位肖脱基空位 3 3异类间隙原子异类间隙原子 44复合空位复合空位 5 5弗兰克尔空位弗兰克尔空位 6 6小的置换原子小的置换原子 点缺陷点缺陷第5页，本讲稿共45页1 1 1 1 空位空位空位空位 形成原因：形成原因：形成原因：形成原因：原子的热运动原子的热运动原子的热运动原子的热运动导致能量起伏，导致能量起伏，导致能量起伏，导致能量起伏，使一些原子脱离原使一些原子脱离原使一些原子脱离原使一些原子脱离原有位置迁移到别处，在原位形成空结点。有位置迁移到别处，在原位形成空结点。
6、有位置迁移到别处，在原位形成空结点。有位置迁移到别处，在原位形成空结点。脱离平衡位置的原子去处：脱离平衡位置的原子去处：脱离平衡位置的原子去处：脱离平衡位置的原子去处：移至表面移至表面移至表面移至表面肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位间隙间隙间隙间隙 弗兰克尔空位弗兰克尔空位弗兰克尔空位弗兰克尔空位 其它空位处其它空位处其它空位处其它空位处使空位变换位置使空位变换位置使空位变换位置使空位变换位置 是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷空位空位 第6页，本讲稿共45页肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位:如原子在如原子在
7、如原子在如原子在热起伏热起伏热起伏热起伏过程中获得足够能量离开平衡位置，跳跃到晶过程中获得足够能量离开平衡位置，跳跃到晶过程中获得足够能量离开平衡位置，跳跃到晶过程中获得足够能量离开平衡位置，跳跃到晶体的体的体的体的表面表面表面表面，在原位置上留下空位，这种缺陷称为，在原位置上留下空位，这种缺陷称为，在原位置上留下空位，这种缺陷称为，在原位置上留下空位，这种缺陷称为肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位。金属中大部分为此空位金属中大部分为此空位金属中大部分为此空位金属中大部分为此空位。第7页，本讲稿共45页弗兰克尔空位：弗兰克尔空位：弗兰克尔空位：弗兰克尔空位：在在在在晶晶晶晶格格格格内内内
8、内原原原原子子子子热热热热振振振振动动动动时时时时，一一一一些些些些能能能能量量量量足足足足够够够够大大大大的的的的原原原原子子子子离离离离开开开开平平平平衡衡衡衡位位位位置置置置后后后后，进进进进入入入入晶晶晶晶格格格格点点点点的的的的间间间间隙隙隙隙位位位位置置置置，变变变变成成成成间间间间隙隙隙隙原原原原子子子子，而而而而在在在在原原原原来来来来的的的的位位位位置上形成一个空位，这种缺陷称为置上形成一个空位，这种缺陷称为置上形成一个空位，这种缺陷称为置上形成一个空位，这种缺陷称为弗兰克尔空位。弗兰克尔空位。弗兰克尔空位。弗兰克尔空位。弗兰克尔缺陷弗兰克尔缺陷弗兰克尔缺陷弗兰克尔缺陷第8页
9、，本讲稿共45页处于不断的运动、消失和形成过程中处于不断的运动、消失和形成过程中处于不断的运动、消失和形成过程中处于不断的运动、消失和形成过程中 遇到周围空位遇到周围空位遇到周围空位遇到周围空位 换位换位换位换位 迁移至晶体表面迁移至晶体表面迁移至晶体表面迁移至晶体表面 消失消失消失消失 遇到间隙原子遇到间隙原子遇到间隙原子遇到间隙原子 消失消失消失消失空位的移动：空位的移动：空位的移动：空位的移动：空位的移动空位的移动空位的移动空位的移动a ab bc cd de ef f第9页，本讲稿共45页空位的浓度空位的浓度空位的浓度空位的浓度:温度温度温度温度，浓度，浓度，浓度，浓度；温度温度温度温
10、度，浓度，浓度，浓度，浓度。但空位的平衡浓度是很小的但空位的平衡浓度是很小的但空位的平衡浓度是很小的但空位的平衡浓度是很小的(如铜：如铜：如铜：如铜：一般为一般为一般为一般为10101010-5-5-5-5数量级数量级数量级数量级)。浓度随温度变化而改变浓度随温度变化而改变浓度随温度变化而改变浓度随温度变化而改变在空位周围的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区。在空位周围的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区。在空位周围的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区。在空位周围的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区。晶格畸变晶格畸变晶格畸变晶格畸变空位引起的晶空位引起的晶空位引起的晶空位引起的晶格畸变格畸变格畸变格畸
11、变第10页，本讲稿共45页2 2 2 2 间隙原子间隙原子间隙原子间隙原子处于晶格间隙处于晶格间隙处于晶格间隙处于晶格间隙中的原子中的原子中的原子中的原子 间间间间隙隙隙隙原原原原子子子子可可可可以以以以为为为为晶晶晶晶格格格格中中中中的的的的原原原原子子子子（发发发发生生生生严严严严重重重重晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变），也也也也可可可可能为能为能为能为异类异类异类异类原子原子原子原子(如：如：如：如：H HH H、N N N N、C C C C、B B B B等，晶格畸变较空位严重）。等，晶格畸变较空位严重）。等，晶格畸变较空位严重）。等，晶格畸变较空位严重）。间隙原子也间隙原子也间隙
12、原子也间隙原子也是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷 平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度 产生晶格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变第11页，本讲稿共45页如果间隙原子是其它如果间隙原子是其它如果间隙原子是其它如果间隙原子是其它元素就称为元素就称为元素就称为元素就称为异类原子异类原子异类原子异类原子 （杂质原子）（杂质原子）（杂质原子）（杂质原子）间隙原子间隙原子间隙原子引起的间隙原子引起的间隙原子引起的间隙原子引起的晶格畸变晶格畸变晶格畸变晶格畸变第12页，本讲稿共45页3 3 3 3 置换原子置
13、换原子置换原子置换原子占据原来基体原子平衡占据原来基体原子平衡占据原来基体原子平衡占据原来基体原子平衡位置的异类原子位置的异类原子位置的异类原子位置的异类原子产生晶格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷 平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度（比间隙原子的固溶度要大得多）（比间隙原子的固溶度要大得多）（比间隙原子的固溶度要大得多）（比间隙原子的固溶度要大得多）三三三三种种种种点点点点缺缺缺缺陷陷陷陷均均均均为为为为热热热热平平平平衡衡衡衡缺缺缺缺陷陷陷陷，均均均均造造造
14、造成成成成晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变，对对对对金金金金属属属属的的的的性能产生影响。性能产生影响。性能产生影响。性能产生影响。小原子置换引起的小原子置换引起的晶格畸变晶格畸变第13页，本讲稿共45页 线缺陷线缺陷线线线线缺缺缺缺陷陷陷陷：即即即即位位位位错错错错(分分分分为为为为刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错和和和和螺螺螺螺旋旋旋旋位位位位错错错错)。它它它它是是是是指指指指晶晶晶晶体体体体中的中的中的中的原子原子原子原子发生了有规律的发生了有规律的发生了有规律的发生了有规律的错排错排错排错排现象。现象。现象。现象。特特特特点点点点：原原原原子子子子发发发发生生生生错错错错排排排排的的
15、的的范范范范围围围围只只只只在在在在一一一一维维维维方方方方向向向向上上上上很很很很大大大大，直直直直径径径径为为为为3 3 3 35 5 5 5个原子间距，个原子间距，个原子间距，个原子间距，长长长长数百个原子间距以上的数百个原子间距以上的数百个原子间距以上的数百个原子间距以上的管状原子畸变区管状原子畸变区管状原子畸变区管状原子畸变区。第14页，本讲稿共45页1 1 1 1 刃型位错刃型位错刃型位错刃型位错形形形形成成成成及及及及定定定定义义义义：晶晶晶晶体体体体在在在在大大大大于于于于屈屈屈屈服服服服值值值值的的的的切切切切应应应应力力力力 作作作作用用用用下下下下，以以以以ABCDABC
16、DABCDABCD面面面面为为为为滑滑滑滑移移移移面面面面发发发发生生生生滑滑滑滑移移移移。滑滑滑滑移移移移后后后后产产产产生生生生额额额额外外外外半半半半原原原原子子子子面面面面EFGHEFGHEFGHEFGH，EFEFEFEF是是是是晶晶晶晶体体体体已已已已滑滑滑滑移移移移部部部部分分分分和和和和未未未未滑滑滑滑移移移移部部部部分分分分的的的的交交交交线线线线，EFEFEFEF线线线线犹犹犹犹如如如如砍砍砍砍入入入入晶晶晶晶体体体体的的的的一一一一把把把把刀刀刀刀的的的的刀刀刀刀刃刃刃刃，即即即即刃刃刃刃位位位位错错错错(或棱位错或棱位错或棱位错或棱位错)。A AB BC CD DE EF
17、 FGGH H刃型位错示意图刃型位错示意图刃型位错示意图刃型位错示意图第15页，本讲稿共45页刃型位错分类刃型位错分类刃型位错分类刃型位错分类:正刃位错：正刃位错：正刃位错：正刃位错：额外半原子面位于晶体的上半部，额外半原子面位于晶体的上半部，额外半原子面位于晶体的上半部，额外半原子面位于晶体的上半部，“”负刃位错：负刃位错：负刃位错：负刃位错：额外半原子面位于晶体的下半部，额外半原子面位于晶体的下半部，额外半原子面位于晶体的下半部，额外半原子面位于晶体的下半部，“”正刃位错正刃位错正刃位错正刃位错 负刃位错负刃位错负刃位错负刃位错 第16页，本讲稿共45页刃型位错的重要特征：刃型位错的重要特
18、征：刃型位错的重要特征：刃型位错的重要特征：刃型位错有一刃型位错有一刃型位错有一刃型位错有一额外半原子面额外半原子面额外半原子面额外半原子面 位位位位错错错错线线线线是是是是一一一一个个个个具具具具有有有有一一一一定定定定宽宽宽宽度度度度的的的的细细细细长长长长晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变管管管管道道道道，既既既既有有有有切切切切应应应应变变变变，又又又又有有有有正正正正应应应应变变变变，对对对对于于于于正正正正刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错，滑滑滑滑移移移移面面面面之之之之上上上上晶晶晶晶格格格格受受受受到到到到压压压压应应应应力力力力，滑滑滑滑移移移移面面面面之之之之下下下下受受受受
19、到到到到拉拉拉拉应应应应力力力力。负负负负刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错与此相反。与此相反。与此相反。与此相反。注注注注意意意意：额额额额外外外外半半半半原原原原子子子子面面面面不不不不一一一一定定定定是是是是平平平平面面面面，可可可可以以以以是是是是曲曲曲曲面面面面。但但但但是是是是位位位位错错错错线线线线一一一一定定定定是是是是垂垂垂垂直直直直于于于于滑滑滑滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。移方向的，这是刃型位错的特征之一。移方向的，这是刃型位错的特征之一。移方向的，这是刃型位错的特征之一。位位位位错错错错线线线线与与与与晶晶晶晶体体体体的的的的滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向相相相相
20、垂垂垂垂直直直直，位位位位错错错错线线线线运运运运动动动动的的的的方方方方向向向向垂垂垂垂直直直直于于于于位位位位错错错错线。线。线。线。第17页，本讲稿共45页A AB BC CD D D DA AD D D DA AD D位错线位错线位错线位错线形形形形成成成成及及及及定定定定义义义义：晶晶晶晶体体体体在在在在外外外外加加加加切切切切应应应应力力力力作作作作用用用用下下下下，沿沿沿沿ABCDABCDABCDABCD面面面面滑滑滑滑移移移移，由由由由于于于于位位位位错错错错线线线线EFEFEFEF周周周周围围围围的的的的一一一一组组组组原原原原子子子子面面面面形形形形成成成成了了了了一一一一
21、个个个个连连连连续续续续的的的的螺螺螺螺旋旋旋旋形形形形坡坡坡坡面面面面，故故故故称称称称为为为为螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错。图图图图中中中中EFEFEFEF线线线线为为为为已已已已滑滑滑滑移移移移区区区区与与与与未未未未滑滑滑滑移移移移区区区区的的的的分分分分界处。界处。界处。界处。2 2 2 2 螺型位错螺型位错螺型位错螺型位错E EF F第18页，本讲稿共45页分类：分类：分类：分类：有左螺旋和右螺旋。有左螺旋和右螺旋。有左螺旋和右螺旋。有左螺旋和右螺旋。根据螺旋面旋转方向，根据螺旋面旋转方向，根据螺旋面旋转方向，根据螺旋面旋转方向，符合右手法则符合右手法则符合右手法则符合右手法则
22、（即以右手拇指代表螺旋面前进（即以右手拇指代表螺旋面前进（即以右手拇指代表螺旋面前进（即以右手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）的称为右旋螺型位错。方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向）的称为右旋螺型位错。方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向）的称为右旋螺型位错。方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向）的称为右旋螺型位错。符合左手法符合左手法符合左手法符合左手法则则则则的称为左旋螺型位错的称为左旋螺型位错的称为左旋螺型位错的称为左旋螺型位错.MMQQP POON N左旋螺型位错左旋螺型位错左旋螺型位错左旋螺型位错A AB BC CD D D DA AD D D DA AD D右旋螺
23、型位错右旋螺型位错右旋螺型位错右旋螺型位错第19页，本讲稿共45页螺型位错的重要特征：螺型位错的重要特征：螺型位错的重要特征：螺型位错的重要特征：螺型位错螺型位错螺型位错螺型位错没有没有没有没有额外半原子面。额外半原子面。额外半原子面。额外半原子面。位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中只有切应只有切应只有切应只有切应变，没有正应变变，没有正应变变，没有正应变变，没有正应变。位错线位错线位错线位错线EFEFEFEF与晶体的滑移方向与晶体的滑移
24、方向与晶体的滑移方向与晶体的滑移方向相平行相平行相平行相平行。位错线运动的方向垂。位错线运动的方向垂。位错线运动的方向垂。位错线运动的方向垂直于位错线。直于位错线。直于位错线。直于位错线。位错线运动方向位错线运动方向位错线运动方向位错线运动方向位位位位错错错错线线线线F F F FE E E E第20页，本讲稿共45页刃型位错与螺型位错的区别：刃型位错与螺型位错的区别：刃型位错与螺型位错的区别：刃型位错与螺型位错的区别：螺型位错螺型位错螺型位错螺型位错没有没有没有没有额外半原子面，而额外半原子面，而额外半原子面，而额外半原子面，而刃型位错刃型位错刃型位错刃型位错有；有；有；有；螺型位错螺型位错
25、螺型位错螺型位错只有切应变，没有正应变，而只有切应变，没有正应变，而只有切应变，没有正应变，而只有切应变，没有正应变，而刃型位错刃型位错刃型位错刃型位错均有；均有；均有；均有；螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错的的的的位位位位错错错错线线线线与与与与晶晶晶晶体体体体的的的的滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向相相相相平平平平行行行行，而而而而刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错则则则则垂垂垂垂直。直。直。直。刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错的的的的滑滑滑滑移移移移面面面面是是是是唯唯唯唯一一一一的的的的，而而而而螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错可可可可以以以以从从从从一一一一个个个个滑滑滑滑移移移移面面
26、面面滑滑滑滑移移移移到另一个滑移面。到另一个滑移面。到另一个滑移面。到另一个滑移面。第21页，本讲稿共45页 在在在在实实实实际际际际晶晶晶晶体体体体中中中中，从从从从距距距距离离离离位位位位错错错错一一一一定定定定距距距距离离离离的的的的任任任任一一一一原原原原子子子子MMMM出出出出发发发发，以以以以到到到到相相相相邻邻邻邻原原原原子子子子为为为为一一一一步步步步，沿沿沿沿逆逆逆逆时时时时针针针针方方方方向向向向环环环环绕绕绕绕位位位位错错错错线线线线作作作作一一一一闭闭闭闭合合合合回回回回路路路路，称称称称之之之之为为为为柏柏柏柏氏回路。氏回路。氏回路。氏回路。在在在在完整晶体完整晶体完
27、整晶体完整晶体中以同样方向和步数作回路，但未封闭。中以同样方向和步数作回路，但未封闭。中以同样方向和步数作回路，但未封闭。中以同样方向和步数作回路，但未封闭。由由由由完完完完整整整整晶晶晶晶体体体体的的的的回回回回路路路路终终终终点点点点QQQQ到到到到始始始始点点点点MMMM引引引引一一一一矢矢矢矢量量量量b b b b，使使使使该该该该回回回回路路路路闭闭闭闭合合合合，矢矢矢矢量量量量b b b b即为即为即为即为柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量。3 3 3 3 柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量的确定方法：柏氏矢量的确定方法：柏氏矢量的确定方法：柏氏矢量的确定方法：P P P P2
28、4242424图图图图1-361-361-361-36柏氏矢量：柏氏矢量：柏氏矢量：柏氏矢量：既可表示位错的性质，也可表示晶格畸变的大小和方向。既可表示位错的性质，也可表示晶格畸变的大小和方向。既可表示位错的性质，也可表示晶格畸变的大小和方向。既可表示位错的性质，也可表示晶格畸变的大小和方向。第22页，本讲稿共45页从柏氏回路可知：刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直从柏氏回路可知：刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直从柏氏回路可知：刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直从柏氏回路可知：刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直 刃位错的重要特征刃位错的重要特征刃位错的重要特征刃位错的重要特征刃型位错柏氏矢量
29、的确定刃型位错柏氏矢量的确定刃型位错柏氏矢量的确定刃型位错柏氏矢量的确定第23页，本讲稿共45页从柏氏回路可知：螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行从柏氏回路可知：螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行从柏氏回路可知：螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行从柏氏回路可知：螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行 螺位错的重要特征螺位错的重要特征螺位错的重要特征螺位错的重要特征位错线位错线位错线位错线柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量螺旋位错柏氏矢量的确定螺旋位错柏氏矢量的确定螺旋位错柏氏矢量的确定螺旋位错柏氏矢量的确定第24页，本讲稿共45页柏氏矢量的特征：柏氏矢量的特征：柏氏矢量的特征：柏氏矢量的特征：可判定
30、位错性质：可判定位错性质：可判定位错性质：可判定位错性质：位错线位错线位错线位错线柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量刃型刃型刃型刃型 位错线位错线位错线位错线柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量螺旋型螺旋型螺旋型螺旋型 描述了晶格畸变总量的大小描述了晶格畸变总量的大小描述了晶格畸变总量的大小描述了晶格畸变总量的大小b b b b与晶体滑移的方向，即指出了与晶体滑移的方向，即指出了与晶体滑移的方向，即指出了与晶体滑移的方向，即指出了滑移后晶体上下部相对位移的大小与方向。滑移后晶体上下部相对位移的大小与方向。滑移后晶体上下部相对位移的大小与方向。滑移后晶体上下部相对位移的大小与方向。一条位错线的柏氏矢量
31、是恒定不变的。一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的。一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的。一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的。对对对对于于于于一一一一个个个个位位位位错错错错来来来来说说说说，同同同同时时时时包包包包含含含含位位位位错错错错线线线线和和和和柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量的的的的晶晶晶晶面面面面是是是是潜在的滑移面。潜在的滑移面。潜在的滑移面。潜在的滑移面。第25页，本讲稿共45页 在在在在外外外外力力力力 作作作作用用用用下下下下，晶晶晶晶体体体体两两两两部部部部分分分分之之之之间间间间发发发发生生生生相相相相对对对对滑滑滑滑移移移移，在在在在晶晶晶晶体体体体内内内内部部部部已已已已滑
32、滑滑滑移移移移和和和和未未未未滑滑滑滑移移移移部部部部分分分分的的的的交交交交线线线线既既既既不不不不垂垂垂垂直直直直也也也也不不不不平平平平行行行行滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向，而而而而是是是是一一一一条条条条曲曲曲曲线线线线，它它它它是是是是刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错与与与与螺螺螺螺旋旋旋旋位位位位错错错错的的的的混混混混合合合合型型型型，这这这这样样样样的的的的位位位位错错错错称为称为称为称为混合位错混合位错混合位错混合位错。位位位位错错错错线线线线上上上上任任任任意意意意一一一一点点点点，经经经经矢矢矢矢量量量量分分分分解解解解后后后后，可可可可分分分分解解解解为为为为刃刃刃
33、刃位位位位错错错错和和和和螺螺螺螺位位位位错错错错分分分分量量量量。晶晶晶晶体体体体中中中中位位位位错错错错线线线线的的的的形形形形状状状状可可可可以以以以是是是是任任任任意意意意的的的的，但但但但位位位位错错错错线线线线上上上上各各各各点的点的点的点的伯氏矢量伯氏矢量伯氏矢量伯氏矢量相同，只是各点的相同，只是各点的相同，只是各点的相同，只是各点的刃型、螺型刃型、螺型刃型、螺型刃型、螺型分量不同而已。分量不同而已。分量不同而已。分量不同而已。4 4 4 4 混合位错混合位错混合位错混合位错（实际晶体中常见）（实际晶体中常见）（实际晶体中常见）（实际晶体中常见）第26页，本讲稿共45页A A A
34、 A处为螺型位错（位错线与处为螺型位错（位错线与处为螺型位错（位错线与处为螺型位错（位错线与b b b b平行）平行）平行）平行）C C C C处为刃型位错（位错线与处为刃型位错（位错线与处为刃型位错（位错线与处为刃型位错（位错线与b b b b垂直）垂直）垂直）垂直）ACACACAC之间为混合位错之间为混合位错之间为混合位错之间为混合位错CbA（a a a a）混合位错）混合位错）混合位错）混合位错 A AB BC Cb b（b b b b）混合位错分解为刃位）混合位错分解为刃位）混合位错分解为刃位）混合位错分解为刃位错和螺位错示意图错和螺位错示意图错和螺位错示意图错和螺位错示意图 b b螺
35、螺螺螺位错线位错线位错线位错线b b混混混混b b刃刃刃刃第27页，本讲稿共45页5 5 5 5 位错的性质位错的性质位错的性质位错的性质 已滑移区与未滑移区的边界线就是已滑移区与未滑移区的边界线就是已滑移区与未滑移区的边界线就是已滑移区与未滑移区的边界线就是位错线。位错线。位错线。位错线。位位位位错错错错线线线线不不不不能能能能终终终终止止止止于于于于晶晶晶晶体体体体内内内内部部部部，只只只只能能能能露露露露头头头头于于于于晶晶晶晶体体体体表表表表面面面面或或或或晶界上，或与其它位错线相连接、或自成封闭线晶界上，或与其它位错线相连接、或自成封闭线晶界上，或与其它位错线相连接、或自成封闭线晶界
36、上，或与其它位错线相连接、或自成封闭线.位错线的连续性。位错线的连续性。位错线的连续性。位错线的连续性。柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量与与与与位位位位错错错错线线线线垂垂垂垂直直直直的的的的位位位位错错错错是是是是刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错，分分分分为为为为正正正正、负刃型位错。负刃型位错。负刃型位错。负刃型位错。柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量与与与与位位位位错错错错线线线线平平平平行行行行的的的的位位位位错错错错是是是是螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错，分分分分为为为为左左左左、右旋螺位错。右旋螺位错。右旋螺位错。右旋螺位错。第28页，本讲稿共45页定定定定义义义义：单单单单位位位
37、位体体体体积积积积内内内内位位位位错错错错线线线线包包包包含含含含的的的的总总总总长长长长度度度度（或或或或穿穿穿穿过过过过单单单单位位位位截截截截面面面面积积积积的的的的位位位位错错错错线数目）线数目）线数目）线数目）=l/=l/V V 式中式中式中式中 l l为晶体长度，为晶体长度，为晶体长度，为晶体长度，n n为位错线数目，为位错线数目，为位错线数目，为位错线数目，s s晶体截面积。晶体截面积。晶体截面积。晶体截面积。一一一一般般般般退退退退火火火火金金金金属属属属晶晶晶晶体体体体中中中中 为为为为10101010101010101010101012121212cmcmcmcm-2-2-
38、2-2数数数数量量量量级级级级，经经经经剧剧剧剧烈烈烈烈冷冷冷冷加加加加工工工工的的的的金金金金属属属属晶晶晶晶体体体体中中中中，为为为为10101010151515151010101016161616cmcmcmcm-2-2-2-2，即即即即在在在在cmcmcmcm3 3 3 3的的的的金金金金属属属属内内内内含含含含有有有有千千千千百百百百万万万万公公公公里里里里长长长长的位错线！的位错线！的位错线！的位错线！6 6 6 6 位错密度位错密度位错密度位错密度位错的存在对金属的力学性能、扩散和相变有重要影响。位错的存在对金属的力学性能、扩散和相变有重要影响。位错的存在对金属的力学性能、扩散和
39、相变有重要影响。位错的存在对金属的力学性能、扩散和相变有重要影响。第29页，本讲稿共45页金属强度和位错的关系金属强度和位错的关系金属强度和位错的关系金属强度和位错的关系1111理论强度理论强度理论强度理论强度(不含位错不含位错不含位错不含位错)2222晶晶晶晶须须须须强强强强度度度度(几几几几乎乎乎乎不不不不含含含含位位位位错错错错的的的的小小小小晶体，变形抗力极高晶体，变形抗力极高晶体，变形抗力极高晶体，变形抗力极高)3333未未未未强强强强化化化化纯纯纯纯金金金金属属属属强强强强度度度度（或或或或退退退退火火火火状态）状态）状态）状态）4444合合合合金金金金化化化化、加加加加工工工工硬
40、硬硬硬化化化化或或或或热热热热处处处处理理理理的合金强度的合金强度的合金强度的合金强度晶体塑性变形抗力与位错密度的关系晶体塑性变形抗力与位错密度的关系晶体塑性变形抗力与位错密度的关系晶体塑性变形抗力与位错密度的关系位错密度位错密度位错密度位错密度强度强度强度强度 mm1 12 23 34 4晶须中：晶须中：晶须中：晶须中：=10m/cm=10m/cm=10m/cm=10m/cm3 3 3 3 位错密度很小位错密度很小位错密度很小位错密度很小金属铁须晶金属铁须晶金属铁须晶金属铁须晶(直径直径直径直径1.6m)1.6m)1.6m)1.6m)：13400MPa13400MPa13400MPa1340
41、0MPa，退火工业纯铁：退火工业纯铁：退火工业纯铁：退火工业纯铁：300MPa300MPa300MPa300MPa，强化处理合金钢：强化处理合金钢：强化处理合金钢：强化处理合金钢：2000MPa2000MPa2000MPa2000MPa。第30页，本讲稿共45页(1)(1)(1)(1)理论上：位错的存在是材料具有理论上：位错的存在是材料具有理论上：位错的存在是材料具有理论上：位错的存在是材料具有良好塑性变形良好塑性变形良好塑性变形良好塑性变形的前提；的前提；的前提；的前提；低密度位错利于强度的提高。低密度位错利于强度的提高。低密度位错利于强度的提高。低密度位错利于强度的提高。(2)(2)(2)
42、(2)实际中：实际中：实际中：实际中：位错密度较低时，位错密度较低时，位错密度较低时，位错密度较低时，则则则则，如：晶须，如：晶须，如：晶须，如：晶须 无工业实际意义无工业实际意义无工业实际意义无工业实际意义 位错密度较高时，位错密度较高时，位错密度较高时，位错密度较高时，则则则则 工业意义：形变强化、马氏体相变强化工业意义：形变强化、马氏体相变强化工业意义：形变强化、马氏体相变强化工业意义：形变强化、马氏体相变强化位错的产生位错的产生位错的产生位错的产生：在金属结晶、塑性变形和相变过程中。：在金属结晶、塑性变形和相变过程中。：在金属结晶、塑性变形和相变过程中。：在金属结晶、塑性变形和相变过程
43、中。位错的观察位错的观察位错的观察位错的观察：X X X X透射电镜等。透射电镜等。透射电镜等。透射电镜等。金属强度和位错的关系：金属强度和位错的关系：金属强度和位错的关系：金属强度和位错的关系：第31页，本讲稿共45页 面缺陷面缺陷影响表面能的主要因素有：影响表面能的主要因素有：影响表面能的主要因素有：影响表面能的主要因素有：（1 1 1 1）外部介质的性质）外部介质的性质）外部介质的性质）外部介质的性质 介质不同，表面能不同介质不同，表面能不同介质不同，表面能不同介质不同，表面能不同（2 2 2 2）裸露晶面的原子密度）裸露晶面的原子密度）裸露晶面的原子密度）裸露晶面的原子密度 密排晶面，
44、表面能小密排晶面，表面能小密排晶面，表面能小密排晶面，表面能小（3 3 3 3）晶体表面的曲率）晶体表面的曲率）晶体表面的曲率）晶体表面的曲率 曲率半径越小，表面能越大曲率半径越小，表面能越大曲率半径越小，表面能越大曲率半径越小，表面能越大1 1 1 1 晶体表面晶体表面晶体表面晶体表面表现形式：表现形式：表现形式：表现形式：处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并牵连邻处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并牵连邻处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并牵连邻处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并牵连邻近几层原子产生畸变，表面能升高。近几层原子产生畸变，表面能升高。近几层原
45、子产生畸变，表面能升高。近几层原子产生畸变，表面能升高。主要包括晶体外表面和内界面主要包括晶体外表面和内界面主要包括晶体外表面和内界面主要包括晶体外表面和内界面(晶界、亚晶界、相界、堆垛层错晶界、亚晶界、相界、堆垛层错晶界、亚晶界、相界、堆垛层错晶界、亚晶界、相界、堆垛层错)。指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面。指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面。指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面。指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面。第32页，本讲稿共45页2 2 2 2 晶界晶界晶界晶界小角度晶界小角度晶界小角度晶界小角度晶界 晶晶晶晶界界界界与与与与界界界界
46、面面面面能能能能：晶晶晶晶界界界界是是是是成成成成分分分分结结结结构构构构相相相相同同同同的的的的同同同同种种种种晶晶晶晶粒粒粒粒间间间间的的的的界界界界面面面面。界界界界面面面面上上上上的的的的原原原原子子子子处处处处在在在在断断断断键键键键状状状状态态态态，具具具具有有有有超超超超额额额额能能能能量量量量。在在在在界界界界面面面面单单单单位位位位面面面面积积积积上上上上平平平平均均均均的的的的超超超超额额额额能能能能量量量量叫叫叫叫界界界界面能面能面能面能。对称倾斜晶界对称倾斜晶界对称倾斜晶界对称倾斜晶界晶晶晶晶界界界界的的的的结结结结构构构构和和和和性性性性质质质质与与与与相相相相邻邻邻
47、邻晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的取取取取向向向向差差差差有有有有关关关关，当当当当取取取取向向向向差差差差 小小小小于于于于10101010o o o o时时时时，称称称称为为为为小小小小角角角角度度度度晶晶晶晶界界界界。它它它它由由由由两两两两个个个个晶晶晶晶粒粒粒粒各各各各倾倾倾倾斜斜斜斜/2/2/2/2构构构构成成成成的的的的一一一一系系系系列列列列位位位位错错错错组组组组成成成成(或称为位错墙或称为位错墙或称为位错墙或称为位错墙)。根根根根据据据据形形形形成成成成晶晶晶晶界界界界时时时时的的的的行行行行为为为为不不不不同同同同，晶晶晶晶界界界界分分分分为为为为对对对对称倾斜晶界称倾斜晶界称倾
48、斜晶界称倾斜晶界和和和和扭转晶界扭转晶界扭转晶界扭转晶界。第33页，本讲稿共45页倾斜晶界倾斜晶界倾斜晶界倾斜晶界扭转晶界扭转晶界扭转晶界扭转晶界晶界上的原子排列晶界上的原子排列晶界上的原子排列晶界上的原子排列由相互由相互由相互由相互交叉的螺旋位错组成交叉的螺旋位错组成交叉的螺旋位错组成交叉的螺旋位错组成第34页，本讲稿共45页A AB BD DC C大角晶界模型大角晶界模型大角晶界模型大角晶界模型大角度晶界大角度晶界大角度晶界大角度晶界 相相相相 邻邻邻邻 晶晶晶晶 粒粒粒粒 间间间间 的的的的位位位位 向向向向 差差差差 大大大大 于于于于10101010的晶界。的晶界。的晶界。的晶界。大
49、大大大约约约约23232323个个个个原原原原子子子子厚厚厚厚，原原原原子子子子排排排排列列列列较较较较混混混混乱乱乱乱，结结结结构构构构较较较较复复复复杂杂杂杂，由由由由原原原原子子子子排排排排列列列列紊紊紊紊乱乱乱乱区区区区域域域域与与与与原原原原子子子子排排排排列列列列较较较较整整整整齐区域交替相间而成。齐区域交替相间而成。齐区域交替相间而成。齐区域交替相间而成。即即即即在在在在界界界界面面面面上上上上既既既既包包包包含含含含不不不不属属属属于于于于任任任任意意意意晶晶晶晶粒粒粒粒度度度度原原原原子子子子A A A A，也也也也包包包包含含含含同同同同时时时时属属属属于于于于两两两两个个
50、个个晶晶晶晶粒粒粒粒度度度度原原原原子子子子D DD D；既既既既包包包包含含含含有有有有压压压压缩缩缩缩区区区区B B B B，也包含有扩张区，也包含有扩张区，也包含有扩张区，也包含有扩张区C C C C。第35页，本讲稿共45页 晶粒内部位向差小于晶粒内部位向差小于晶粒内部位向差小于晶粒内部位向差小于2222的亚结构，也称亚晶粒，亚的亚结构，也称亚晶粒，亚的亚结构，也称亚晶粒，亚的亚结构，也称亚晶粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界晶之间的界面，称为亚晶界晶之间的界面，称为亚晶界晶之间的界面，称为亚晶界。通常由通常由通常由通常由位错位错位错位错构成，构成，构成，构成，为小角度晶界。为小角度晶界。