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1、其次节其次节 位错的基本结构位错的基本结构位错:晶体中某处一列或若干列原子发生了位错:晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。有规律的错排现象。错排区的形态:瘦长的管状畸变区域。错排区的形态:瘦长的管状畸变区域。几百几万个原子间距几百几万个原子间距(25个个)原子间距。原子间距。概念提出:概念提出:1934年。年。试验视察:试验视察:1956年。年。设备:透射电子显微镜。设备:透射电子显微镜。一、位错的基本类型一、位错的基本类型1、刃型位错、刃型位错:模型模型:产生产生:晶体:晶体局部滑移局部滑移产生。产生。ABCD:滑移面;:滑移面;EFGH:局部滑移产生的:局部滑移产生的多余半原
2、子面多余半原子面;EF:多余半原子面的:多余半原子面的“刃边刃边”,称作,称作“刃型位错线刃型位错线”,是已,是已滑移区滑移区(ABEF)与未滑移区与未滑移区(EFCD)在滑移面上的在滑移面上的边界线边界线,垂垂直于滑移方向直于滑移方向。刃型位错线四周的原子排列:刃型位错线四周的原子排列:位错线四周:有位错线四周:有(25)个个原子间距的点阵畸变;点阵畸原子间距的点阵畸变;点阵畸变相对于多余半原子面左右对变相对于多余半原子面左右对称。称。含有多余半原子面的部分含有多余半原子面的部分晶体受压,原子间距减小;晶体受压,原子间距减小;不含多余半原子面的部分不含多余半原子面的部分晶体受拉,原子间距增大
3、;晶体受拉,原子间距增大;正、负刃位错正、负刃位错正刃型位错正刃型位错:用:用“”表示。表示。负刃型位错负刃型位错:用:用“”表示。表示。正、负刃位错的划分是相对的,但有用。正、负刃位错的划分是相对的,但有用。2、螺型位错、螺型位错位错模型位错模型:产生产生:晶体:晶体局部滑移局部滑移产生。产生。ABCD:滑移面;:滑移面;bb:螺型:螺型位错线位错线,也是已滑移区,也是已滑移区(AB bb)与未滑移区与未滑移区(bb CD)在滑移面上的边界线,但在滑移面上的边界线,但平行于滑移方向平行于滑移方向。螺型位错线四周的原子螺型位错线四周的原子在位错线旁边有一个约几个原子间距宽的,在位错线旁边有一个
4、约几个原子间距宽的,上、下层原子不吻合的过渡区上、下层原子不吻合的过渡区(bb和和aa之间之间)。位错线旁边的原子:按螺旋形排列。位错线旁边的原子:按螺旋形排列。左、右螺型位错左、右螺型位错右螺旋位错:符合右手法则的螺型位错。右螺旋位错:符合右手法则的螺型位错。左螺旋位错:符合左手法则的螺型位错。左螺旋位错:符合左手法则的螺型位错。拇指:前进方向;其余四指:旋转方向。拇指:前进方向;其余四指:旋转方向。左、右螺型位错有着本质区分,无论将晶体如左、右螺型位错有着本质区分,无论将晶体如何放置,也不行能变更其原本的左、右性质。何放置,也不行能变更其原本的左、右性质。3、混合型位错、混合型位错混合位错
5、:位错线与滑移方向成随意角度的位错。混合位错:位错线与滑移方向成随意角度的位错。混合位错线是一条曲线,在混合位错线是一条曲线,在A处是螺位错,在处是螺位错,在C处是刃型处是刃型位错,在位错,在A与与C之间的每一小段位错线都可以分解为刃型和螺之间的每一小段位错线都可以分解为刃型和螺型两个重量。型两个重量。混合位错的分解混合位错的分解二、柏氏矢量二、柏氏矢量1939年,年,柏格斯()柏格斯()提出。提出。柏氏矢量柏氏矢量:用来:用来揭示位错本质揭示位错本质,描述位错行为的矢量描述位错行为的矢量。1、柏氏矢量的确定、柏氏矢量的确定用柏氏回路确定。用柏氏回路确定。1)人为规定位错线的)人为规定位错线的
6、正方向。正方向。2)在实际晶体中,作)在实际晶体中,作柏氏回路,回路中的每一柏氏回路,回路中的每一步都连接相邻的原子。步都连接相邻的原子。3)在完整晶体中,按)在完整晶体中,按同样的方向和步数作一个同样的方向和步数作一个对比回路。从终点对比回路。从终点Q到始到始点点M连接起来的矢量连接起来的矢量 ,即为柏氏矢量。即为柏氏矢量。螺型位错柏氏矢量的确定螺型位错柏氏矢量的确定方法完全相同。方法完全相同。刃位错的特征:刃位错的特征:柏氏矢量与位错线相互垂直。柏氏矢量与位错线相互垂直。刃型位错都有一多余半原子面,多余半原子面的刃型位错都有一多余半原子面,多余半原子面的周界(即刃型位错线)可以是折线,也可
7、以是曲线,周界(即刃型位错线)可以是折线,也可以是曲线,但都与柏氏矢量垂直,即垂直于于滑移方向。但都与柏氏矢量垂直,即垂直于于滑移方向。螺位错的特征:螺位错的特征:柏氏矢量与位错线相互平行。柏氏矢量与位错线相互平行。螺型位错无多余半原子面,原子错排呈螺螺型位错无多余半原子面,原子错排呈螺旋形;螺型位错线与柏氏矢量平行,故确定旋形;螺型位错线与柏氏矢量平行,故确定是直线。是直线。2、柏氏矢量的物理意义、柏氏矢量的物理意义柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。的物理量。矢量的方向:表示位错的性质与位错线的取向;矢量的方向:表示位错的性质与位错
8、线的取向;矢量的模矢量的模 :表示畸变的程度,称为位错强度。:表示畸变的程度,称为位错强度。同一晶体中,同一晶体中,大,位错产生的点阵畸变大。大,位错产生的点阵畸变大。位错的很多性质都与柏氏矢量有关,如位错的能位错的很多性质都与柏氏矢量有关,如位错的能量、应力场、位错受力等。量、应力场、位错受力等。3、柏氏矢量的特性、柏氏矢量的特性n守恒性:柏氏矢量与回路起点的选择无关,也与回守恒性:柏氏矢量与回路起点的选择无关,也与回路的具体途径无关,只要是饶着位错一周,所得到路的具体途径无关,只要是饶着位错一周,所得到的柏氏矢量是恒定不变的。的柏氏矢量是恒定不变的。n一条位错线具有唯一的柏氏矢量:即不管此
9、位错线一条位错线具有唯一的柏氏矢量:即不管此位错线各处的形态和位错的类型如何,其各部分的柏氏矢各处的形态和位错的类型如何,其各部分的柏氏矢量都相同。量都相同。n假如所作的柏氏回路包含有几个位错,则得出的柏假如所作的柏氏回路包含有几个位错,则得出的柏氏矢量是这几个位错柏氏矢量之总和。氏矢量是这几个位错柏氏矢量之总和。n 由柏氏矢量的特性得出的推论由柏氏矢量的特性得出的推论n如有几个位错相遇于一点如有几个位错相遇于一点(称为位错节点),朝向节(称为位错节点),朝向节点的各位错的柏氏矢量之和,点的各位错的柏氏矢量之和,等于离开节点的各位错线的等于离开节点的各位错线的柏氏矢量之和。柏氏矢量之和。n若全
10、部位错线都指向(或离若全部位错线都指向(或离开节点),则它们的柏氏矢开节点),则它们的柏氏矢量之和为零。量之和为零。n位错线只能终止在晶体表面位错线只能终止在晶体表面或晶界上,而不能中断于晶或晶界上,而不能中断于晶体内部。在晶内,它只能形体内部。在晶内,它只能形成封闭的环或与其它位错相成封闭的环或与其它位错相遇于节点,构成网络。遇于节点,构成网络。4、柏氏矢量的表示方法、柏氏矢量的表示方法用点阵矢量表示。用点阵矢量表示。对立方晶系:用与柏氏矢量同向的晶向指数表示。对立方晶系:用与柏氏矢量同向的晶向指数表示。例:从原点到坐标值为例:从原点到坐标值为 的阵点的阵点柏氏矢量:柏氏矢量:,矢量的模:,
11、矢量的模:。三轴重量三轴重量简洁立方,沿简洁立方,沿X轴,从原点轴,从原点相邻结点,相邻结点,;a,0,0面心立方,从原点面心立方,从原点底心,底心,;体心立方,从原点体心立方,从原点体心,体心,;,柏氏矢量的运算柏氏矢量的运算用矢量加法进行运算:用矢量加法进行运算:若若 ,则:,则:如如 ,则:,则:5、依据、依据 与位错线的关系,确定位错的类型与位错线的关系,确定位错的类型可滑移位错,可滑移位错,总是平行于滑移方向,故可依据总是平行于滑移方向,故可依据 与位错线的与位错线的关系,确定位错的类型。关系,确定位错的类型。(1)位错线,刃型位错。将位错线,刃型位错。将 顺时针旋转顺时针旋转90,
12、若,若 的方的方向与位错线正向一样,正刃位错;反之,则为负刃位错。向与位错线正向一样,正刃位错;反之,则为负刃位错。(2)位错线,螺型位错。位错线,螺型位错。的方向与位错线正方向一样,的方向与位错线正方向一样,右螺型位错;右螺型位错;的方向与位错线负方向一样的方向与位错线负方向一样,左螺型位错左螺型位错.(3)和位错线成随意角度和位错线成随意角度090,混合位错。,混合位错。混合位错可分解为刃型重量和螺型重量。混合位错可分解为刃型重量和螺型重量。位错密度:单位体积中所含位错线的总长度。位错密度:单位体积中所含位错线的总长度。L位错线总长度,位错线总长度,V晶体体积。晶体体积。若把晶体中的位错线
13、视为直线,而且平行地从晶若把晶体中的位错线视为直线,而且平行地从晶体的一端延长到另一端,则位错密度体的一端延长到另一端,则位错密度=穿过单位截面穿过单位截面积的位错线的数目。积的位错线的数目。A晶体的截面面积,晶体的截面面积,l每根位错线的长度每根位错线的长度(假假定即晶体厚度定即晶体厚度),n过过A面积的位错线数目。面积的位错线数目。三、位错密度三、位错密度 的单位:的单位:m/m3=1/m2。充分退火金属:充分退火金属:=10101012/m2,猛烈冷变形金属:猛烈冷变形金属:=10151016/m2,超纯单晶体超纯单晶体:107/m2。晶体强度与位错密度的关系晶体强度与位错密度的关系 提
14、高工程材料强度的两条途径提高工程材料强度的两条途径:(1)尽量减小位错密度尽量减小位错密度,如晶须(丝状单晶体),如晶须(丝状单晶体)(2)尽量增大位错密度尽量增大位错密度,如冷变形、淬火。,如冷变形、淬火。充分退火金属充分退火金属晶胞晶胞XYZabc晶格常数晶格常数a,b,c体心立方体心立方晶胞晶胞晶格常数晶格常数:a=b=ca=b=c;=90=90 晶胞原子数晶胞原子数:原子半径原子半径:配位数:配位数:8 8致密度致密度:0.680.68XYZabc2r2raa面心立方面心立方晶胞晶胞晶格常数:晶格常数:a=b=ca=b=c;=90=90 晶胞原子数:晶胞原子数:原子半径:原子半径:配位数配位数:1212致密度:致密度:0.740.74XYZabc密排方向