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1、第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷线缺陷：线缺陷：在三维空间的一个方向上的尺寸很大在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级晶粒数量级)，另，另外两个方向上的尺寸很小外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小原子尺寸大小)的晶体缺陷。的晶体缺陷。意义：意义：对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。1第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷位错模型的提出及背景？位错模型的提出及背景？完整晶体塑性变形完整晶体塑性变形刚性滑移模型刚性滑移模型金属晶体的理论强金
2、属晶体的理论强度度理论强度理论强度比实测强度高出几个数量级比实测强度高出几个数量级晶体缺陷的设想晶体缺陷的设想线缺陷（位错）的模型线缺陷（位错）的模型以以位错滑移模型位错滑移模型计算出的晶体计算出的晶体强度，与实测值基本相符。强度，与实测值基本相符。3.2 位错 2第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷Stress Required to Shear a Crystal3.2 位错 3第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷3.2 位错 4第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷大事记：大事记：1926年，弗兰克尔发现理论晶体模型刚性切变强度与与实测临界年，弗兰克尔发现理论晶体模型刚性切变强度与与
3、实测临界切应力的巨大差异（切应力的巨大差异（24个数量级）。个数量级）。1934年，泰勒、波朗依、奥罗万几乎同时提出位错的概念。年，泰勒、波朗依、奥罗万几乎同时提出位错的概念。1939年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位错。年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位错。1947年，柯垂耳提出溶质原子与位错的交互作用。年，柯垂耳提出溶质原子与位错的交互作用。1950年，弗兰克和瑞德同时提出位错增殖机制。之后，用年，弗兰克和瑞德同时提出位错增殖机制。之后，用TEM直直接观察到了晶体中的位错。接观察到了晶体中的位错。3.2 位错 5第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷3.2 位错 6第 三 章金属学原理金属学原理晶
4、体缺陷3.2 位错 7第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷Dislocations in metals.(a)Titanium.(Courtesy of B.K.Kad.)(b)Silicon.Dislocation in Metals3.2 位错 8第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷3.2.1 3.2.1 位错的分类位错的分类从位错的几何结构：刃位错和螺旋位错。1、刃位错(Edge dislocation)位错线位错线 EF滑移面滑移面ABCD9第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷ZnO中的中的刃位错刃位错3.2.1 位错的基本类型 10第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷3.2.
5、1 位错的基本类型 11第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷刃位错(Edge dislocation)的滑移3.2.1 位错的基本类型 12第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷1 1、表示方法、表示方法:正负之分正负之分 2 2、位错线可以是、位错线可以是折线或曲线折线或曲线，但它必与滑移方向（矢量）相垂直，但它必与滑移方向（矢量）相垂直，也也垂直于滑移矢量垂直于滑移矢量；3 3、滑移面的唯一性：由、滑移面的唯一性：由位错线滑移矢量位错线滑移矢量确定；确定；4 4、受力情况。、受力情况。张应力区和压应力区张应力区和压应力区；5 5、畸变区能量大，而且是个狭长的、畸变区能量大，而且是个狭长的
6、通道（不一定是直线），通道（不一定是直线），作用作用范围范围几个原子间距。几个原子间距。刃位错的结构特点：刃位错的结构特点：3.2.1 位错的基本类型 13第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷2、螺旋位错、螺旋位错(Screw dislocation)螺位错示意图螺位错示意图3.2.1 位错的基本类型 14第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷螺旋位错的结构特点：1、无额外半原子面。2、螺型位错可分为右旋和左旋螺型位错。3、螺型位错线一定是直线，且位错线与晶体滑移方向相平行。4、纯螺型位错的滑移面不是唯一的。实际上，滑移通常是在那些原子密排面上进行。5、螺型位错线周围的点阵也发生了弹性畸变，
7、但是只有切应变而无只有切应变而无正应变正应变，即不会引起体积膨胀和收缩。6、螺型位错周围的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。3.2.1 位错的基本类型 15第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷3、混合位错、混合位错(Mixed dislocations)3.2.1 位错的基本类型 16第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷ScrewEdge This dislocation has both edge and screw character with a This dislocation has both edge and screw characte
8、r with a single Burgers vector consistent with the pure edge and pure single Burgers vector consistent with the pure edge and pure screw regions.screw regions.3.2.1 位错的基本类型 17第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷混合位错的结构特点：1 1、滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意、滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度。角度。2 2、混合位错线是一条曲线，可分解为刃型和螺型分量。、混合位错线是一条曲线，可分解为刃型和螺型分量。The plastic deformation of a crystal by the movement of a dislocation along a slip plane!3.2.1 位错的基本类型 18第 三 章金属学原理金属学原理晶体缺陷位错线位错线不能终止于晶体内部不能终止于晶体内部。在晶体内部，要么在晶体内部，要么自成环状回路（位错环）自成环状回路（位错环），要么与其他位错，要么与其他位错相交于节点相交于节点；要么穿过晶体；要么穿过晶体终止于晶界或晶体表面终止于晶界或晶体表面。3.2.1 位错的基本类型 19