第二節(jié)位錯的基本結構

1、第二節(jié)第二節(jié) 位錯的基本結構位錯的基本結構位錯位錯：晶體中某處一列或：晶體中某處一列或若干列原子若干列原子發(fā)生了發(fā)生了有規(guī)律的錯排現象有規(guī)律的錯排現象。錯排區(qū)的形狀錯排區(qū)的形狀：細長的：細長的管狀畸變區(qū)域管狀畸變區(qū)域。幾百幾萬個幾百幾萬個原子間距原子間距（25個個) 原子間距。原子間距。概念提出：概念提出：1934年。年。試驗觀察：試驗觀察：1956年。年。設備：透射電子顯微鏡。設備：透射電子顯微鏡。一、位錯的基本類型一、位錯的基本類型1、刃型位錯、刃型位錯：模型模型：產生產生：晶體：晶體局部滑移局部滑移產生。產生。ABCD：滑移面；：滑移面；EFGH：局部滑移產生的：局部滑移產生的多余半原子

2、面多余半原子面；EF：多余半原子面的：多余半原子面的“刃邊刃邊”，稱作，稱作“刃型位錯線刃型位錯線”，是已，是已滑移區(qū)滑移區(qū)(ABEF)與未滑移區(qū)與未滑移區(qū)(EFCD)在滑移面上的在滑移面上的邊界線邊界線，垂直于滑移方向垂直于滑移方向。刃型位錯線周圍的原子排列：刃型位錯線周圍的原子排列：位錯線周圍位錯線周圍：有：有 (25)個個原子間距的原子間距的點陣畸變點陣畸變；點陣畸；點陣畸變相對于多余半原子面左右對變相對于多余半原子面左右對稱。稱。含含有多余半原子面有多余半原子面的部分的部分晶體晶體受壓受壓，原子間距，原子間距減小減?。徊缓嘤喟朐用娌缓嘤喟朐用娴牟糠值牟糠志w晶體受拉受拉，原子間

3、距，原子間距增大增大；正、負刃位錯正、負刃位錯正刃型位錯正刃型位錯：用：用“”表示。表示。負刃型位錯負刃型位錯：用：用“”表示。表示。正、負刃位錯的劃分是相對的，但有用。正、負刃位錯的劃分是相對的，但有用。2、螺型位錯、螺型位錯位錯模型位錯模型：產生產生：晶體：晶體局部滑移局部滑移產生。產生。ABCD：滑移面；：滑移面；bb：螺型：螺型位錯線位錯線，也是已滑移區(qū)，也是已滑移區(qū)(AB bb)與未滑移區(qū)與未滑移區(qū)(bb CD)在滑移面上的邊界線，但在滑移面上的邊界線，但平行于滑移方向平行于滑移方向。螺型位錯線周圍的原子螺型位錯線周圍的原子在位錯線附近有一個約在位錯線附近有一個約幾個原子間距寬幾個原

4、子間距寬的，的，上、下層原子不吻合上、下層原子不吻合的的過渡區(qū)過渡區(qū)(bb和和aa之間之間) 。位錯線附近的原子位錯線附近的原子：按螺旋形按螺旋形排列排列。左、右螺型位錯左、右螺型位錯右螺旋位錯右螺旋位錯：符合右手法則符合右手法則的螺型位錯。的螺型位錯。左螺旋位錯左螺旋位錯：符合左手法則符合左手法則的螺型位錯。的螺型位錯。拇指：拇指：前進方向；前進方向；其余四指：其余四指：旋轉方向。旋轉方向。左、右螺型位錯左、右螺型位錯有著本質區(qū)別有著本質區(qū)別，無論將晶體如，無論將晶體如何放置，也不可能改變其原本的左、右性質。何放置，也不可能改變其原本的左、右性質。3、混合型位錯、混合型位錯混合位錯混合位錯：

5、位錯線與滑移位錯線與滑移方向方向成成任意角度任意角度的位錯的位錯?；旌衔诲e線是一條曲線，在混合位錯線是一條曲線，在A處是螺位錯處是螺位錯，在，在C處是刃型處是刃型位錯位錯，在，在A與與C之間之間的每一小段位錯線都的每一小段位錯線都可以分解為刃型和螺可以分解為刃型和螺型兩個分量型兩個分量?；旌衔诲e的分解混合位錯的分解二、柏氏矢量二、柏氏矢量1939年，年，柏格斯（柏格斯（J.M.Burgers）提出。提出。柏氏矢量柏氏矢量：用來：用來揭示位錯本質揭示位錯本質，描述位錯行為的矢量描述位錯行為的矢量。1、柏氏矢量的確定、柏氏矢量的確定用柏氏回路確定。用柏氏回路確定。1）人為規(guī)定位錯線）人為規(guī)定位錯線

6、的正方向。的正方向。2）在實際晶體中，）在實際晶體中，作柏氏回路，回路中的每作柏氏回路，回路中的每一步都連接相鄰的原子。一步都連接相鄰的原子。3）在完整晶體中，）在完整晶體中，按同樣的方向和步數作一按同樣的方向和步數作一個對比回路。從終點個對比回路。從終點Q到到始點始點M連接起來的矢量連接起來的矢量 ，即為柏氏矢量。即為柏氏矢量。b螺型位錯柏氏矢量的確定螺型位錯柏氏矢量的確定方法完全相同。方法完全相同。刃位錯的特征：刃位錯的特征：柏氏矢量與位錯線柏氏矢量與位錯線互相垂直互相垂直。刃型位錯都刃型位錯都有一多余半原子面有一多余半原子面，多余半原子面的，多余半原子面的周界（即周界（即刃型位錯線刃型位

7、錯線）可以是）可以是折線折線，也可以是，也可以是曲線曲線，但但都與柏氏矢量垂直都與柏氏矢量垂直，即垂直于于滑移方向。，即垂直于于滑移方向。螺位錯的特征：螺位錯的特征：柏氏矢量與位錯線柏氏矢量與位錯線互相平行?；ハ嗥叫?。螺型位錯無多余半原子面，螺型位錯無多余半原子面，原子錯排呈原子錯排呈螺旋形螺旋形；螺型位錯線螺型位錯線與柏氏矢量平行，故與柏氏矢量平行，故一一定是直線定是直線。2、柏氏矢量的物理意義、柏氏矢量的物理意義柏氏矢量柏氏矢量是一個是一個反映由位錯引起的反映由位錯引起的點陣畸變大小點陣畸變大小的物理量的物理量。矢量的矢量的方向方向：表示：表示位錯的性質位錯的性質與與位錯線的取向位錯線的取

8、向；矢量的矢量的模模 ：表示：表示畸變的程度畸變的程度，稱為，稱為位錯強度位錯強度。同一晶體中，同一晶體中， 大，位錯產生的點陣畸變大。大，位錯產生的點陣畸變大。位錯的許多性質都與柏氏矢量有關，如位錯的能位錯的許多性質都與柏氏矢量有關，如位錯的能量、應力場、位錯受力等。量、應力場、位錯受力等。b bb b3、柏氏矢量的特性、柏氏矢量的特性n守恒性守恒性：柏氏矢量與回路起點的選擇無關，也與回：柏氏矢量與回路起點的選擇無關，也與回路的具體途徑無關，只要是路的具體途徑無關，只要是饒著位錯一周饒著位錯一周，所得到，所得到的的柏氏矢量是恒定不變的柏氏矢量是恒定不變的。n一條位錯線具有唯一的柏氏矢量一條位

9、錯線具有唯一的柏氏矢量：即不管此位錯線：即不管此位錯線各處的形狀和位錯的類型如何，其各處的形狀和位錯的類型如何，其各部分的柏氏矢各部分的柏氏矢量都相同量都相同。n如果所作的如果所作的柏氏回路包含有幾個位錯柏氏回路包含有幾個位錯，則得出的，則得出的柏柏氏矢量是這幾個位錯柏氏矢量之總和氏矢量是這幾個位錯柏氏矢量之總和。 由柏氏矢量的特性得出的推論由柏氏矢量的特性得出的推論n如有幾個位錯相遇于一點如有幾個位錯相遇于一點（稱為位錯節(jié)點），朝向節(jié)（稱為位錯節(jié)點），朝向節(jié)點的各位錯的柏氏矢量之和，點的各位錯的柏氏矢量之和，等于離開節(jié)點的各位錯線的等于離開節(jié)點的各位錯線的柏氏矢量之和。柏氏矢量之和。n若所有

10、位錯線都指向（或離若所有位錯線都指向（或離開節(jié)點），則它們的柏氏矢開節(jié)點），則它們的柏氏矢量之和為零。量之和為零。n位錯線只能終止在晶體表面位錯線只能終止在晶體表面或晶界上或晶界上，而不能中斷于晶，而不能中斷于晶體內部。體內部。在晶內，它只能形在晶內，它只能形成封閉的環(huán)或與其它位錯相成封閉的環(huán)或與其它位錯相遇于節(jié)點，構成遇于節(jié)點，構成網絡網絡。4、柏氏矢量的表示方法、柏氏矢量的表示方法用用點陣矢量點陣矢量表示。表示。對立方晶系：用對立方晶系：用與柏氏矢量同向的晶向指數與柏氏矢量同向的晶向指數表示。表示。例：從例：從原點原點到坐標值為到坐標值為 的陣點的陣點柏氏矢量柏氏矢量： ，矢量的，矢量的模

11、模： 。 三軸分量三軸分量簡單立方簡單立方，沿，沿X軸，從軸，從原點原點相鄰結點相鄰結點， ；a,0,0面心立方面心立方，從，從原點原點底心底心， ；體心立方體心立方，從，從原點原點體心體心， ； ， nwnvnu, uvwnab222wvunab 100 ab 1102ab 0 ,2,2aa 1112ab 2,2,2aaa 1112ab aab232121212 柏氏矢量的運算柏氏矢量的運算用用矢量加法進行運算：矢量加法進行運算：若若 ，則：，則：如如 ，則：，則： 2222,1111wvunabwvunab )21)(21)(21(21wwvvuunabbb 11262,11131abab

12、 11023306112622261126111321aaaaaabbb 5、根據、根據 與位錯線的關系，確定位錯的類型與位錯線的關系，確定位錯的類型可可滑移位錯，滑移位錯， 總是平行于滑移方向，故可根據總是平行于滑移方向，故可根據 與位錯線的與位錯線的關系，確定位錯的類型。關系，確定位錯的類型。(1) 位錯線，位錯線，刃型位錯刃型位錯。將。將 順時針旋轉順時針旋轉90，若，若 的方的方向與位錯線正向一致，正刃位錯；反之，則為負刃位錯。向與位錯線正向一致，正刃位錯；反之，則為負刃位錯。(2) 位錯線，位錯線，螺型位錯螺型位錯。 的方向與位錯線正方向一致，的方向與位錯線正方向一致，右螺型位錯；右

13、螺型位錯； 的方向與位錯線負方向一致的方向與位錯線負方向一致,左螺型位錯左螺型位錯.(3) 和位錯線和位錯線成任意角度成任意角度090，混合位錯混合位錯?；旌衔诲e可分解為刃型分量和螺型分量混合位錯可分解為刃型分量和螺型分量。bbbbbbbbbb cos,sinbsbbeb 位錯密度位錯密度：單位體積中所含：單位體積中所含位錯線的總長度位錯線的總長度。L位錯線總長度，位錯線總長度，V晶體體積。晶體體積。若把晶體中的位錯線視為直線，而且平行地從若把晶體中的位錯線視為直線，而且平行地從晶體的一端延伸到另一端，則晶體的一端延伸到另一端，則位錯密度位錯密度=穿過單位穿過單位截面積的位錯線的數目截面積的位

14、錯線的數目。A晶體的截面面積，晶體的截面面積，l每根位錯線的長度每根位錯線的長度(假假定即晶體厚度定即晶體厚度)，n過過A面積的位錯線數目。面積的位錯線數目。三、位錯密度三、位錯密度VLv AnAllns vs 的單位：的單位：m/m3=1/m2。充分退火金屬：充分退火金屬： =10101012/m2，劇烈冷變形金屬：劇烈冷變形金屬： =10151016/m2，超純單晶體超純單晶體 ： 107/m2。v v v v 晶體強度與位錯密度的關系晶體強度與位錯密度的關系 提高工程材料強度的兩條途徑提高工程材料強度的兩條途徑：(1)盡量減小位錯密度盡量減小位錯密度，如晶須（絲狀單晶體），如晶須（絲狀單晶體）(2)盡量增大位錯密度盡量增大位錯密度，如冷變形、淬火。，如冷變形、淬火。充分退火金屬充分退火金屬晶胞晶胞XYZabc晶格常數晶格常數a，b，c體心立方體心立方晶胞晶胞晶格常數晶格常數：a=b=ca=b=c； = = = = =90=90 晶胞原子數晶胞原子數：原子半徑原子半徑：配位數：配位數：8 8致密度致密度：0.