第五章 線缺陷

1、第五章第五章 線、面和體缺陷線、面和體缺陷線缺陷線缺陷位錯位錯第一節(jié)形變單晶的切變強度第一節(jié)形變單晶的切變強度發(fā)生在高密度面和密排方向上需要的切應力發(fā)生在高密度面和密排方向上需要的切應力要達到臨界值要達到臨界值 分切應力的大小為： 圖 理想晶體的滑移模型和刃型位錯的滑移過程圖 刃型位錯與螺型位錯u2.位錯的基本類型位錯的基本類型u位錯可分為刃性位錯和螺型位錯。位錯可分為刃性位錯和螺型位錯。u刃型位錯的特點：刃型位錯的特點：u1)1)刃型位錯有一個額外的半原子面。其實正、負之分只具刃型位錯有一個額外的半原子面。其實正、負之分只具相對意義而無本質(zhì)的區(qū)別。相對意義而無本質(zhì)的區(qū)別。u2)2)刃型位錯線

2、可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界刃型位錯線可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線線。它不一定是直線，也可以是折線或曲線，但它必與滑移。它不一定是直線，也可以是折線或曲線，但它必與滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。方向相垂直，也垂直于滑移矢量。圖 不同形狀的刃型位錯u3)3)滑移面必定是同時包含有位錯線和滑移矢量的平面，在滑移面必定是同時包含有位錯線和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于在刃型位錯中，位錯線與滑移矢量其他面上不能滑移。由于在刃型位錯中，位錯線與滑移矢量互相垂直，因此，由它們所構成的平面只有一個?；ハ啻怪?，因此，由它們所構成的平面只有一個。4)晶體中存在刃型位錯之后，位

3、錯周圍的點陣發(fā)生彈性畸變，晶體中存在刃型位錯之后，位錯周圍的點陣發(fā)生彈性畸變，既有切應變，又有正應變。就正刃型位錯而言，滑移面上方點既有切應變，又有正應變。就正刃型位錯而言，滑移面上方點陣受到壓應力，下方點陣受到拉應力：負刃型位錯與此相反。陣受到壓應力，下方點陣受到拉應力：負刃型位錯與此相反。5)在位錯線周圍的過渡區(qū)（畸變區(qū)）每個原子具有較大的平均在位錯線周圍的過渡區(qū)（畸變區(qū)）每個原子具有較大的平均能量。但該區(qū)只有幾個原子間距寬，畸變區(qū)是狹長的管道，所能量。但該區(qū)只有幾個原子間距寬，畸變區(qū)是狹長的管道，所以刃型位錯是線缺陷。以刃型位錯是線缺陷。（a）立體圖； （b）頂視圖圖 螺型位錯的原子組態(tài)

4、u（2 2）螺型位錯）螺型位錯圖 螺型位錯原子模型及其形成示意u螺型位錯的結構特征螺型位錯的結構特征 u無額外的半原子面，原子錯排程軸對稱，分右旋和左旋螺無額外的半原子面，原子錯排程軸對稱，分右旋和左旋螺型位錯；型位錯；u一定是直線，與滑移矢量平行，位錯線移動方向與晶體滑一定是直線，與滑移矢量平行，位錯線移動方向與晶體滑移方向垂直；移方向垂直；u滑移面不是唯一的，包含螺型位錯線的平面都可以作為它滑移面不是唯一的，包含螺型位錯線的平面都可以作為它的滑移面；的滑移面；u位錯周圍點陣也發(fā)生彈性畸變，但只有平行于位錯線的切位錯周圍點陣也發(fā)生彈性畸變，但只有平行于位錯線的切應變而無正應變，即不引起體積的

5、膨脹和收縮；應變而無正應變，即不引起體積的膨脹和收縮；u位錯畸變區(qū)也是幾個原子間距寬度，同樣是線位錯。位錯畸變區(qū)也是幾個原子間距寬度，同樣是線位錯。u3.柏氏矢量柏氏矢量u（1 1）柏氏矢量的確定方法）柏氏矢量的確定方法u先確定位錯線的方向先確定位錯線的方向( (一般規(guī)定位錯線垂直紙面時，由紙一般規(guī)定位錯線垂直紙面時，由紙面向外為正向面向外為正向) )，按右手法則做柏氏回路，右手大拇指指位，按右手法則做柏氏回路，右手大拇指指位錯線正向，回路方向按右手螺旋方向確定。錯線正向，回路方向按右手螺旋方向確定。u從實際晶體中任一原子出發(fā)，避開位錯附近的嚴重畸變區(qū)從實際晶體中任一原子出發(fā)，避開位錯附近的嚴

6、重畸變區(qū)作一閉合回路，回路每一步連接相鄰原子。按同樣方法在完作一閉合回路，回路每一步連接相鄰原子。按同樣方法在完整晶體中做同樣回路，步數(shù)、方向與上述回路一致，這時終整晶體中做同樣回路，步數(shù)、方向與上述回路一致，這時終點和起點不重合，由終點到起點引一矢量即為柏氏矢量點和起點不重合，由終點到起點引一矢量即為柏氏矢量b b。圖 刃型位錯柏氏矢量的確定u（2 2）柏氏矢量的物理意義及特征）柏氏矢量的物理意義及特征u物理意義：物理意義：u代表位錯，并表示其特征（強度、畸變量）；表示晶體滑代表位錯，并表示其特征（強度、畸變量）；表示晶體滑移的方向和大小。移的方向和大小。 u反映出柏氏回路包含的位錯所引起點

7、陣畸變的總積累。反映出柏氏回路包含的位錯所引起點陣畸變的總積累。u通常將柏氏矢量稱為位錯強度，該矢量的模通常將柏氏矢量稱為位錯強度，該矢量的模|b|b|表示了畸表示了畸變的程度，稱為位錯的強度。變的程度，稱為位錯的強度。u位錯的許多性質(zhì)如位錯的能量，所受的力，應力場，位錯位錯的許多性質(zhì)如位錯的能量，所受的力，應力場，位錯反應等均與其有關。它也表示出晶體滑移時原子移動的大小反應等均與其有關。它也表示出晶體滑移時原子移動的大小和方向。和方向。u柏氏矢量的特征柏氏矢量的特征u用柏氏矢量可判斷位錯的類型。用柏氏矢量可判斷位錯的類型。u用柏氏矢量可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯運動導用柏氏矢量可以表示

8、晶體滑移的方向和大小。位錯運動導致晶體滑移時，滑移量大小即柏氏矢量致晶體滑移時，滑移量大小即柏氏矢量b b，滑移方向即為柏，滑移方向即為柏氏矢量的方向。氏矢量的方向。 u一條位錯線具有唯一的柏氏矢量。一條位錯線具有唯一的柏氏矢量。若位錯可分解，則分解若位錯可分解，則分解后各分位錯的柏氏矢量之和等于原位錯的柏氏矢量。后各分位錯的柏氏矢量之和等于原位錯的柏氏矢量。u位錯具有連續(xù)性，不能中斷于晶體內(nèi)部。其存在形態(tài)可形位錯具有連續(xù)性，不能中斷于晶體內(nèi)部。其存在形態(tài)可形成一個閉合的位錯環(huán)，或連接于其他位錯，或終止在晶界，成一個閉合的位錯環(huán)，或連接于其他位錯，或終止在晶界，或露頭于晶體表面?；蚵额^于晶體表

9、面。圖 三種類型位錯的矢量圖解法 u（3 3）混合位錯）混合位錯u晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯線）既不平晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯線）既不平行也不垂直于滑移方向，即滑移矢量與位錯線成任意角度，行也不垂直于滑移方向，即滑移矢量與位錯線成任意角度，這種晶體缺陷稱為混合型位錯這種晶體缺陷稱為混合型位錯。u混合型位錯可分解為刃型位錯分量和螺型位錯分量?；旌闲臀诲e可分解為刃型位錯分量和螺型位錯分量。圖 晶體局部滑移形成混合位錯圖 混合位錯的原子組態(tài)u（4 4）柏氏矢量的表示方法）柏氏矢量的表示方法u柏矢量對于柏矢量柏矢量對于柏矢量b b沿晶向沿晶向uvw的位錯的位錯u柏矢量的模

10、柏矢量的模的計算就是矢量模的計算，同第柏矢量的模柏矢量的模的計算就是矢量模的計算，同第一章中介紹的晶向長度計算。對于立方晶系：一章中介紹的晶向長度計算。對于立方晶系：u位錯的加法按照矢量加法規(guī)則進行。位錯的加法按照矢量加法規(guī)則進行。 v4.4.位錯密度位錯密度v晶體中所含位錯的多少可用位錯密度來表示。位錯密度晶體中所含位錯的多少可用位錯密度來表示。位錯密度定義為單位體積晶體中所含位錯線的總長度，其表達式為定義為單位體積晶體中所含位錯線的總長度，其表達式為v若為了簡便起見，可把晶體中的位錯線視為一些直線，若為了簡便起見，可把晶體中的位錯線視為一些直線，而且是平行地從晶體的一端延伸到另一端，于是位

11、錯密度而且是平行地從晶體的一端延伸到另一端，于是位錯密度就可被視為垂直于位錯線的單位截面中所穿過的位錯線數(shù)就可被視為垂直于位錯線的單位截面中所穿過的位錯線數(shù)目，即目，即)/(3cmcmVS)/1 (2cmAnAlln圖 晶體位錯密度和強度關系示意圖u1.1.位錯的滑移位錯的滑移u位錯沿滑移面的移動稱為滑移。位錯沿滑移面的移動稱為滑移。圖 位錯的滑移2.1.1 線缺陷的類型及形成線缺陷的類型及形成（a）正刃型位錯 （b）負刃型位錯 圖 刃位錯的滑移 u當一個刃型位錯沿滑移面滑過整個晶體，就會在晶體表面當一個刃型位錯沿滑移面滑過整個晶體，就會在晶體表面產(chǎn)生寬度為一個柏氏矢量產(chǎn)生寬度為一個柏氏矢量b

12、 b的臺階，造成晶體的塑性變形。的臺階，造成晶體的塑性變形。u在滑移時，刃型位錯的移動方向一定是與位錯線相垂直，在滑移時，刃型位錯的移動方向一定是與位錯線相垂直，即與其柏氏矢量相一致。即與其柏氏矢量相一致。u位錯線沿著滑移面移動時，它所掃過的區(qū)域是已滑移區(qū)，位錯線沿著滑移面移動時，它所掃過的區(qū)域是已滑移區(qū)，而位錯線未掃過的區(qū)域為示滑移區(qū)。而位錯線未掃過的區(qū)域為示滑移區(qū)。圖 刃型位錯滑移導致晶體塑性變形的過程（a）原始位置； （b）位錯向左移動一個原子間距圖 螺型位錯滑移 圖 螺型位錯滑移導致晶體塑性變形的過程u在切應力作用下，螺型位錯的移動方向是與其柏氏矢量相在切應力作用下，螺型位錯的移動方向

13、是與其柏氏矢量相垂直。對于螺型位錯，由于位錯線與柏氏矢量平行，所以它垂直。對于螺型位錯，由于位錯線與柏氏矢量平行，所以它不象刃型位錯那樣具有確定的滑移面，而可在通過位錯線的不象刃型位錯那樣具有確定的滑移面，而可在通過位錯線的任何原子平面上滑移。如果螺型位錯在某一滑移面滑移后轉(zhuǎn)任何原子平面上滑移。如果螺型位錯在某一滑移面滑移后轉(zhuǎn)到另一通過位錯線的臨近滑移面上滑移的現(xiàn)象稱為交滑移。到另一通過位錯線的臨近滑移面上滑移的現(xiàn)象稱為交滑移。圖 螺位錯的交滑移圖 刃型位錯與螺型位錯u由于混合位錯可以分解為刃型和螺型兩部分，因此，不難由于混合位錯可以分解為刃型和螺型兩部分，因此，不難理解，混合位錯在切應力作用

14、下，也是沿其各線段的法線方理解，混合位錯在切應力作用下，也是沿其各線段的法線方向滑移，并同樣可使晶體產(chǎn)生與其柏氏矢量相等的滑移量。向滑移，并同樣可使晶體產(chǎn)生與其柏氏矢量相等的滑移量。（a）位錯環(huán) （b）位錯環(huán)運動后產(chǎn)生的滑移圖 位錯環(huán)的滑移u2.2.位錯的攀移位錯的攀移u刃型位錯除了可以在滑移面上滑移外，還可垂直于滑移刃型位錯除了可以在滑移面上滑移外，還可垂直于滑移面發(fā)生攀移。面發(fā)生攀移。u當半原子面下端的原子跳離，即空位遷移到半原子面下當半原子面下端的原子跳離，即空位遷移到半原子面下端時，半原子面將縮短，表現(xiàn)為位錯向上移動，這種移動端時，半原子面將縮短，表現(xiàn)為位錯向上移動，這種移動叫做正攀移

15、。反之叫做負攀移。叫做正攀移。反之叫做負攀移。u位錯攀移時伴隨著物質(zhì)的遷移，需要擴散才能實現(xiàn)。因位錯攀移時伴隨著物質(zhì)的遷移，需要擴散才能實現(xiàn)。因為攀移需要原子擴散，所以較之滑移所需的能量更大。對為攀移需要原子擴散，所以較之滑移所需的能量更大。對于大多數(shù)金屬，這種運動在室溫下很難進行。因此，位錯于大多數(shù)金屬，這種運動在室溫下很難進行。因此，位錯攀移時需要熱激活，也就是比滑移需要更大的能量。攀移時需要熱激活，也就是比滑移需要更大的能量。u通常稱攀移為通常稱攀移為“非守恒運動非守恒運動”，滑移則稱為，滑移則稱為“守恒運守恒運動動”。圖 位錯的攀移u3.3.位錯運動的交割位錯運動的交割u對于在滑移面上

16、運動的位錯來說，穿過此滑移面的其它位對于在滑移面上運動的位錯來說，穿過此滑移面的其它位錯稱為林位錯。林位錯會阻礙位錯的運動，但是若應力足夠錯稱為林位錯。林位錯會阻礙位錯的運動，但是若應力足夠大，滑動的位錯將切過林位錯繼續(xù)前進。位錯互相切割的過大，滑動的位錯將切過林位錯繼續(xù)前進。位錯互相切割的過程稱為位錯交割或位錯交截。程稱為位錯交割或位錯交截。u一般情況下，兩個位錯交割時，每個位錯上都要新產(chǎn)生一一般情況下，兩個位錯交割時，每個位錯上都要新產(chǎn)生一小段位錯，它們的柏氏矢量與攜帶它們的位錯相同，它們的小段位錯，它們的柏氏矢量與攜帶它們的位錯相同，它們的大小與方向決定于另一位錯的柏氏矢量。大小與方向決

17、定于另一位錯的柏氏矢量。u當交割產(chǎn)生的小段位錯不在所屬位錯的滑移面上時，則成當交割產(chǎn)生的小段位錯不在所屬位錯的滑移面上時，則成為位錯割階，如果小段位錯位于所屬位錯的滑移面上，則相為位錯割階，如果小段位錯位于所屬位錯的滑移面上，則相當于位錯扭折。當于位錯扭折。u(1) 兩個柏氏矢量互相平行的刃型位錯交割兩個柏氏矢量互相平行的刃型位錯交割圖 兩個柏氏矢量互相平行刃型位錯交割位錯扭折螺型位錯位錯扭折螺型位錯u(2) 兩個柏氏矢量互相垂直的刃型位錯交割兩個柏氏矢量互相垂直的刃型位錯交割圖 兩個柏氏矢量互相垂直刃型位錯交割位錯割階刃型位錯兩根互相垂直的刃型位錯的交割（柏氏矢量互相平行）兩根互相垂直的刃型

18、位錯的交割（柏氏矢量互相垂直）u(3) 刃型位錯與螺型位錯的交割刃型位錯與螺型位錯的交割圖 刃型位錯與螺型位錯的交割位錯割階刃型位錯位錯扭折刃型位錯u(4) 螺型位錯與螺型位錯的交割螺型位錯與螺型位錯的交割圖 螺型位錯與螺型位錯的交割位錯割階刃型位錯位錯扭折刃型位錯圖 刃型位錯與螺型位錯的交割思考題思考題v怎樣判斷位錯線的移動方向？怎樣判斷位錯線的移動方向？拇指拇指順著柏氏矢量方向順著柏氏矢量方向移動的部分晶體移動的部分晶體食指食指位錯線的方向位錯線的方向中指中指位錯線運動方向位錯線運動方向u實際晶體結構中，位錯的柏氏矢量不能是任意的，它要符實際晶體結構中，位錯的柏氏矢量不能是任意的，它要符合

19、晶體的結構條件和能量條件。合晶體的結構條件和能量條件。u晶體結構條件是指柏氏矢量必須連接一個原子平衡位置到晶體結構條件是指柏氏矢量必須連接一個原子平衡位置到另一平衡位置。另一平衡位置。u在某一種晶體結構中，力學平衡位置很多，故柏氏矢量可在某一種晶體結構中，力學平衡位置很多，故柏氏矢量可取很多；但從能量條件看，由于位錯能量正比于取很多；但從能量條件看，由于位錯能量正比于b b2 2，柏氏矢，柏氏矢量量b b越小越好。越小越好。 u正因為正因為b b既要符合結構條件又要符合能量條件，因而實際既要符合結構條件又要符合能量條件，因而實際晶體中存在的位錯的柏氏矢量限于少數(shù)最短的點陣矢量。晶體中存在的位錯

20、的柏氏矢量限于少數(shù)最短的點陣矢量。 2.2.4 實際晶體中的位錯實際晶體中的位錯3密排六方4體心立方6面心立方3簡單立方數(shù)量|b|方向柏氏矢量結構類型u1.1.實際晶體結構中的單位位錯實際晶體結構中的單位位錯u2.2.不全位錯不全位錯u柏氏矢量等于點陣矢量或其整數(shù)倍的位錯稱為柏氏矢量等于點陣矢量或其整數(shù)倍的位錯稱為“全位全位錯錯” ” ，其中柏氏矢量等于單位點陣矢量的位錯稱為，其中柏氏矢量等于單位點陣矢量的位錯稱為“單位單位位錯位錯”，故全位錯滑移后晶體原子排列不變。，故全位錯滑移后晶體原子排列不變。u把柏氏矢量不等于點陣矢量整數(shù)倍的位錯稱為把柏氏矢量不等于點陣矢量整數(shù)倍的位錯稱為“不全位不全

21、位錯錯” ” ，其中柏氏矢量小于點陣矢量的位錯稱為，其中柏氏矢量小于點陣矢量的位錯稱為“部分位部分位錯錯”。u不全位錯一般表現(xiàn)為晶體原子堆垛層錯區(qū)與無層錯區(qū)的邊不全位錯一般表現(xiàn)為晶體原子堆垛層錯區(qū)與無層錯區(qū)的邊界線，其滑移后原子排列發(fā)生變化。界線，其滑移后原子排列發(fā)生變化。圖 fcc中全位錯滑移時原子的滑動路徑v如果上面動畫中的如果上面動畫中的B B層原子有一部分只滑移了第一步，層原子有一部分只滑移了第一步， 這這樣在滑移了一次的區(qū)域和未滑移區(qū)域的邊界樣在滑移了一次的區(qū)域和未滑移區(qū)域的邊界M M處就形成了一處就形成了一個柏氏矢量小于滑移方向上原子間距的分位錯，稱其為肖克個柏氏矢量小于滑移方向上

22、原子間距的分位錯，稱其為肖克萊不全位錯。萊不全位錯。v根據(jù)其柏氏矢量與位錯線的角度關系可以是純?nèi)行?，純螺根?jù)其柏氏矢量與位錯線的角度關系可以是純?nèi)行停兟菪突蚧旌闲偷?。型或混合型的。圖 肖克萊不全位錯圖 刃型肖克萊不全位錯在（110）面上的投影 （a） （b）圖 肖克萊部分位錯及其的柏氏矢量 u肖克萊不全位錯有以下的特點：肖克萊不全位錯有以下的特點：u(1)(1)位于孿生面上，柏氏矢量沿孿生方向，且小于孿生方位于孿生面上，柏氏矢量沿孿生方向，且小于孿生方向上的原子間距。向上的原子間距。 u(2)(2)不僅是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，而且是有層錯區(qū)不僅是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，而且是有層錯區(qū)和

23、無層錯區(qū)的邊界。和無層錯區(qū)的邊界。u(3)(3)可以是刃型、螺型或混合型?？梢允侨行?、螺型或混合型。u(4)(4)即使是刃型肖克萊不全位錯也只能滑移，不能攀移，即使是刃型肖克萊不全位錯也只能滑移，不能攀移，因為滑移面上部原子的擴散不會導致層錯消失。因為滑移面上部原子的擴散不會導致層錯消失。u(6)(6)即使是螺型肖克萊不全位錯也不能交滑移，因為螺型即使是螺型肖克萊不全位錯也不能交滑移，因為螺型肖克萊不全位錯是沿肖克萊不全位錯是沿112112方向，而不是沿兩個方向，而不是沿兩個111111面的面的交線交線110110方向，故它不可能交滑移。方向，故它不可能交滑移。（a）面心立方結構（b）面心立方

24、晶胞（c）密排六方結構面心立方結構、密排六方結構密排面原子堆垛示意圖（a）面心立方結構； （b）密排六方結構圖 密排面的堆垛順序 a）抽出型； （b）插入型圖 面心立方結構的堆垛層錯 圖 正弗蘭克不全位錯的形成 圖 正弗蘭克不全位錯的形成u弗蘭克不全位錯有以下的特點弗蘭克不全位錯有以下的特點u(1)位于位于111面上，可以是任何形狀，包括直線、曲線和面上，可以是任何形狀，包括直線、曲線和封閉環(huán)（稱為弗蘭克位錯環(huán)）。但無論是什么形狀，它總是封閉環(huán)（稱為弗蘭克位錯環(huán)）。但無論是什么形狀，它總是刃型的，因為刃型的，因為b和和111面垂直。面垂直。u(2)由于由于b不是不是fcc晶體的滑移方向，故弗蘭

25、克不全位錯不能晶體的滑移方向，故弗蘭克不全位錯不能滑移、只能攀移。這種不可能滑移的位錯便稱為固定位錯，滑移、只能攀移。這種不可能滑移的位錯便稱為固定位錯，而肖克萊不全位錯則是可滑位錯。而肖克萊不全位錯則是可滑位錯。u3.3.位錯反應位錯反應u位錯之間相互轉(zhuǎn)換位錯之間相互轉(zhuǎn)換( (即柏氏矢量的合成與分解即柏氏矢量的合成與分解) )稱為位錯稱為位錯反應。反應。u位錯反應能否進行取決于兩個條件：位錯反應能否進行取決于兩個條件：u（1 1）必須滿足幾何條件即柏氏矢量的守恒性；）必須滿足幾何條件即柏氏矢量的守恒性；u（2 2）必須滿足能量條件，反應后諸位錯的總能量小于反）必須滿足能量條件，反應后諸位錯的

26、總能量小于反應前諸位錯的總能量。應前諸位錯的總能量。后前bb22后前bb思考題思考題u判定下列位錯反應能否進行？若能進行，試在晶胞上作出判定下列位錯反應能否進行？若能進行，試在晶胞上作出矢量圖。矢量圖。111211161123) 3(211611261102)2(00111121112) 1 (aaaaaaaaa圖 fcc晶體中擴展位錯的結構u4.4.擴展位錯擴展位錯v擴展位錯：擴展位錯：v在面心立方晶體中，能量最低的全位錯是處在在面心立方晶體中，能量最低的全位錯是處在111111面上的面上的柏氏矢量為柏氏矢量為 的單位位錯。的單位位錯。v它可以分解為兩個肖克萊不全位錯：它可以分解為兩個肖克萊

27、不全位錯：v由于這兩個不全位錯位于同一滑移面上，彼此同號且其柏由于這兩個不全位錯位于同一滑移面上，彼此同號且其柏氏矢量的夾角氏矢量的夾角為為6060o o9090o o，故它們必然相互排斥并分開，其，故它們必然相互排斥并分開，其間夾著一片堆垛層錯區(qū)，直到層錯的表面張力間夾著一片堆垛層錯區(qū)，直到層錯的表面張力( (等于層錯能等于層錯能) )和不全位錯的斥力相平衡時，不全位錯的運動才停止，形成和不全位錯的斥力相平衡時，不全位錯的運動才停止，形成穩(wěn)定的位錯組態(tài)。這種兩個不全位錯夾一片層錯的整個位錯穩(wěn)定的位錯組態(tài)。這種兩個不全位錯夾一片層錯的整個位錯組態(tài)稱為擴展位錯。組態(tài)稱為擴展位錯。u5.5.位錯的

28、增殖位錯的增殖圖 FR源動作過程v弗蘭克弗蘭克- -瑞德瑞德(Frank-Read)(Frank-Read)位錯源位錯源v刃型位錯的兩端被位錯網(wǎng)點釘住不能運動。若沿柏氏矢量刃型位錯的兩端被位錯網(wǎng)點釘住不能運動。若沿柏氏矢量b b方向施加一切應力，使位錯沿滑移面向前滑移運動。方向施加一切應力，使位錯沿滑移面向前滑移運動。v作用于位錯線上的力作用于位錯線上的力, ,總是與位錯線本身垂直，所以彎曲總是與位錯線本身垂直，所以彎曲后的位錯每一小段繼續(xù)沿它的法線方向向外擴展，其兩端則后的位錯每一小段繼續(xù)沿它的法線方向向外擴展，其兩端則分別繞節(jié)點分別繞節(jié)點A A，B B發(fā)生回轉(zhuǎn)。發(fā)生回轉(zhuǎn)。v當兩端彎出來的線

29、段相互靠近時，由于該兩線段平行于柏當兩端彎出來的線段相互靠近時，由于該兩線段平行于柏氏矢量氏矢量b b，但位錯線方向卻相反，分別屬于左螺和右螺位錯，但位錯線方向卻相反，分別屬于左螺和右螺位錯，因此會互相抵消，形成一閉合的位錯環(huán)以及位錯環(huán)內(nèi)的一，因此會互相抵消，形成一閉合的位錯環(huán)以及位錯環(huán)內(nèi)的一小段彎曲位錯線。小段彎曲位錯線。第三節(jié)第三節(jié) 面缺陷面缺陷v面缺陷的定義面缺陷的定義v面缺陷：在兩個方向上尺寸很大，在一個方向上尺寸很小面缺陷：在兩個方向上尺寸很大，在一個方向上尺寸很小的缺陷。的缺陷。 v面缺陷的類型面缺陷的類型v金屬中常見的面缺陷有表面、晶界、亞晶界和相界。金屬中常見的面缺陷有表面、晶

30、界、亞晶界和相界。v 從原子結合的角度看，表面原子的結合鍵數(shù)也減少，因從原子結合的角度看，表面原子的結合鍵數(shù)也減少，因此表面原子有強烈的傾向與環(huán)境中的原子或分子相互作用。此表面原子有強烈的傾向與環(huán)境中的原子或分子相互作用。v晶體表層原子在不均勻力場作用下會偏離其平衡位置而移晶體表層原子在不均勻力場作用下會偏離其平衡位置而移向晶體內(nèi)部，但是正、負離子向晶體內(nèi)部，但是正、負離子( (或正、負電荷或正、負電荷) )偏離的程度不偏離的程度不同，結果在晶體表面產(chǎn)生了雙電層。同，結果在晶體表面產(chǎn)生了雙電層。圖 離子晶體表面的雙電層2.3.1 外表面外表面u晶體內(nèi)部的原子處于其他原子的包圍中，處于均勻的力場

31、晶體內(nèi)部的原子處于其他原子的包圍中，處于均勻的力場中，總合力為零，處于能量最低的狀態(tài)。而表面原子卻不同中，總合力為零，處于能量最低的狀態(tài)。而表面原子卻不同，它與氣相，它與氣相( (或液相或液相) )接觸，處于不均勻的力場之中，其能量接觸，處于不均勻的力場之中，其能量較高，高出的能量稱為表面自由能。較高，高出的能量稱為表面自由能。u晶體中不同晶面的表面能數(shù)值不同，這是由于表面能的本晶體中不同晶面的表面能數(shù)值不同，這是由于表面能的本質(zhì)是表面原子的不飽和鍵，而不同晶面上的原子密度不同，質(zhì)是表面原子的不飽和鍵，而不同晶面上的原子密度不同，密排面的原子密度最大，則該面上任一原子與相鄰晶面原子密排面的原子

32、密度最大，則該面上任一原子與相鄰晶面原子的作用鍵數(shù)最少，故以密排面作為表面時不飽和鍵數(shù)最少，的作用鍵數(shù)最少，故以密排面作為表面時不飽和鍵數(shù)最少，表面能量低。晶體總是力圖處于最低的自由能狀態(tài)，所以一表面能量低。晶體總是力圖處于最低的自由能狀態(tài)，所以一定體積的晶體的平衡幾何外形應滿足表面能總和為最小。定體積的晶體的平衡幾何外形應滿足表面能總和為最小。u屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界；而屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界；而每個晶粒有時又由若干個位向稍有差異的亞晶粒所組成，相每個晶粒有時又由若干個位向稍有差異的亞晶粒所組成，相鄰亞晶粒間的界面稱為亞晶界鄰亞晶粒間的界面稱為

33、亞晶界。圖 晶界與亞晶界示意圖2.3.1 外表面外表面u1.1.小角度晶界小角度晶界u相鄰晶粒的位向差小于相鄰晶粒的位向差小于1010的晶界稱為小角度晶界。的晶界稱為小角度晶界。u最簡單的小角度晶界是對稱傾斜晶界，其晶界可看成是由最簡單的小角度晶界是對稱傾斜晶界，其晶界可看成是由一列平行的刃型位錯所構成。一列平行的刃型位錯所構成。圖 對稱傾斜晶界u扭轉(zhuǎn)晶界是小角度晶界的扭轉(zhuǎn)晶界是小角度晶界的一種類型，它可看成是兩部一種類型，它可看成是兩部分晶體繞某一軸在一個共同分晶體繞某一軸在一個共同的晶面上相對扭轉(zhuǎn)一個的晶面上相對扭轉(zhuǎn)一個角角所構成的，扭轉(zhuǎn)軸垂直于這所構成的，扭轉(zhuǎn)軸垂直于這一共同的晶面。一共

34、同的晶面。u扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)晶界的結構可看成是晶界的結構可看成是由互相交叉的螺型位錯所組由互相交叉的螺型位錯所組成。成。圖 扭轉(zhuǎn)晶界的形成u2.2.大角度晶界大角度晶界u相鄰晶粒的位向差大于相鄰晶粒的位向差大于1010的晶界稱為大角度晶界。的晶界稱為大角度晶界。u大角度晶界的結構較復雜，大角度晶界的結構較復雜，原子排列很不規(guī)則，由不規(guī)則原子排列很不規(guī)則，由不規(guī)則的臺階組成的。晶界可看成壞的臺階組成的。晶界可看成壞區(qū)與好區(qū)交替相間組合而成。區(qū)與好區(qū)交替相間組合而成。圖 大角度晶界模型u大角度晶界的大角度晶界的“重合位置重合位置點陣點陣”模型。在二維正方點模型。在二維正方點陣中，當兩個相鄰晶粒的位陣中，當兩個相鄰晶粒的位向差為向差為3737時，設想兩晶粒時，設想兩晶粒的點陣彼此通過晶界向?qū)Ψ降狞c陣彼此通過晶界向?qū)Ψ窖由?，其中一些原子將出現(xiàn)延伸，其中一些原子將出現(xiàn)有規(guī)律的相互重合，由這些有規(guī)律的相互重合，由這些原子重合位置所組成比原來原子重合位置所組成比原來晶體點陣大的新點陣，通常晶體點陣大的新點陣，通常稱為重合位置點陣。稱為重合位置點陣。圖 重合位置點陣模型 v3.3.孿晶界孿晶界v孿晶是指兩個晶體孿晶是指兩個晶體( (或一或一個晶體的兩部分個晶體的兩部分) )沿一個公