第二章晶體缺陷

1、第二章第二章 晶體缺陷晶體缺陷圖 對稱平移性u晶體結構的特點是長程有序。結構基元或者構成物體的粒晶體結構的特點是長程有序。結構基元或者構成物體的粒子子(原子、離子或分子等原子、離子或分子等)完全按照空間點陣規(guī)則排列的晶體完全按照空間點陣規(guī)則排列的晶體叫理想晶體。叫理想晶體。u在實際晶體中，粒子的排列不可能這樣規(guī)則和完整，而是在實際晶體中，粒子的排列不可能這樣規(guī)則和完整，而是或多或少地存在著偏離理想結構的區(qū)域，出現了不完整性?；蚨嗷蛏俚卮嬖谥x理想結構的區(qū)域，出現了不完整性。u把實際晶體中偏離理想點陣結構的區(qū)域稱為晶體缺陷把實際晶體中偏離理想點陣結構的區(qū)域稱為晶體缺陷。u實際晶體中雖然有晶體缺

2、陷存在，但偏離平衡位置很大的實際晶體中雖然有晶體缺陷存在，但偏離平衡位置很大的粒子數目是很少的，從總的來看，其結構仍可以認為是接近粒子數目是很少的，從總的來看，其結構仍可以認為是接近完整的。完整的。u晶體缺陷對晶體的性能，特別是對那些結構敏感的性能，晶體缺陷對晶體的性能，特別是對那些結構敏感的性能，如屈服強度、斷裂強度、塑性、電阻率、磁導率等有很大如屈服強度、斷裂強度、塑性、電阻率、磁導率等有很大的影響。另外晶體缺陷還與擴散偶、相變、塑性變形、再的影響。另外晶體缺陷還與擴散偶、相變、塑性變形、再結晶、氧化、燒結等有著密切關系。因此，研究晶體缺陷結晶、氧化、燒結等有著密切關系。因此，研究晶體缺陷

3、具有重要的理論與實際意義。具有重要的理論與實際意義。 u根據幾何形態(tài)特征，可以把晶體缺陷分為三類：點缺陷、根據幾何形態(tài)特征，可以把晶體缺陷分為三類：點缺陷、線缺陷和面缺陷。線缺陷和面缺陷。第一節(jié)第一節(jié) 點缺陷點缺陷u點缺陷的定義點缺陷的定義u點缺陷：在三維方向上尺寸都很?。ㄟh小于晶體或晶粒的點缺陷：在三維方向上尺寸都很小（遠小于晶體或晶粒的線度）的缺陷。線度）的缺陷。 u1.1.點缺陷的類型點缺陷的類型u金屬中常見的基本點缺陷有空位、間隙原子和置換原子。金屬中常見的基本點缺陷有空位、間隙原子和置換原子。u空位空位：空位就是未被占據的原子位置；空位就是未被占據的原子位置；u間隙原子：間隙原子可以

4、是晶體中正常原子離位產生，也間隙原子：間隙原子可以是晶體中正常原子離位產生，也可以是外來雜質原子；可以是外來雜質原子；2.1.1 點缺陷的類型及形成點缺陷的類型及形成u置換原子：位于晶體點陣位置的異類原子置換原子：位于晶體點陣位置的異類原子。u2.點缺陷的形成點缺陷的形成u原子相互作用的兩種作用力：原子相互作用的兩種作用力：(1)原子間的吸引力；原子間的吸引力；(2)原子間的斥力原子間的斥力 u點缺陷形成最重要的環(huán)節(jié)是原子的振動點缺陷形成最重要的環(huán)節(jié)是原子的振動 u原子的熱振動原子的熱振動 （以一定的頻率和振幅作振動）以一定的頻率和振幅作振動）u原子被束縛在它的平衡位置上，但原子卻在做著掙脫原

5、子被束縛在它的平衡位置上，但原子卻在做著掙脫束縛的努力束縛的努力 u點缺陷形成的驅動力點缺陷形成的驅動力：溫度、：溫度、離子轟擊、冷加工離子轟擊、冷加工 u在外界驅動力作用下，哪個原子能夠掙脫束縛，脫離在外界驅動力作用下，哪個原子能夠掙脫束縛，脫離平衡位置是不確定的，宏觀上說這是一種幾率分布平衡位置是不確定的，宏觀上說這是一種幾率分布u空位的兩種類型：空位的兩種類型：點u離位原子遷移到晶體的表面上，這樣形成的空位通常稱為離位原子遷移到晶體的表面上，這樣形成的空位通常稱為肖脫基缺陷；肖脫基缺陷；可遷移到晶體點陣的間隙中，這樣的空位稱弗可遷移到晶體點陣的間隙中，這樣的空位稱弗蘭克爾缺陷。蘭克爾缺陷

6、。圖 晶體中的缺陷(a) 肖脫基空位 (b) 弗蘭克爾空位u1.點缺陷的運動點缺陷的運動u點缺陷并非固定不動，而是處在不斷改變位置的運動過程點缺陷并非固定不動，而是處在不斷改變位置的運動過程中。中。u空位周圍的原子，由于熱振動能量的起伏，有可能獲得足空位周圍的原子，由于熱振動能量的起伏，有可能獲得足夠的能量而跳入空位，并占據這個平衡位置，這時在這個原夠的能量而跳入空位，并占據這個平衡位置，這時在這個原子的原來位置上，就形成一個空位。這一過程可以看作是空子的原來位置上，就形成一個空位。這一過程可以看作是空位向鄰近結點的遷移。位向鄰近結點的遷移。u在運動過程中，當間隙原子與一個空位相遇時，它將落入

7、在運動過程中，當間隙原子與一個空位相遇時，它將落入這個空位，而使兩者都消失，這一過程稱為復合，或湮沒。這個空位，而使兩者都消失，這一過程稱為復合，或湮沒。2.1.2 點缺陷的運動及平衡濃度點缺陷的運動及平衡濃度（a）原來位置； （b）中間位置； （c）遷移后位置圖 空位從位置A遷移到Bu2.點缺陷的平衡濃度點缺陷的平衡濃度u晶體中點缺陷的存在，一方面造成點陣畸變，使晶體的內晶體中點缺陷的存在，一方面造成點陣畸變，使晶體的內能升高，增大了晶體的熱力學不穩(wěn)定性；另一方面，由于增能升高，增大了晶體的熱力學不穩(wěn)定性；另一方面，由于增大了原子排列的混亂程度，并改變了其周圍原子的振動頻率，大了原子排列的混

8、亂程度，并改變了其周圍原子的振動頻率，又使晶體的熵值增大。熵值越大，晶體便越穩(wěn)定。又使晶體的熵值增大。熵值越大，晶體便越穩(wěn)定。u由于存在著這兩個互為矛盾的因素，晶體中的點缺陷在一由于存在著這兩個互為矛盾的因素，晶體中的點缺陷在一定溫度下有一定的平衡數目，定溫度下有一定的平衡數目，這時點缺陷的濃度就稱為它們這時點缺陷的濃度就稱為它們在該溫度下的熱力學平衡濃度。在該溫度下的熱力學平衡濃度。u在一定溫度下有一定的熱力學平衡濃度，這是點缺陷區(qū)別在一定溫度下有一定的熱力學平衡濃度，這是點缺陷區(qū)別于其它類型晶體缺陷的重要特點于其它類型晶體缺陷的重要特點。圖 空位-體系能量曲線與振動熵有關的常數玻爾茲曼常數

9、變化每增加一個空位的能量陣點總數平衡空位數AKENnKTEANnCvv)/exp(材料中空位的實際意義材料中空位的實際意義空位遷移是許多空位遷移是許多。p 晶體中原子的擴散就是依靠空位遷移而實現的。晶體中原子的擴散就是依靠空位遷移而實現的。p 在常溫下空位遷移所引起的原子熱振動動能顯著提高，再加上高溫在常溫下空位遷移所引起的原子熱振動動能顯著提高，再加上高溫下空位濃度的增多，因此高溫下原子的擴散速度十分迅速。下空位濃度的增多，因此高溫下原子的擴散速度十分迅速。p 材料加工工藝中有不少過程都是以擴散作為基礎的材料加工工藝中有不少過程都是以擴散作為基礎的 化學熱處理化學熱處理 均勻化處理均勻化處理

10、 退火與正火退火與正火 時效時效 這些過程均與原子的擴散相聯(lián)系。如果晶體中沒有空位，這些工藝根這些過程均與原子的擴散相聯(lián)系。如果晶體中沒有空位，這些工藝根本無法進行。提高這些工藝處理溫度可大幅度提高的過程的速率，也本無法進行。提高這些工藝處理溫度可大幅度提高的過程的速率，也正是基于空位濃度及空位遷移速度隨溫度的上升呈指數上升的規(guī)律。正是基于空位濃度及空位遷移速度隨溫度的上升呈指數上升的規(guī)律。2.1.3 點缺陷對性能的影響點缺陷對性能的影響u點缺陷的存在使晶體體積膨脹，密度減小。點缺陷的存在使晶體體積膨脹，密度減小。u點缺陷引起電阻的增加，這是由于晶體中存在點缺陷時，點缺陷引起電阻的增加，這是由

11、于晶體中存在點缺陷時，對傳導電子產生了附加的電子散射，使電阻增大。對傳導電子產生了附加的電子散射，使電阻增大。u空位對金屬的許多過程有著影響，特別是對高溫下進行的空位對金屬的許多過程有著影響，特別是對高溫下進行的過程起著重要的作用。過程起著重要的作用。u金屬的擴散、高溫塑性變形的斷裂、退火、沉淀、表面化金屬的擴散、高溫塑性變形的斷裂、退火、沉淀、表面化學熱處理、表面氧化、燒結等過程都與空位的存在和運動有學熱處理、表面氧化、燒結等過程都與空位的存在和運動有著密切的聯(lián)系。著密切的聯(lián)系。 u過飽和點缺陷（如淬火空位、輻照缺陷）還提高了金屬的過飽和點缺陷（如淬火空位、輻照缺陷）還提高了金屬的屈服強度。

12、屈服強度。產生過飽和點缺陷的方法產生過飽和點缺陷的方法 高溫激冷高溫激冷 晶體中點缺陷的熱平衡濃度隨溫度下降而指數式地減小。晶體中點缺陷的熱平衡濃度隨溫度下降而指數式地減小。如果極緩慢地冷卻晶體則高溫下平衡而低溫下過量的點如果極緩慢地冷卻晶體則高溫下平衡而低溫下過量的點缺陷將可能通過合并湮滅缺陷將可能通過合并湮滅(如空位與填隙原子的復合或消如空位與填隙原子的復合或消失于晶內其他缺陷失于晶內其他缺陷(如位錯、晶界等如位錯、晶界等)和晶體表面處等過程和晶體表面處等過程而減少，始終保持相應溫度下的熱平衡濃度。如果使晶體而減少，始終保持相應溫度下的熱平衡濃度。如果使晶體迅速冷卻，即進行淬火處理，那么高

13、溫下形成的高濃度點迅速冷卻，即進行淬火處理，那么高溫下形成的高濃度點缺陷將被缺陷將被“凍結凍結”在晶內，形成過飽和點缺陷。在晶內，形成過飽和點缺陷。 大量的冷變形大量的冷變形 塑性形變的物理本質是晶體中位錯的大量滑移。位錯滑塑性形變的物理本質是晶體中位錯的大量滑移。位錯滑移運動中的交截過程和其它位錯的非保守運動，都可能產移運動中的交截過程和其它位錯的非保守運動，都可能產生大量空位和填隙原子。如果溫度巳夠低，不能發(fā)生明顯生大量空位和填隙原子。如果溫度巳夠低，不能發(fā)生明顯的固態(tài)擴散過程的話，這些點缺陷則處于非熱平衡態(tài)的固態(tài)擴散過程的話，這些點缺陷則處于非熱平衡態(tài) 高能粒子輻照高能粒子輻照 離子注入

14、離子注入 這是用高能離子轟擊材料將其嵌入近表面區(qū)域的一種工這是用高能離子轟擊材料將其嵌入近表面區(qū)域的一種工藝。離子注入晶體中可以產生大量點缺陷：注入組分離子，藝。離子注入晶體中可以產生大量點缺陷：注入組分離子，產生空位和填隙離子；注入雜質原子則產生代位或填隙雜產生空位和填隙離子；注入雜質原子則產生代位或填隙雜質。在半導體器件工藝中，離于注入是引入摻雜層的有效質。在半導體器件工藝中，離于注入是引入摻雜層的有效途徑。在制備某些合金材料時，不溶的合金元素只有借助途徑。在制備某些合金材料時，不溶的合金元素只有借助離子注入技術才能實現合金化。此外，高能離子注入還能離子注入技術才能實現合金化。此外，高能離

15、子注入還能產生位錯環(huán)和各種類型的面缺陷，甚至非晶層。產生位錯環(huán)和各種類型的面缺陷，甚至非晶層。關于空位的總結關于空位的總結p 空位是熱力學上穩(wěn)定的點缺陷，一定的溫度對應一定的平空位是熱力學上穩(wěn)定的點缺陷，一定的溫度對應一定的平衡濃度，偏高或偏低都不穩(wěn)定。衡濃度，偏高或偏低都不穩(wěn)定。p 不同金屬的空位形成能是不同的，一般高熔點金屬的形成不同金屬的空位形成能是不同的，一般高熔點金屬的形成能大于低熔點金屬的形成能。能大于低熔點金屬的形成能。p 空位濃度、空位形成能和加熱溫度之間的關系密切。在相空位濃度、空位形成能和加熱溫度之間的關系密切。在相同的條件下，空位形成能越大，則空位濃度越低；加熱溫同的條件

16、下，空位形成能越大，則空位濃度越低；加熱溫度越高，則空位濃度越大。度越高，則空位濃度越大。p 空位對晶體的物理性能和力學性能有明顯的影響?？瘴粚w的物理性能和力學性能有明顯的影響。p 空位對金屬材料的高溫蠕變、沉淀析出、回復、表面氧化、空位對金屬材料的高溫蠕變、沉淀析出、回復、表面氧化、燒結等都產生了重要的影響。燒結等都產生了重要的影響。第二節(jié)第二節(jié) 線缺陷線缺陷u線缺陷就是在兩個方向上尺寸很小，在一個方向上尺寸很線缺陷就是在兩個方向上尺寸很小，在一個方向上尺寸很大的缺陷。大的缺陷。u線缺陷是各種類型的位錯。線缺陷是各種類型的位錯。u位錯是晶體內部一種有規(guī)律的管狀畸變區(qū)。原子發(fā)生錯排位錯是晶

17、體內部一種有規(guī)律的管狀畸變區(qū)。原子發(fā)生錯排的范圍，在一個方向上尺寸較大，而另外兩個方向上尺寸的范圍，在一個方向上尺寸較大，而另外兩個方向上尺寸較小，是一個直徑為較小，是一個直徑為35個原子間距，長幾百到幾萬個原個原子間距，長幾百到幾萬個原子間距的管狀原子畸變區(qū)。子間距的管狀原子畸變區(qū)。u最簡單的位錯是刃型位錯和螺型位錯。最簡單的位錯是刃型位錯和螺型位錯。2.2.1 位錯的基本概念位錯的基本概念u1.1.位錯學說的產生位錯學說的產生u1926年弗蘭克爾利用理想晶體的模型估算了理論切變強年弗蘭克爾利用理想晶體的模型估算了理論切變強度，與實驗結果相比相差度，與實驗結果相比相差34個數量級。個數量級。

18、u19341934年泰勒，波朗依和奧羅萬三人幾乎同時提出晶體中年泰勒，波朗依和奧羅萬三人幾乎同時提出晶體中位錯的概念。位錯的概念。 u泰勒把位錯與晶體塑變的滑移聯(lián)系起來，認為位錯在切泰勒把位錯與晶體塑變的滑移聯(lián)系起來，認為位錯在切應力作用下發(fā)生運動，依靠位錯的逐步傳遞完成了滑移。應力作用下發(fā)生運動，依靠位錯的逐步傳遞完成了滑移。u與剛性滑移不同，位錯的移動只需鄰近原子作很小距離與剛性滑移不同，位錯的移動只需鄰近原子作很小距離的彈性偏移就能實現，而晶體其他區(qū)域的原子仍處在正常的彈性偏移就能實現，而晶體其他區(qū)域的原子仍處在正常位置，因此滑移所需的臨界切應力大為減小。位置，因此滑移所需的臨界切應力大

19、為減小。圖 理想晶體的滑移模型和刃型位錯的滑移過程 1939年柏格斯提出用柏氏矢量來表征位錯的特性，同時引年柏格斯提出用柏氏矢量來表征位錯的特性，同時引入螺型位錯。入螺型位錯。 1947年柯垂耳利用溶質原子與位錯的交互作用解釋了低碳年柯垂耳利用溶質原子與位錯的交互作用解釋了低碳鋼的屈服現象。鋼的屈服現象。 1950年弗蘭克與瑞德同時提出了位錯增殖機制年弗蘭克與瑞德同時提出了位錯增殖機制FR位錯源。位錯源。 50年代后，透射電鏡直接觀測年代后，透射電鏡直接觀測到了晶體中位錯的存在、運動、到了晶體中位錯的存在、運動、增殖。增殖。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

20、性位錯和螺型位錯。位錯可分為刃性位錯和螺型位錯。u （1）刃型位錯）刃型位錯u刃型位錯的概念：刃型位錯的概念：u在某一水平面以上多出了垂直方向的原子面，猶如插入的在某一水平面以上多出了垂直方向的原子面，猶如插入的刀刃一樣，刀刃一樣，EFEF稱為刃型位錯線。位錯線附近區(qū)域發(fā)生了原子稱為刃型位錯線。位錯線附近區(qū)域發(fā)生了原子錯排，因此稱為錯排，因此稱為“刃型位錯刃型位錯” 。u把多余半原子面在滑移面以上的位錯稱為正刃型位錯，用把多余半原子面在滑移面以上的位錯稱為正刃型位錯，用符號符號“”“”表示，反之為負刃型位錯，用表示，反之為負刃型位錯，用“”“”表示。表示。u含有多余半原子面的晶體受壓，原子間距

21、小于正常點陣常含有多余半原子面的晶體受壓，原子間距小于正常點陣常數；不含多余半原子面的晶體受張力，原子間距大于正常點數；不含多余半原子面的晶體受張力，原子間距大于正常點陣常數。陣常數。u位錯在晶體中引起的畸變在位錯線中心處最大，隨著離位位錯在晶體中引起的畸變在位錯線中心處最大，隨著離位錯中心距離的增大，晶體的畸變逐漸減小錯中心距離的增大，晶體的畸變逐漸減小 。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的區(qū)別。具相對意義而無本質的區(qū)別。u2).2).刃型位錯線可理解為晶體中已滑移區(qū)

22、與未滑移區(qū)的邊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。它不一定是直線，也可以是折線或曲線，但它必與滑界線。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。移方向相垂直，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，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，位錯線與滑移矢量互相垂直，因此，由它們所構成的平面只有一個。量互相垂直，因此，由它們所構成的平面只有一個。u4).4).晶體中存在刃型位錯之后，位錯周圍的

23、點陣發(fā)生彈性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，滑移面上方點陣受到壓應力，下方點陣受到拉應力：負刃型位錯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。與此相反。u5).5).在位錯線周圍的過渡區(qū)（畸變區(qū)）每個原子具有較大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，所以刃型位錯是線缺陷。管道，所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

24、態(tài)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

25、的膨脹和收縮；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。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) 因位錯線是已

26、滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界線，因此，位錯具位錯具有一個很重要的性質有一個很重要的性質，即位錯線不能在晶體內部中斷位錯線不能在晶體內部中斷。 位錯線位錯線: :只能或者連接晶體表面(包括晶界)，或者連接于其它位錯，或者形成封閉的位錯環(huán)位錯環(huán)。 如圖為晶體中的一個位錯環(huán)ACBDA的俯視圖。可看出： A、B兩處是刃型位錯，且是異號的；兩處是刃型位錯，且是異號的；C、D兩處是螺型位兩處是螺型位錯，也是異號的；錯，也是異號的；其它各處都是混合型位錯。其它各處都是混合型位錯。 混合位錯：混合位錯：可分解為螺型分量bsbs與刃型分量bebe，bs=bcos，be=bsin。 混合位錯(a)立體圖 (b)俯視圖u

27、3.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，回路方向按錯線正向，回路方向按右手螺旋方向右手螺旋方向確定。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、方向與上述回

28、路一致，這時終整晶體中做同樣回路，步數、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圖 螺型位錯柏氏矢量的確定(2)(2)柏氏矢量柏氏矢量b b 的物理意義與特征的物理意義與特征 柏氏矢量柏氏矢量 b b 描述位錯實質的重要物理量。1 1）表征了位錯周圍點陣畸變總積累表征了位錯周圍點陣畸變總積累 位錯周圍原子，都不同程度偏離其平衡位置,離位錯中心越遠原子，偏離量越小。柏氏矢量b 表示其畸變總量的大小和方向。 顯然，柏氏矢量柏氏矢量b b 越大，位錯周圍的點陣畸變也越嚴重。越大，位錯周

29、圍的點陣畸變也越嚴重。 2)2)表征了位錯強度表征了位錯強度 柏氏矢量的模柏氏矢量的模b b稱為位錯強度位錯強度。同一晶體中b大的位錯具有嚴重的點陣畸變，能量高且不穩(wěn)定。3)3)位錯的許多性質，如位錯的能量，應力場，位錯受力等，位錯的許多性質，如位錯的能量，應力場，位錯受力等，都與都與b b 有關有關。它也表示出晶體滑移的大小和方向也表示出晶體滑移的大小和方向。 4 4）利用柏氏矢量）利用柏氏矢量b b與位錯線的關系，可判定位錯類型。與位錯線的關系，可判定位錯類型。 刃型位錯：刃型位錯：柏氏矢量柏氏矢量b b 位錯線位錯線； 螺型位錯：螺型位錯：柏氏矢量柏氏矢量b b 位錯線，位錯線，其中同向

30、為右螺同向為右螺，反反向為左螺向為左螺。 混合型位錯：混合型位錯：柏氏矢量柏氏矢量b b 和位錯線成任意角度。圖 三種類型位錯的矢量圖解法 刃型位錯正、負用右手法刃型位錯正、負用右手法則判定：則判定： 1）即以右手拇指、食指和中指構成一直角坐標； 2）以食指食指指向位錯線方位錯線方向向，中指中指指向柏氏矢量柏氏矢量b b 方向方向，則拇指拇指代表多余多余半原子面半原子面方向。 3）多余半原子面在上多余半原子面在上稱正刃型位錯正刃型位錯，反之為負刃負刃型位錯型位錯。 正刃型位錯正刃型位錯柏氏矢量b 重要的性質 柏氏矢量柏氏矢量b b 守恒性：守恒性： 柏氏矢量與回路起點選擇、具體途徑、大小無關，

31、或在柏氏回路任意擴大和移動，只要不與原位錯或其他位錯相遇，畸變總累積不變，其柏氏矢量是唯一的（守恒性）。柏氏矢量是唯一的（守恒性）。 推論推論1 1：一根不分叉的任何形狀的位錯只有一個柏氏矢量。一根不分叉的任何形狀的位錯只有一個柏氏矢量。 推論推論2：相交于一點的各位錯，同時指向結點或離開結相交于一點的各位錯，同時指向結點或離開結點時，各位錯的柏氏矢量點時，各位錯的柏氏矢量b b 之和為零。之和為零。 （幾根位錯相遇于一點，朝向節(jié)點的各位錯柏氏矢量b b 之和必等于離開節(jié)點各位錯柏氏矢量之和）。 如圖，即O點的柏氏矢量之和為零，bi。 )(4321bbbb04321bbbb 推論推論2也可說：

32、也可說：幾根位錯線相交于一點，其中任一位錯的幾根位錯線相交于一點，其中任一位錯的柏氏矢量等于其他各位錯的柏氏矢量之和。柏氏矢量等于其他各位錯的柏氏矢量之和。 柏氏矢量柏氏矢量為b b 位錯一端分成柏氏矢量為b1b的n個位錯，則各位錯柏氏矢量和恒等于原位錯的柏氏矢量，即 b 1b 2+ b 3 niibb1 推論推論3 3：從柏氏矢量特性可知，位錯線不能中斷于晶位錯線不能中斷于晶體的內部，而只能終止在體的內部，而只能終止在晶體表面或晶界上，即晶體表面或晶界上，即位位錯線的連續(xù)性錯線的連續(xù)性。 在晶體內部，它只能自成封閉的環(huán)或與其他位錯相遇于節(jié)點形成位錯網絡位錯網絡，或終止于晶體表面終止于晶體表面

33、。位錯網絡 4.4.柏氏矢量柏氏矢量b b 的表示方法的表示方法： 一定的柏氏矢量或滑移矢量可用符號b=kab=kauvwuvw表示。 步驟：步驟：將某個滑移矢量在晶胞坐標XYZ軸上的分量，依次填入號內，再提取公因數k作為系數，放在號前，使號內的數字為最小整數。如：某滑移矢量在三軸上分量依次為 ，則柏氏矢量符號為： uvwuvw矢量方向，與表示晶體的晶向符號相同，不同之處是多了kaka因子。022、aa1102022aaab、 柏氏矢量：柏氏矢量：不僅可表示矢量的方向（用晶向指數表示），同時也表示出柏氏矢量的模的大小。 位錯的柏氏矢量： 柏氏矢量模： 一定晶體中的柏氏矢量b是可變化的，但變化是

34、不連續(xù)的，其取向與取值也不是任意的。因為晶體的滑移方向是一定的，且滑移方向上的晶體的周期性，滑移的量只能是晶體周期的整數倍。uvwkab 222wvukabv4.4.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

35、的單位截面中所穿過的位錯線數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目，即目，即)/(3cmcmVS)/1 (2cmAnAlln圖 晶體位錯密度和強度關系示意圖金屬在不同狀態(tài)下，位錯密度差異很大。金屬在不同狀態(tài)下，位錯密度差異很大。一般退火金屬晶體中，一般退火金屬晶體中， 104108cm-2 數量級；數量級；經劇烈冷加工的金屬中，經劇烈冷加工的金屬中， 10121014cm-2。 實際中，獲得較高的強度方法：實際中，獲得較高的強度方法： 1）盡量減小位錯密度）盡量減小位錯密度 如：將晶體拉得很細（晶須），得到絲狀單晶體，因直徑很小，基本上不含位錯等缺陷，故強度常比普通材料高很多。

36、2）盡量增大位錯密度）盡量增大位錯密度 如：非晶態(tài)材料，其位錯密度很大，強度也非常高。 晶體的宏觀滑移變形，實際上是通過位錯的運動實現的，晶體的宏觀滑移變形，實際上是通過位錯的運動實現的，位錯可在晶體中運動是其最重要的性質。位錯可在晶體中運動是其最重要的性質。 位錯線在晶體中的移動位錯線在晶體中的移動位錯運動位錯運動。 位錯運動方式：滑移和攀移。位錯運動方式：滑移和攀移。 1）滑移：）滑移：位錯線沿著滑移面的移動。位錯線沿著滑移面的移動。 2 2）攀移：）攀移：位錯線垂直于滑移面的移動。位錯線垂直于滑移面的移動。 刃位錯的運動：刃位錯的運動：可有可有滑移和滑移和攀移兩種方式。攀移兩種方式。 螺

37、位錯的運動：螺位錯的運動：只作滑移、而不存在攀移。只作滑移、而不存在攀移。 2.2.2 位錯的運動位錯的運動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（a）正刃型位錯 （b）負刃型位錯 圖 刃位錯的滑移 位錯滑移機理：位錯滑移機理： 位錯的滑移：位錯的滑移：是通過位錯線及附近原子逐個移動很小距離完成的，故只需加很小切應力就可實現。 正刃位錯滑移方向與外力方向相同；負刃位錯滑移方向與外正刃位錯滑移方向與外力方向相同；負刃位錯滑移方向與外力方向相反。力方向相反。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

38、整個晶體，就會在晶體表面產生寬度為一個柏氏矢量產生寬度為一個柏氏矢量b 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，即與即與其柏氏矢量相一致。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 螺位錯沿滑移面運動時，周圍原子動作情況如圖。螺位錯沿滑移面運動時，周圍原子動作情況如圖。 虛線虛線為螺旋線原始位置，為

39、螺旋線原始位置， 實線實線位錯滑移一個原子間距后的狀態(tài)。位錯滑移一個原子間距后的狀態(tài)。 在在切應力切應力作用作用下，當原子做很小距離的移動時，下，當原子做很小距離的移動時，螺位錯本身向左移動了一個原子間距螺位錯本身向左移動了一個原子間距。 滑移臺階滑移臺階( (陰影部分陰影部分) )亦向左擴大了一個原子間距。亦向左擴大了一個原子間距。 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

40、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到另一通過位錯線的臨近滑移面上滑移的現象稱為交滑移。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，并同樣可使晶體產生與其柏氏矢量相等的滑移量。向滑移，

41、并同樣可使晶體產生與其柏氏矢量相等的滑移量。（a）位錯環(huán) （b）位錯環(huán)運動后產生的滑移圖 位錯環(huán)的滑移 圓環(huán)形位錯：圓環(huán)形位錯：位于滑移面上，在切應力作用下，位于滑移面上，在切應力作用下，正刃位錯正刃位錯運動方向與負刃位錯相反；左、右旋螺型位錯方向也相反。運動方向與負刃位錯相反；左、右旋螺型位錯方向也相反。各位錯線分別向外擴展，一直到達晶體邊緣。各位錯線分別向外擴展，一直到達晶體邊緣。 各位錯移動方向雖不同，但所造成晶體滑移卻是由其柏氏各位錯移動方向雖不同，但所造成晶體滑移卻是由其柏氏矢量矢量b b 所決定的。所決定的。 故故位錯環(huán)擴展結果使晶體沿滑移面產生了一個位錯環(huán)擴展結果使晶體沿滑移面產

42、生了一個b b 的滑移。的滑移。 （a）位錯環(huán) （b）位錯環(huán)運動后產生的滑移位錯環(huán)的滑移位錯的滑移特點位錯的滑移特點 1 1）刃位錯滑移方向：刃位錯滑移方向：與外應力與外應力 及柏氏矢量及柏氏矢量b b 平行平行，正、，正、負刃位錯滑移方向相反。負刃位錯滑移方向相反。 2 2）螺型位錯的移動方向：螺型位錯的移動方向：與外應力與外應力 及柏氏矢量及柏氏矢量b b 垂直垂直，也與晶體滑移方向相垂直也與晶體滑移方向相垂直，左、右螺位錯滑移方向相反。，左、右螺位錯滑移方向相反。刃位錯刃位錯螺位錯螺位錯 3 3）混合位錯滑移方向與外力）混合位錯滑移方向與外力 及柏氏矢量及柏氏矢量b b 成一定角度成一定

43、角度（即沿位錯線法線方向滑移）。（即沿位錯線法線方向滑移）。 4 4）晶體的滑移方向與外力）晶體的滑移方向與外力 及位錯的柏氏矢量及位錯的柏氏矢量b b 相一致，相一致，但并不一定與位錯的滑移方向相同。但并不一定與位錯的滑移方向相同。 螺位錯滑移螺位錯滑移 5 5）只有螺型位錯才能夠交滑移：）只有螺型位錯才能夠交滑移： 螺位錯：螺位錯：因其因其位錯線與柏氏矢量位錯線與柏氏矢量b b 平行平行，故，故無確定滑移面無確定滑移面，通過位錯線并包含通過位錯線并包含b b 的所有晶面都可能成為它的滑移面。的所有晶面都可能成為它的滑移面。 若螺位錯在某一滑移面滑移后受阻，可轉移到與之相交的若螺位錯在某一滑

44、移面滑移后受阻，可轉移到與之相交的另一個滑移面上去，此過程叫另一個滑移面上去，此過程叫交叉滑移交叉滑移，簡稱，簡稱交滑移交滑移。 由此看出，不論位錯如何移動，晶體滑移總是沿柏氏矢量由此看出，不論位錯如何移動，晶體滑移總是沿柏氏矢量相對滑移，故相對滑移，故晶體滑移方向就是位錯的柏氏矢量晶體滑移方向就是位錯的柏氏矢量 b 方向方向。位錯位錯類型類型柏氏柏氏矢量矢量位錯線位錯線運動方向運動方向晶體滑移晶體滑移方向方向切應力切應力方向方向滑移面滑移面數目數目刃型刃型位錯位錯螺型螺型位錯位錯混合混合位錯位錯位錯線位錯線位錯線本身位錯線本身 與與b b一致一致與與b b一致一致唯一唯一確定確定位錯線位錯線

45、位錯線本身位錯線本身 與與b b一致一致與與b b一致一致多個多個成角度成角度位錯線本身位錯線本身 與與b b一致一致與與b b一致一致2.2.位錯的攀移位錯的攀移 位錯的攀移：位錯的攀移：指在指在熱缺陷或外力熱缺陷或外力作用下，位錯線作用下，位錯線在在垂直垂直其滑移面方向上的運動，結果導致晶體中其滑移面方向上的運動，結果導致晶體中空位或間隙質點的增殖或減少?？瘴换蜷g隙質點的增殖或減少。 攀移的實質：攀移的實質：是多余半原子面的伸長或縮短。是多余半原子面的伸長或縮短。 刃位錯：刃位錯：除除可在滑移面上可在滑移面上滑移外，還可滑移外，還可在垂直滑在垂直滑移面的方向上移面的方向上進行攀移運動。進行

46、攀移運動。 螺位錯：螺位錯：沒有多余半原子面，故無攀移運動。沒有多余半原子面，故無攀移運動。 常把多余半原子面向上移動稱常把多余半原子面向上移動稱正攀移正攀移，向下移動，向下移動稱稱負攀移負攀移。 當空位擴散到位錯的刃部，使多余半原子面縮短叫當空位擴散到位錯的刃部，使多余半原子面縮短叫正攀移正攀移。 當刃部的空位離開多余半原子面，相當于原子擴散到位錯當刃部的空位離開多余半原子面，相當于原子擴散到位錯的刃部，使多余半原子面伸長，位錯向下攀移稱為的刃部，使多余半原子面伸長，位錯向下攀移稱為負攀移負攀移。(a) 空位運動引起的攀移攀移與滑移不同攀移與滑移不同1 1）攀移伴隨物質的遷移，需要空位的擴散

47、，需要熱激活，攀移伴隨物質的遷移，需要空位的擴散，需要熱激活，比滑移需更大能量。比滑移需更大能量。2 2）低溫攀移較困難，高溫時易攀移。低溫攀移較困難，高溫時易攀移。在許多高溫過程如蠕在許多高溫過程如蠕變、回復、單晶拉制中，攀移卻起著重要作用。變、回復、單晶拉制中，攀移卻起著重要作用。3 3）攀移通常會引起體積的變化，攀移通常會引起體積的變化，故屬非保守運動。故屬非保守運動。4 4）作用于攀移面的正應力有助于位錯的攀移。作用于攀移面的正應力有助于位錯的攀移。 壓應力將促進正攀移，拉應力可促進負攀移。壓應力將促進正攀移，拉應力可促進負攀移。5 5）晶體中過飽和空位也有利于攀移。晶體中過飽和空位也

48、有利于攀移。 3. 位錯的增殖位錯的增殖 塑性變形時，有大量位錯滑出晶體，所以變形以后晶體中塑性變形時，有大量位錯滑出晶體，所以變形以后晶體中的位錯數目應當減少。的位錯數目應當減少。 但實際上，位錯密度隨著變形量的增加而加大，在經過劇但實際上，位錯密度隨著變形量的增加而加大，在經過劇烈變形以后甚至可增加個數量級。烈變形以后甚至可增加個數量級。 此現象表明：此現象表明：變形過程中位錯肯定是以某種方式不斷增殖，變形過程中位錯肯定是以某種方式不斷增殖，而能增值位錯的地方稱為而能增值位錯的地方稱為位錯源位錯源。位錯的來源 位錯來源可有幾個方面：位錯來源可有幾個方面： 1）凝固時在晶體長大相遇處，因位向

49、略有差別而形成；）凝固時在晶體長大相遇處，因位向略有差別而形成； 2）因熔體中雜質原子在凝固過程中不均勻分布使晶體的）因熔體中雜質原子在凝固過程中不均勻分布使晶體的先后凝固部分成分不同，從而點陣常數也有差異，而在過先后凝固部分成分不同，從而點陣常數也有差異，而在過渡區(qū)出現位錯；渡區(qū)出現位錯； 3）流動液體沖擊、冷卻時局部應力集中導致位錯的萌生。）流動液體沖擊、冷卻時局部應力集中導致位錯的萌生。 4）晶體裂紋尖端、沉淀物或夾雜物界面、表面損傷處等）晶體裂紋尖端、沉淀物或夾雜物界面、表面損傷處等都易產生應力集中，這些應力也促使位錯的形成。都易產生應力集中，這些應力也促使位錯的形成。 5）過飽和空位

50、的聚集成片也是位錯的重要來源。過飽和空位的聚集成片也是位錯的重要來源。 位錯增殖機制位錯增殖機制有多種，其中最重要的是：有多種，其中最重要的是： 弗蘭克和瑞德弗蘭克和瑞德于于19501950年年提出并已為實驗所證實的位錯增殖提出并已為實驗所證實的位錯增殖機構稱為機構稱為弗蘭克弗蘭克- -瑞德瑞德( (Frank-Rend）源，簡稱）源，簡稱F-R源源。 設想晶體中某滑移面上有一段刃型位錯設想晶體中某滑移面上有一段刃型位錯ABAB，其兩端被位錯，其兩端被位錯網節(jié)點釘住，如圖。網節(jié)點釘住，如圖。 弗蘭克-瑞德源的結構 圖 FR源動作過程 位錯兩端被釘扎，在切應力作用位錯兩端被釘扎，在切應力作用 下

51、發(fā)生彎曲；下發(fā)生彎曲； 位錯運動時發(fā)生卷曲；位錯運動時發(fā)生卷曲； 異號位錯相遇異號位錯相遇一位錯環(huán)一位錯環(huán)+ +一位一位 錯線；錯線； 上述過程重復進行。上述過程重復進行。4.4.位錯間的塞積位錯間的塞積 晶體塑性形變，往往會在一個滑移面上有許多位晶體塑性形變，往往會在一個滑移面上有許多位錯在某種障礙物前被迫堆積，形成錯在某種障礙物前被迫堆積，形成位錯群的塞積。位錯群的塞積。 這些位錯因來自同一位錯源，具有相同柏氏矢量這些位錯因來自同一位錯源，具有相同柏氏矢量b。 晶界易成為位錯運動的障礙物，位錯間的相互作晶界易成為位錯運動的障礙物，位錯間的相互作用也可產生障礙。用也可產生障礙。 塞積群在垂直

52、于位錯線方塞積群在垂直于位錯線方向的長度：向的長度： 刃型位錯為刃型位錯為nnb b/(1-/(1-)， 螺型位錯為螺型位錯為nnb b/， 其中：其中：n n塞積群中位錯塞積群中位錯總數，總數，外加切應力外加切應力（實際上應為減掉晶格阻（實際上應為減掉晶格阻力之后的有效切應力）。力之后的有效切應力）。 可見，可見，塞積群的長度正比塞積群的長度正比于于n n，反比于，反比于。 位錯塞積群位錯塞積群的的重要效應重要效應：是在它的前端是在它的前端引起應力集引起應力集中中。 當當n個位錯被切應力個位錯被切應力 推推向障礙物時，在塞積群的向障礙物時，在塞積群的前端將產生前端將產生n n 倍于外力的倍于

53、外力的應力集中。應力集中。 晶界前位錯塞積：晶界前位錯塞積：引起應引起應力集中效應能使相鄰晶粒力集中效應能使相鄰晶粒屈服，也可在晶界處引起屈服，也可在晶界處引起裂縫。裂縫。 刃位錯塞積時，當刃位錯塞積時，當n n 足夠足夠大，會出現如圖的微裂紋。大，會出現如圖的微裂紋。刃型位錯塞積造成的微裂紋 u5.5.位錯運動的交割位錯運動的交割u對于在滑移面上運動的位錯來說，對于在滑移面上運動的位錯來說，穿過此滑移面的其它位穿過此滑移面的其它位錯稱為林位錯錯稱為林位錯。林位錯會阻礙位錯的運動，但是若應力足夠。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

54、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生一一般情況下，兩個位錯交割時，每個位錯上都要新產生一小段位錯，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。大小與方向決定于另一位錯的柏氏矢量。u當交割產生的小段位錯不在所屬位錯的滑移面上時，則成當交割產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

55、錯扭折。典型的位錯交割 （1）、）、柏氏矢量相互平行且的兩刃位錯的交割：柏氏矢量相互平行且的兩刃位錯的交割： 刃位錯刃位錯 AB（b1）與刃位錯與刃位錯 CD（b2）（）（b1b2）相交割，相交割，形成扭折線形成扭折線PP、QQ。 PPQQ，且且PP= b1、 QQ= b2（對方的柏氏矢量）（對方的柏氏矢量）, ,初初始狀態(tài)為螺位錯始狀態(tài)為螺位錯，均在原位錯滑移面上，在原位錯向前運，均在原位錯滑移面上，在原位錯向前運動中，都因位錯線伸直而消失，故均為動中，都因位錯線伸直而消失，故均為扭折扭折。 兩個平行刃型位錯交割 b1b2PP、QQ螺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

56、相垂直的刃型位錯的交割（柏氏矢量互相垂直） （2 2）、柏氏矢量相互垂直的兩刃位錯的交割：）、柏氏矢量相互垂直的兩刃位錯的交割： 交割后位錯交割后位錯AB形狀不變，位錯形狀不變，位錯CD產生臺階產生臺階PP（b1）。 此時，此時，PP滑移面是（滑移面是（I I）面，而不是交割前位錯）面，而不是交割前位錯CD的滑的滑移面（移面（IIII面），故面），故PP臺階不會在后續(xù)滑移中，因位錯線臺階不會在后續(xù)滑移中，因位錯線張力而自行消失。張力而自行消失。 這種這種不位于滑移面上的位錯臺階成為不位于滑移面上的位錯臺階成為割階。割階。 產生割價需供給能量，故產生割價需供給能量，故交割過程對位錯運動是一種阻礙

57、交割過程對位錯運動是一種阻礙。 兩個垂直刃型位錯交割 b1PP刃位錯 （3） 刃位錯與螺位錯交割：刃位錯與螺位錯交割： 螺位錯螺位錯b2貫穿的一組晶面連成一個螺旋面，貫穿的一組晶面連成一個螺旋面，刃位錯刃位錯b1滑移面滑移面恰好是螺位錯恰好是螺位錯b2的螺旋面。的螺旋面。 當當刃位錯刃位錯b1切過螺位錯后，變成分別位于兩層晶面上的兩段切過螺位錯后，變成分別位于兩層晶面上的兩段位錯，位錯，聯(lián)線聯(lián)線PP也是一個位錯割階也是一個位錯割階。割階大小及方向等于螺位。割階大小及方向等于螺位錯矢量錯矢量b2，而柏氏矢量則是，而柏氏矢量則是b1，因此是，因此是一小段刃位錯一小段刃位錯。 割階割階PPPP 隨位

58、錯隨位錯b b1 1一起前進的運動也是滑移一起前進的運動也是滑移。刃型位錯與螺型位錯交割 圖 刃型位錯與螺型位錯的交割（4）兩個螺型位錯交割）兩個螺型位錯交割 右螺位錯右螺位錯AB(bAB(b1 1) )滑移中切割另一右螺位錯滑移中切割另一右螺位錯CD(bCD(b2 2) )情形情形: : 在在ABAB和和CDCD位錯線會分別形成臺階位錯線會分別形成臺階PP(bPP(b2 2) )和和QQ(bQQ(b1 1), ), 都是都是螺位錯上的臺階。但螺位錯上的臺階。但PPPP是割階，是割階，QQQQ是彎折是彎折。 這是因位錯這是因位錯ABAB滑移面已定，（圖中水平面，由外應力決滑移面已定，（圖中水平

59、面，由外應力決定），而位錯定），而位錯CDCD滑移面未定，可包含滑移面未定，可包含CDCD線的任何平面。線的任何平面。 這樣，這樣，QQQQ可在線張力下消失，使可在線張力下消失，使CDCD在交割后恢復直線狀，在交割后恢復直線狀，但但PPPP卻不會消失。卻不會消失。兩右螺位錯的交割圖 綜上所述：綜上所述： 1）運動位錯交割后，各位錯線都可產生一扭折或割階，）運動位錯交割后，各位錯線都可產生一扭折或割階，其大小和方向取決于另一位錯的柏氏矢量，但具有原位錯其大小和方向取決于另一位錯的柏氏矢量，但具有原位錯線的柏氏矢量。線的柏氏矢量。 2）所有割階都是刃位錯，而扭折可刃型、也可螺型。所有割階都是刃位錯

60、，而扭折可刃型、也可螺型。 3）扭折與原位錯線在同一滑移面上，可隨主位錯線一道）扭折與原位錯線在同一滑移面上，可隨主位錯線一道運動，幾乎不產生阻力，且扭折在線張力作用下易于消失運動，幾乎不產生阻力，且扭折在線張力作用下易于消失 4）割階則與原位錯線不在同一滑移面上，除非割階產生）割階則與原位錯線不在同一滑移面上，除非割階產生攀移，否則，割階就不能隨主位錯線一道運動，成為位錯攀移，否則，割階就不能隨主位錯線一道運動，成為位錯運動的障礙，常稱此為運動的障礙，常稱此為割階硬化割階硬化。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，它要符合晶體的結構條