材料化學(xué) 課件 第二章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷-4-線缺陷與位錯(cuò)

第二章晶體結(jié)構(gòu)缺陷2.1概述2.2點(diǎn)缺陷2.3缺陷表示及反應(yīng)方程式2.4線缺陷及位錯(cuò)2.5面缺陷第四節(jié)線缺陷與位錯(cuò)2.4線缺陷與位錯(cuò)2.4.1概述2.4.2位錯(cuò)概念2.4.3位錯(cuò)類型2.4.1概述位錯(cuò)是晶體中存在的非常重要的晶體缺陷，屬于線缺陷。位錯(cuò)的特點(diǎn)是在一維方向上缺陷的尺寸較長(zhǎng)，在另外二維方向上尺寸很小，從宏觀看缺陷是線狀的，從微觀看是管狀的。線缺陷：在兩個(gè)方向尺寸很小，一個(gè)方向尺寸較大（可以和晶體或晶粒線度相比擬），又稱為一維缺陷。位錯(cuò)模型最開始是為了解釋金屬材料的強(qiáng)度性質(zhì)提出來的。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的理論研究和實(shí)驗(yàn)觀察，人們認(rèn)識(shí)到位錯(cuò)存在不僅影響晶體的強(qiáng)度性質(zhì)，而且與晶體生長(zhǎng)、表面吸附、催化、擴(kuò)散、晶體的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)等均有密切關(guān)系。位錯(cuò)是晶體中常見的一種結(jié)構(gòu)缺陷，對(duì)晶體的性質(zhì)有很大的影響。了解位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，對(duì)于了解金屬或者陶瓷多晶體中晶界的性質(zhì)和燒結(jié)機(jī)理，也是不可缺少的。因此對(duì)于晶體中位錯(cuò)的觀察和研究已經(jīng)得到廣泛的重視，晶體的生長(zhǎng)過程也可以用位錯(cuò)理論來進(jìn)行解釋。2.4.2位錯(cuò)概念

實(shí)際晶體在結(jié)晶時(shí)受到雜質(zhì)、溫度變化或振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力作用，或由于晶體受到打擊、切削、研磨等機(jī)械應(yīng)力的作用，使晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列變形、原子行列間相互滑移，不再符合理想晶格的有秩序的排列而形成線狀的缺陷，稱為位錯(cuò)。位錯(cuò)的概念提出于1934年，但直到20世紀(jì)50年代，隨著透射電子顯微鏡的發(fā)展，可直接觀察到位錯(cuò)的存在，這一概念才為廣大學(xué)者所接受，并得到深入的研究和發(fā)展。迄今，位錯(cuò)在晶體的塑性、強(qiáng)度、斷裂、相變以及其他結(jié)構(gòu)敏感性的問題中均扮演著重要角色。其理論亦成為材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論之一。2.4.3位錯(cuò)類型

位錯(cuò)最重要、基本的形態(tài)有刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)，也有介于它們之間的混合型位錯(cuò)。1.刃型位錯(cuò)(edgedislocation)2.螺型位錯(cuò)(screwdislocation)3.混合位錯(cuò)(mixeddislocation)刃型位錯(cuò)(edgedislocation)

刃型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：正刃型位錯(cuò)：多出的半原子面在滑移面上邊的刃型位錯(cuò)，記為“⊥”；負(fù)刃型位錯(cuò)：多出的半原子面在滑移面下邊的刃型位錯(cuò)，記為“?”；這種正負(fù)之分只具相對(duì)意義，而無本質(zhì)的區(qū)別。（1）刃型位錯(cuò)有一個(gè)額外的半原子面。EF線為位錯(cuò)線正刃型位錯(cuò)負(fù)刃型位錯(cuò)（2）刃型位錯(cuò)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，可以是折線或曲線，但它必與滑移方向相垂直。（3）位錯(cuò)在晶體中引起畸變?cè)谖诲e(cuò)線處最大，離位錯(cuò)線越遠(yuǎn)晶格畸變?cè)叫?。原子?yán)重錯(cuò)排的區(qū)域只有幾個(gè)原子間距，因此位錯(cuò)是沿位錯(cuò)線為中心的一個(gè)狹長(zhǎng)管道。位錯(cuò)的伯氏矢量柏氏矢量是一個(gè)反映位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣畸變總累積的物理量，記作b。矢量的方向?yàn)榛品较?；矢量的模|b|為滑移距離。用柏氏回路確定伯氏矢量：在實(shí)際晶體中，圍繞位錯(cuò)(避開嚴(yán)重畸變區(qū))以一定的步數(shù)作一閉合回路(稱為柏氏回路)。在完整晶體中按同樣的方向、步數(shù)作相同的回路，該回路并不封閉。由終點(diǎn)向起點(diǎn)引一矢量，使該回路閉合，這個(gè)矢量b就是實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量。刃型位錯(cuò)，位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直位錯(cuò)的連續(xù)性：位錯(cuò)不能中斷于晶體內(nèi)部，但可以形成一個(gè)封閉的位錯(cuò)環(huán)，或連接于晶界、位錯(cuò)結(jié)點(diǎn)，或終于表面。柏氏矢量的守恒性：柏氏矢量與回路起點(diǎn)及具體途徑無關(guān)。2.螺型位錯(cuò)(screwdislocation)螺型位錯(cuò)，位錯(cuò)線與柏氏矢量平行。螺型位錯(cuò)的特征：（1）螺型位錯(cuò)無額外半原子面，原子錯(cuò)排是呈軸對(duì)稱的。（2）螺型位錯(cuò)分為右旋和左旋。根據(jù)螺旋面旋轉(zhuǎn)方向，符合右手法則（即以右手拇指代表螺旋前進(jìn)方向，其他四指代表螺旋面的旋轉(zhuǎn)方向）的稱為右旋螺旋位錯(cuò)，符合左手法則的稱為左旋螺旋法則。（3）離位錯(cuò)線距離越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫?。螺型位錯(cuò)也是只包含幾個(gè)原子寬度的線缺陷。3.混合位錯(cuò)(mixeddislocation)還有一種更普遍的位錯(cuò)，其滑移矢量既不平行也不垂直于位錯(cuò)線，而與位錯(cuò)線相交成任意角度，這種位錯(cuò)稱為混合位錯(cuò)。A與C之間，位錯(cuò)線既不垂直也不平行于滑移矢量，每一小段位錯(cuò)線都可分解為刃型和螺型兩個(gè)分量。刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)與柏格斯矢量b的位置關(guān)系柏格斯矢量b與刃型位錯(cuò)線垂直柏格斯矢量b與螺型位錯(cuò)線平行位錯(cuò)分類刃性位錯(cuò)有正負(fù)之分螺形位錯(cuò)分為左旋和右旋位錯(cuò)是否引起晶體畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)引起晶體畸變和